Dosya Düğümleri ve Meta Veri

Önceki ders meta veri defterini bir tasarım ekseni olarak saydı: sabit mi tutulur, gerektikçe mi büyür. Bu ders o defterin içindeki tek kaydı alır ve onun bir kaynak olduğunu gösterir — tükenebilen, tükendiğinde tuhaf bir arıza üreten bir kaynak.

Kurgu sunucunun /veri bölümü otuz bin ölçüm dosyası taşıyor ve bölümün doluluğu yüzde birin biraz üzerinde. Bu ders o bölüme yeni bir dosya yazmayı deneyecek ve deneme başarısız olacak. Aradaki çelişki bir hata değil, iki ayrı sınırın aynı hata iletisini üretmesidir.

Dosya Düğümünün Taşıdığı Kayıt

Dosya düğümü (inode), bir dosyanın adı dışındaki her şeyini taşıyan kayıttır. İşletim Sistemi Kavramları kursundaki dosya sistemi soyutlaması dersi bu kaydı tanımladı ve adın dosyada değil dizinde durduğunu gösterdi; o tanım burada tekrarlanmaz. Eklenen tek şey operatörün görebildikleridir.

Kayıt bir numarayla anılır ve o numara dosya sistemi içinde tekildir. ls -i numarayı listeler, stat kaydın tamamını açar, find bir numaradan dosyanın adlarına geri gidebilir. Kaydın alanları arasında en çok yanlış okunanı bağ sayısıdır: kaça dizin girdisi bu kayda işaret ediyor. Bağ sayısı sıfıra düştüğünde ve kaydı açık tutan hiçbir süreç kalmadığında blok listesi serbest bırakılır. İki koşul da gereklidir ve ikincisi bu dersin ikinci ölçümünün konusudur.

Aşağıdaki döküm stat çıktısının biçimini gösteren bir örnek dökümdür; çalıştırılmamıştır ve bu derste hiçbir sayı iddiası buradan gelmez.

  File: /veri/olcum/2f9c.veri
  Size: 1731        Blocks: 8          IO Block: 4096   regular file
Device: 8,18        Inode: 1048604     Links: 1
Access: (0640/-rw-r-----)  Uid: (  997/  olcum)   Gid: (  997/  olcum)

Dökümde Size ile Blocks ayrı satırlarda durur ve ikisi ayrı şeyi söyler: birincisi dosyanın bildirdiği bayt, ikincisi dosya sisteminin gerçekten ayırdığı yer. Bu ayrım ikinci ölçümde altı yanlış okumanın kaynağı olacak.

İki Sınır, Tek Hata İletisi

Bir dosya sistemi iki ayrı kaynağı tüketir. Birincisi bloktur: içeriğin yazıldığı yer. İkincisi dosya düğümüdür: her dosya için bir tane gerekir ve sabit tablo tutan tasarımlarda toplam sayı biçimlendirme anında sabitlenmiştir. İkisinden biri bittiğinde yazma aynı hata iletisiyle reddedilir.

• DP14 — Ortak tanımın dosya sistemi 2.621.440 blok ve 32.768 dosya düğümü taşır; blok 4096 bayttır. Sayılar modeldendir, hiçbir gerçek aygıttan alınmamıştır.
• DP15 — Küçük dosya iş yükünde boyutlar 1 ile 2000 bayt arasındadır; her dosya bir blok tutar. Büyük dosya iş yükünde üst sınır 2.000.000 bayttır.
• DP16 — Uyarı kuralı doluluk 0,90 eşiğine bakar. Kural üç biçimde sınanır: yalnız blok yüzdesi, yalnız dosya düğümü yüzdesi, ikisi birlikte.
• DP17 — Sınanan tanı tek sorudur: bu duruma yeni bir 1 KB dosya yazılabilir mi.

