Написание, компиляция и прогон программы, определяющей, помечен ли указанный каталог в качестве точки повторного анализа

Создайте пустой каталог и сделайте его точкой монтирования или символической связью. При помощи функции GetFileAttributes установите у данного каталога наличие флага FILE_ATTRIBUTE_REPARSE_POINT.

Совместный доступ к файлу

Пользователи часто нуждаются в разделении файлов и совместном доступе к ним.

Как уже было сказано выше, операция открытия файла имеет следствием создание объекта "открытый файл". Специфика объекта "открытый файл" состоит в том, что он содержит лишь уникальные данные (например, указатель текущей позиции), тогда как собственно файл - совместно используемые данные. Поэтому, если два раза осуществить операцию открытия одного и того же файла, то система создаст два объекта "файл". Данная ситуация проиллюстрирована рис. 12.7 для случая одновременного открытия файла потоками разных процессов.

 

Рис. 12.7. Организация совместного доступа к файлу

Очевидно, что потоки должны синхронизировать доступ к совместно используемым файлам или каталогам, чтобы получить предсказуемый результат. Между двумя операциями read одного потока другой поток может модифицировать данные, что для многих приложений неприемлемо. ОС Windows предлагает стандартное решение данной проблемы на уровне пользователя - предоставить возможность одному из потоков захватить часть файла между двумя записями для монопольного доступа. Для этого используются Win32-функции LockFile и UnlockFile.

Написание, компиляция и прогон программы захвата части файла для монопольного доступа

Несмотря на то, что у данного механизма захвата файла непростая логика и наследование (см., например [9]), рекомендуется самостоятельно разработать небольшую программу, иллюстрирующую данный способ синхронизации. Программа должна продемонстрировать невозможность осуществления операции записи одним процессом в файл, заблокированный другим процессом при помощи функции LockFile.

Производительность файловой системы

Эффективность работы - одна из важнейших задач подсистемы управления файлами.

Кэширование

Самый естественный способ повысить производительность - минимизировать количество обращений к диску за счет кэширования. В общем случае кэширование - использование быстрого устройства для оптимизации работы устройства медленного. В данном случае часть блоков файла, с которыми активно взаимодействует приложение, размещается в буфере оперативной памяти. Периодически производится синхронизация содержимого кэша и диска. Возможность использования кэша в операционных системах обусловлена свойством локальности - объем ключевой информации в каждый момент времени относительно невелик.

Устройство кэша ОС Windows отличается от традиционного. В традиционной реализации кэш - буфер в оперативной памяти, содержащий ряд блоков диска и расположенный между файловой системой и системой ввода-вывода. Если имеется запрос на чтение (запись) в файл, файловая система вычисляет номер блока в файле и номер соответствующего ему блока диска. Перед чтением/записью блока диска производится проверка на предмет наличия этого блока в кэше. Если блок в кэше имеется, то запрос удовлетворяется из кэша, в противном случае запрошенный блок считывается в кэш с диска.

В ОС Windows кэш работает на более высоком уровне, нежели файловая система (см. рис. 12.8).

 

Рис. 12.8. Место менеджера кэша в системе ввода-вывода

С помощью техники файлов, отображаемых в память, часть считываемого (записываемого) файла проецируется в 256-килобайтный буфер кэша (см. рис. 12.9).

 

Рис. 12.9. Файлы различного размера, спроецированные в системный кэш

В результате запрос на чтение с текущей позиции может быть непосредственно удовлетворен из кэша. Если же нужных байтов файла в кэше нет, то файловая система вычисляет логический номер блока в файле (LCN), затем логический номер блока на диске (VCN). После этого делается запрос к системе ввода-вывода на чтение этого блока, точнее, проецирование в буфер кэша части файла, содержащей данный блок. Подобная организация позволяет системе поддерживать единый централизованный кэш для всех используемых файловых систем (NTFS, FAT, CDFS, удаленная FS и др.), а файловые системы не обязаны управлять своими кэшами.

Важным свойством кэша является его когерентность. Менеджер кэша следит за соответствием открытых файлов и файлов, отображаемых в память (с помощью функции MapViewOfFile). Каждый раз, когда процесс считывает файл или отображает его в память, этот запрос удовлетворяется из кэша путем копирования соответствующего блока в адресное пространство процесса. Поэтому, независимо от того, сколько процессов откроют файл или отобразят его в память, реальное отображение в память происходит один раз. В итоге все процессы будут "видеть" одну и ту же версию файла.

Аккуратная реализация кэширования требует решения нескольких проблем.

Во-первых, емкость буфера кэша ограничена. У системного кэша нет собственного рабочего набора - он входит в единый системный рабочий набор. Размером системного рабочего набора управляет менеджер памяти, отвечающий за его расширение или усечение. При этом величина, помеченная как размер системного кэша на панели диспетчера задач, относится к размеру всего системного рабочего набора.

Во-вторых, поскольку кэширование использует механизм отложенной записи (lazy write), при котором модификация буфера не вызывает немедленной записи на диск, серьезной проблемой является "старение" информации в дисковых блоках кэшируемого файла. Несвоевременная синхронизация буфера кэша и диска может привести к очень нежелательным последствиям в случае отказов оборудования или программного обеспечения.

Записываемые данные в течение некоторого времени накапливаются, после чего сбрасываются на диск пакетом. С точки зрения быстродействия и снижения риска от возможных потерь очень важен выбор частоты сброса кэша. Обычно подсистема отложенной записи раз в секунду сбрасывает на диск одну восьмую количества модифицированных страниц системного кэша.

ОС Windows позволяет организовать вариант синхронного режима работы с отдельными файлами, задаваемый при открытии файла, при котором все изменения в файле немедленно сохраняются на диске. Для этого можно, например, установить флаг FILE_FLAG_WRITE_THROUGH при вызове функции CreateFile. Фактически, это отказ от кэширования и, соответственно, резкое снижение производительности.

Кроме того в любой момент можно принудительно сбросить содержимое кэша открытого файла на диск с помощью функции FlushFileBuffers. Напомним, что для отображаемого файла имеется аналогичная функция FlushViewOfFile.