"""M03/K03 ortak tanim (Bolum 6): iki ayri sinir , tek hata iletisi."""
TOHUM = 20260218
BLOK = 4096


def uretec(tohum):
    d = tohum

    def sonraki(n):
        nonlocal d
        d = (d * 1103515245 + 12345) % 2147483648
        return d % n
    return sonraki


def dosya_sistemi(tohum=TOHUM, dosya=30000, ust=2000,
                  dugum_sayisi=32768, blok_sayisi=2621440):
    r = uretec(tohum)
    boyutlar = [r(ust) + 1 for _ in range(dosya)]
    kullanilan_blok = sum(-(-b // BLOK) for b in boyutlar)
    return {"dosya": dosya, "kullanilan_blok": kullanilan_blok,
            "toplam_blok": blok_sayisi,
            "blok_doluluk": round(kullanilan_blok / blok_sayisi, 4),
            "kullanilan_dugum": dosya, "toplam_dugum": dugum_sayisi,
            "dugum_doluluk": round(dosya / dugum_sayisi, 4)}


def yazma_denemesi(fs, boyut):
    """Yeni dosya yazilabilir mi. Iki ayri sinir , tek hata iletisi."""
    blok_yeter = fs["kullanilan_blok"] + -(-boyut // BLOK) <= fs["toplam_blok"]
    dugum_yeter = fs["kullanilan_dugum"] + 1 <= fs["toplam_dugum"]
    return blok_yeter and dugum_yeter


for d in (30000, 32768):
    fs = dosya_sistemi(dosya=d)
    print(f"{d:6d} dosya | blok doluluk {fs['blok_doluluk']:.4f}"
          f" | dugum doluluk {fs['dugum_doluluk']:.4f}"
          f" | yeni 1 KB dosya: {yazma_denemesi(fs, 1024)}")
print()
KUCUK = [(d, 2000) for d in (4096, 12288, 20480, 28672, 32000, 32768)]
BUYUK = [(d, 2000000) for d in (2000, 4000, 6000, 8000, 10000, 12000)]
KURAL = {"yalniz blok yuzdesi": lambda f: f["blok_doluluk"] < 0.90,
         "yalniz dugum yuzdesi": lambda f: f["dugum_doluluk"] < 0.90,
         "ikisi birlikte": lambda f: f["blok_doluluk"] < 0.90
         and f["dugum_doluluk"] < 0.90}

print("is yuku  dosya  blok doluluk  dugum doluluk  yazilabilir")
for ad, yuk in (("kucuk", KUCUK), ("buyuk", BUYUK)):
    for d, ust in yuk:
        fs = dosya_sistemi(dosya=d, ust=ust)
        print(f"{ad:7s} {d:6d} {fs['blok_doluluk']:13.4f} {fs['dugum_doluluk']:14.4f}"
              f"  {yazma_denemesi(fs, 1024)}")
print()
print("kural                  kacirilan  yanlis uyari  yanlis tani")
for ad, k in KURAL.items():
    kacan = uyari = 0
    for _, yuk in (("kucuk", KUCUK), ("buyuk", BUYUK)):
        for d, ust in yuk:
            fs = dosya_sistemi(dosya=d, ust=ust)
            guvenli, gercek = k(fs), yazma_denemesi(fs, 1024)
            kacan += guvenli and not gercek
            uyari += (not guvenli) and gercek
    print(f"  {ad:20s} {kacan:9d}  {uyari:12d}  {kacan + uyari:11d}")
print()
for tohum in (TOHUM, 20260219):
    satir = []
    for ad, k in KURAL.items():
        y = 0
        for _, yuk in (("kucuk", KUCUK), ("buyuk", BUYUK)):
            for d, ust in yuk:
                fs = dosya_sistemi(tohum, d, ust)
                y += k(fs) != yazma_denemesi(fs, 1024)
        satir.append(f"{ad} {y}")
    print(f"tohum {tohum}: " + " | ".join(satir) + " / 12")

 30000 dosya | blok doluluk 0.0114 | dugum doluluk 0.9155 | yeni 1 KB dosya: True
 32768 dosya | blok doluluk 0.0125 | dugum doluluk 1.0000 | yeni 1 KB dosya: False

is yuku  dosya  blok doluluk  dugum doluluk  yazilabilir
kucuk     4096        0.0016         0.1250  True
kucuk    12288        0.0047         0.3750  True
kucuk    20480        0.0078         0.6250  True
kucuk    28672        0.0109         0.8750  True
kucuk    32000        0.0122         0.9766  True
kucuk    32768        0.0125         1.0000  False
buyuk     2000        0.1894         0.0610  True
buyuk     4000        0.3693         0.1221  True
buyuk     6000        0.5553         0.1831  True
buyuk     8000        0.7416         0.2441  True
buyuk    10000        0.9283         0.3052  True
buyuk    12000        1.1168         0.3662  False

kural                  kacirilan  yanlis uyari  yanlis tani
  yalniz blok yuzdesi          1             1            2
  yalniz dugum yuzdesi         1             1            2
  ikisi birlikte               0             2            2

tohum 20260218: yalniz blok yuzdesi 2 | yalniz dugum yuzdesi 2 | ikisi birlikte 2 / 12
tohum 20260219: yalniz blok yuzdesi 2 | yalniz dugum yuzdesi 2 | ikisi birlikte 2 / 12

Üç sayı yan yana. Kâhin: 32.768 dosyalı durumda dosya düğümü tablosu tamamen doludur ve bloğun yüzde 98,75’i boştur; yazma başarısızdır. Araç çıktısı: doluluk sorulduğunda gelen sayı 0,0125’tir — yüzde bir. Yanlış tanı: on iki durumun ikisinde uyarı kuralı yanılıyor ve bu iki yanlış, kural değiştirilerek yok edilmiyor.

Ortak tanımın iki satırı kursun en temiz örneğidir. Otuz bin dosyada blok doluluk 0,0114, dosya düğümü doluluğu 0,9155 ve yazma başarılı; 32.768 dosyada blok doluluk 0,0125, dosya düğümü doluluğu 1,0000 ve yazma başarısız. Aradaki fark 2768 dosyadır ve toplam alanın binde biridir. Disk yüzde bir dolu ve sistem dolu.

Kural tablosu ikinci iddiayı ödüyor. Yalnız blok yüzdesine bakan kural bir arızayı kaçırıyor ve bir kez yersiz uyarı veriyor. Yalnız dosya düğümü yüzdesine bakan kural da aynı sayıyı veriyor — büyük dosya iş yükünde blok dolarken dosya düğümü yüzdesi 0,3662’de kalıyor. İkisi birlikte kullanıldığında kaçırılan sıfıra iniyor, ama yersiz uyarı ikiye çıkıyor ve toplam yine 2. Sütun eklemek yanlış tanının türünü değiştirdi, sayısını değil. İkinci tohumda üç kuralın üçü de yine 2 veriyor; sonuç kurguya değil, iki sınırın birbirinden bağımsız oluşuna bağlı.

Adı Olmayan Dosya

İkinci ölçüm aynı dosya sisteminde ayrılan alanı üç ayrı yöntemle sayıyor. df dosya sisteminin kendi defterini okur, du dizin ağacını gezip bulduğu dosyaların bloklarını toplar, dosya listesinden elde edilen toplam ise bildirilen baytları toplar. Üçü de aynı soruya cevap veriyor ve üçü aynı sayıyı vermiyor.

• DP18 — Beş an sırayla geçilir: başlangıç, aynı dosyalara 200 ikinci ad verilmesi, 40 seyrek dosyanın yazılması, 120.000 bloklu günlük dosyasının silinmesi ve o dosyayı açık tutan tanıtıcının kapanması.
• DP19 — Aynı dosya düğümüne verilen ikinci ada sabit bağ (hard link) denir. Seyrek dosya (sparse file) 25.600 blokluk boyut bildirir, gerçekte 8 blok ayırır. Meta verinin kendi tuttuğu yer bu ölçümde sayılmaz; kâhin yalnız veri bloklarıdır.

"""Ayrilan blok gercekte kac , hangi arac kacini goruyor."""
TOHUM = 20260218
BLOK = 4096
DOSYA = 30000
SEYREK = 40               # seyrek dosya sayisi
SEYREK_MANTIKSAL = 25600  # blok cinsinden bildirilen boyut
SEYREK_AYRILAN = 8        # gercekte ayrilan blok
GUNLUK_BLOK = 120000      # buyuk gunluk dosyasi
SERT_BAG = 200            # ayni dosyaya verilen ikinci adlar


def uretec(tohum):
    d = tohum

    def sonraki(n):
        nonlocal d
        d = (d * 1103515245 + 12345) % 2147483648
        return d % n
    return sonraki


def taban(tohum=TOHUM):
    r = uretec(tohum)
    return [r(2000) + 1 for _ in range(DOSYA)]


def durum(an, bayt):
    """an 0..4 . Kahin: dosya sisteminin gercekten ayirdigi veri blogu."""
    seyrek = an >= 2
    gunluk_var = an < 4                      # an 3'te silindi , tanitici acik
    ayrilan = DOSYA + GUNLUK_BLOK * gunluk_var + SEYREK * SEYREK_AYRILAN * seyrek
    # du: yalniz ADI OLAN dosyalari gezer , sert bagi bir kez sayar
    du = DOSYA + GUNLUK_BLOK * (an < 3) + SEYREK * SEYREK_AYRILAN * seyrek
    # dosya listesi toplami: bildirilen bayt , her ADI ayri sayar
    ls = sum(bayt) + sum(bayt[:SERT_BAG]) * (an >= 1)
    ls += GUNLUK_BLOK * BLOK * (an < 3)
    ls += SEYREK * SEYREK_MANTIKSAL * BLOK * seyrek
    return {"kahin": ayrilan, "df": ayrilan, "du": du, "ls": ls // BLOK}


AN = ("t0 baslangic", "t1 sert bag", "t2 seyrek dosya",
      "t3 gunluk silindi", "t4 tanitici kapandi")
BAYT = taban()
print("an                   kahin       df       du       ls toplami")
for i, ad in enumerate(AN):
    d = durum(i, BAYT)
    print(f"{ad:18s} {d['kahin']:8d} {d['df']:8d} {d['du']:8d} {d['ls']:15d}")
print()
print("arac        dogru okuma  yanlis okuma")
for arac in ("df", "du", "ls"):
    yanlis = sum(durum(i, BAYT)[arac] != durum(i, BAYT)["kahin"] for i in range(5))
    print(f"  {arac:9s} {5 - yanlis:11d}  {yanlis:12d}")
print("yanlis tani:", sum(durum(i, BAYT)[a] != durum(i, BAYT)["kahin"]
                          for i in range(5) for a in ("df", "du", "ls")), "/ 15")
print()
for tohum in (TOHUM, 20260219):
    b = taban(tohum)
    print(f"tohum {tohum}: t0 kahin {durum(0, b)['kahin']} ls {durum(0, b)['ls']}"
          f" | t3 kahin {durum(3, b)['kahin']} du {durum(3, b)['du']}"
          f" | t4 kahin {durum(4, b)['kahin']} ls {durum(4, b)['ls']}")

an                   kahin       df       du       ls toplami
t0 baslangic         150000   150000   150000          127313
t1 sert bag          150000   150000   150000          127361
t2 seyrek dosya      150320   150320   150320         1151361
t3 gunluk silindi    150320   150320    30320         1031361
t4 tanitici kapandi    30320    30320    30320         1031361

arac        dogru okuma  yanlis okuma
  df                  5             0
  du                  4             1
  ls                  0             5
yanlis tani: 6 / 15

tohum 20260218: t0 kahin 150000 ls 127313 | t3 kahin 150320 du 30320 | t4 kahin 30320 ls 1031361
tohum 20260219: t0 kahin 150000 ls 127292 | t3 kahin 150320 du 30320 | t4 kahin 30320 ls 1031339

Üç sayı yan yana. Kâhin: üçüncü anda gerçekten ayrılmış olan 150.320 bloktur. Araç çıktısı: du aynı anda 30.320 blok görüyor. Yanlış tanı: on beş okumanın altısı yanlış — beşi dosya listesi toplamından, biri du çıktısından.

Üçüncü an operatörün en sık düştüğü tuzaktır. Günlük dosyası silinmiştir, du çıktısı 120.000 blok azalmıştır ve dizin ağacında o dosya yoktur; ama onu açık tutan süreç hâlâ çalıştığı için bağ sayısı sıfıra düşmüş olsa bile bloklar serbest bırakılmamıştır. df doğruyu söylemeye devam eder ve iki araç arasındaki 120.000 bloklu fark açıklanmadıkça yer açma girişimi sonuçsuz kalır. Çözüm silmek değil, dosyayı açık tutan süreci yeniden başlatmaktır; hangi sürecin tuttuğu ise açık tanıtıcıları listeleyen bir araçla bulunur.

Dosya listesi toplamı beş anın beşinde de yanılıyor ve iki ayrı yönde yanılıyor. Başlangıçta eksik sayıyor: otuz bin küçük dosyanın bildirdiği bayt toplamı 127.313 blok karşılığıdır, gerçekte 150.000 blok ayrılmıştır çünkü 1731 baytlık bir dosya da tam bir blok tutar. Seyrek dosyalar yazıldıktan sonra fazla sayıyor: 40 dosya 1.024.000 blokluk boyut bildiriyor, gerçekte 320 blok tutuyor. İkinci tohumda bu iki sayı 127.292 ve 1.031.339 oluyor; yön değişmiyor.

Tükenmiş Tabloyu Onarmak

Dosya düğümü tükendiğinde yapılabilecek üç şey vardır ve üçünün de bir bedeli vardır. Birincisi dosya silmektir; bu, tablodaki kaydı geri verir ve tek satırlık ölçüm dosyalarının bir arşive toplanması genellikle en hızlı çözümdür. İkincisi dosya sistemini büyütmektir; sabit tablo tutan tasarımlarda büyütme tabloyu da genişletebilir, ama oranı biçimlendirme anındaki karara bağlıdır. Üçüncüsü yeniden biçimlendirmektir ve bu, bölümdeki her şeyi geri alınamaz biçimde siler.

Üçüncü yol bu derste çalıştırılabilir tam biçimde verilmez. Biçimlendirme komutu, dosya düğümü sayısını belirleyen seçeneğiyle birlikte yazıldığında yanlış bir bölüm adıyla çalıştırılırsa uyarı üretmeden bütün veriyi siler ve geri alınamaz. Güvenli sınama yolu üç adımdır: hedef bölümün kimliğini blkid ile doğrulamak, denemeyi geri döngü aygıtı olarak bağlanmış bir dosyada yapmak ve gerçek bölümde çalıştırmadan önce bölümün bir anlık görüntüsünü almak.

Önlemin kendisi ise ölçmektir. Dosya düğümü doluluğu, blok doluluğuyla aynı sıklıkta sorulmadığı sürece tablonun dolduğu an bir uyarıya değil, bir arızaya dönüşür; ve arıza geldiğinde çıktıdaki tek sayı hâlâ yüzde bir olacaktır.

Özet

• Dosya düğümü, bir dosyanın adı dışındaki her şeyini taşıyan kayıttır; bağ sayısı sıfıra düşmesi tek başına yer boşaltmaz, kaydı açık tutan süreç de kalmamalıdır.
• Bir dosya sistemi iki ayrı kaynağı tüketir ve ikisi de aynı hata iletisini üretir: 30.000 dosyada blok doluluk 0,0114 ve dosya düğümü doluluğu 0,9155 iken yazma başarılı, 32.768 dosyada 0,0125 ve 1,0000 iken başarısız.
• Uyarı kuralı yalnız blok yüzdesine baktığında on iki durumda 2 yanlış tanı veriyor; yalnız dosya düğümü yüzdesine baktığında da 2, ikisi birlikte kullanıldığında da 2. Kaçırılan sıfıra iniyor, yersiz uyarı ikiye çıkıyor.
• Ayrılan alan üç yöntemle sayıldığında on beş okumanın altısı yanlış: dosya listesi toplamı beş anın beşinde yanılıyor, du ise adı silinip tanıtıcısı açık kalan 120.000 bloğu göremiyor.
• Tükenmiş tabloyu onarmanın üç yolundan biri yeniden biçimlendirmedir ve geri alınamaz; bu ders o komutu tam biçimde vermez, güvenli sınama yolu kimlik doğrulaması, geri döngü aygıtı ve anlık görüntüdür.

Sonraki Adım

Bu dersin ölçümleri tek bir varsayıma dayanıyordu: bakılan dizin gerçekten o dosya sisteminin dizini. Oysa bir dosya sistemi ağaçta bir noktaya takılır ve o nokta takma öncesinde de sonrasında da yazılabilir bir dizindir. Sonraki ders takma noktasını ölçer ve bir dosya sistemi takılmadan önce oraya yazılan verinin nereye gittiğini, takıldıktan sonra hangi araçların onu göremediğini sayar.