บทที่ 5 · File System & Protection ออก

ชีท file and protection(4_1) หน้า 106–117 (12 หน้า) — อาจารย์เปิดในคลิปนาที 23:54–28:50 และวาดรูปใน Paint เพิ่ม

🗣 อาจารย์พูดไปเรื่องสุดท้าย file กับระบบความปลอดภัยนะครับ ก็ให้รู้อย่างน้อย minimum ก็ต้องรู้ว่ามีสิทธิ์ มี file property มีอะไรบ้าง มีชื่อ file, ตำแหน่ง pointer ที่ชี้ไปยังตำแหน่งใน hard disk แล้วก็ขนาด แล้วก็สิทธิ์ในการเข้าถึง มี 3 สิทธิ์ 3 level ก็คือ เขียน อ่าน แล้วก็ execute … 3 user group คือ เจ้าของไฟล์ กลุ่มที่เจ้าของไฟล์ set ไว้ แล้วก็บุคคลทั่วไป คล้ายๆ กับ share file ใน Google Drive

🎯 เรียนจบบทนี้ต้องทำได้ 1) บอก file property ได้
2) อธิบายสิทธิ์ r/w/x × owner/group/others และแปลงเป็นเลข 3 บิตได้
3) อธิบายระบบ secure ด้วย state transition ได้
4) รู้โครงสร้าง directory, access method และอ่าน access matrix ได้

5.1 พื้นฐานของระบบไฟล์

🤔 ไฟล์คืออะไร

File = ข้อมูลที่ถูกเก็บไว้ในหน่วยความจำสำรองแบบมีชื่อเรียก เพื่อให้ผู้ใช้และโปรแกรมเรียกใช้ได้ภายหลัง ส่วน OS ทำหน้าที่ซ่อนรายละเอียดของดิสก์ (บล็อก, track) ให้เราเห็นเป็นแค่ "ไฟล์ชื่อนี้"

⚙️ ข้อมูลซ้อนกันเป็นชั้นๆ (รูป 4.1.A) — ตัวอย่างข้อมูลพนักงาน

Field    : code001   |   Mr. Sombat Tanee   |   5000        ← ข้อมูลทีละช่อง
Record   : code001 : Mr. Sombat Tanee : 5000                ← 1 แถว = 1 คน
File     : เรคคอร์ดของพนักงานทุกคน (หลายแถว)
Database : หลายไฟล์ที่เชื่อมกัน (ไฟล์พนักงาน + ไฟล์แผนก + ไฟล์เงินเดือน)

Field = ข้อมูลแต่ละชนิด (รหัส, ชื่อ, เงินเดือน) → Record = กลุ่มฟิลด์ 1 แถว เช่น code001 : Mr. Sombat Tanee : 5000 → File = กลุ่มเรคคอร์ดแบบเดียวกัน → Database = กลุ่มไฟล์ที่มีความสัมพันธ์กัน

Layered file system (ล่าง → บน)

[5] Application programs      โปรแกรมผู้ใช้
[4] Logical file system       directory structure, symbolic file name
[3] File-organization module  รู้จักไฟล์และบล็อก แปลงเป็น address ของบล็อก
[2] Basic file system         อ่าน/เขียนบล็อกตามตำแหน่งกายภาพ เช่น drive1, cylinder 70, surface 2, sector 5
[1] I/O control               device driver + interrupt handler
    Devices

⚙️ ทำไมต้องแบ่งเป็นชั้น และทำงานยังไง

แต่ละชั้นทำงานของตัวเองแล้วส่งต่อให้ชั้นล่าง จึงแก้หรือเปลี่ยนชั้นหนึ่งได้โดยไม่กระทบชั้นอื่น (เช่น เปลี่ยนรุ่นดิสก์ก็แก้แค่ device driver) ลองดูว่าคำสั่ง "อ่านไฟล์ report.txt" ไหลผ่านชั้นต่างๆ อย่างไร:

Application: โปรแกรมสั่ง read("report.txt")
Logical file system: ดู directory ว่าไฟล์ชื่อนี้มีอยู่ไหม มีสิทธิ์อ่านไหม และข้อมูลของไฟล์อยู่ตรงไหน
File-organization module: แปลงว่า "byte ที่ 0–4095 ของไฟล์" อยู่บล็อกเลขอะไร บนดิสก์
Basic file system: สั่งอ่านบล็อกนั้นตามตำแหน่งกายภาพ (drive, cylinder, surface, sector)
I/O control: device driver สั่งงานฮาร์ดแวร์จริง และรับ interrupt เมื่ออ่านเสร็จ

File operations: create, write, read, delete, reset (ชี้กลับต้นไฟล์) + open, close, seek, attribute, rename, append

เกทไหม? ลองตอบ

ชั้นไหนของ layered file system ที่มี device driver และติดต่อกับฮาร์ดแวร์โดยตรง

I/O control คือชั้นล่างสุด (ชั้นที่ 1) มี device driver และ interrupt handler

5.2 Access methods

🤔 Access method คืออะไร

คือวิธีเข้าถึงข้อมูลข้างในไฟล์ ซึ่งมี 3 แบบ

Sequential = อ่านเรียงจากต้นไปท้ายทีละส่วน เหมือนเทปคาสเซ็ต อยากฟังเพลงที่ 5 ต้องกรอผ่านเพลง 1–4 ก่อน ระบบจำ "ตำแหน่งปัจจุบัน" (current position) ไว้ อ่านทีไรก็ขยับไปข้างหน้า
Direct = กระโดดไปบล็อกที่ต้องการได้ทันที เหมือนเลือกเพลงจากเพลย์ลิสต์ (ดิสก์ทำได้ เพราะทุกบล็อกมีเลข)
ISAM = มีสารบัญซ้อนสารบัญ เหมือนหนังสือเล่มหนา ดูสารบัญหลัก → สารบัญย่อย → หน้าที่ต้องการ แล้วค่อยไล่อ่านตามลำดับในหน้านั้น

Sequential access (แบบเทป) อ่าน/เขียนตามลำดับ ใช้ rewind ย้อนกลับ
Direct access (แบบดิสก์) กระโดดไปบล็อกที่ต้องการได้เลย ทำ sequential บน direct ได้ดังนี้ reset → cp := 0, read next → read cp; cp := cp + 1, write next → write cp; cp := cp + 1
ISAM: master index (binary search) → secondary index (binary search) → actual file block (อ่านแบบ sequential)

เกทไหม? ลองตอบ

กระโดดไปอ่านข้อมูลบล็อกที่ 50 ของไฟล์ได้ทันทีโดยไม่ผ่านบล็อก 0–49 คือ access แบบใด

direct access ทำงานแบบดิสก์ ทุกบล็อกมีเลข จึงกระโดดไปได้เลย ส่วน sequential ต้องไล่ตามลำดับแบบเทป

5.3 File property (ข้อมูลใน directory) ★

🤔 File property คืออะไร

คือข้อมูลเกี่ยวกับไฟล์ (ไม่ใช่เนื้อหาในไฟล์) ที่ OS เก็บไว้ใน directory เช่น ชื่อ อยู่ตรงไหนบนดิสก์ ใหญ่เท่าไร ใครทำอะไรได้บ้าง เหมือนข้อมูลที่เห็นเมื่อคลิกขวาที่ไฟล์แล้วกด Properties

Property	ความหมาย
file name	ชื่อไฟล์ + นามสกุล เช่น .exe/.com (รันได้), .txt (ข้อความ), .obj (object file)
file type	ประเภท เช่น binary, text (สัมพันธ์กับนามสกุล)
location	pointer ไปยังอุปกรณ์และตำแหน่งบนดิสก์ (volume, cylinder, track, block number)
size	ขนาด (byte, word, block)
current position	pointer ตำแหน่งที่กำลังอ่าน/เขียน
protection	สิทธิ์: read only, read and write, execute
time and date	วันเวลาที่สร้าง/แก้ไขล่าสุด

Directory operations: search, create file, delete file, list directory, back up

เกทไหม? ลองตอบ

ข้อใดไม่ใช่ file property ที่เก็บใน directory

file property คือข้อมูลเกี่ยวกับไฟล์ ไม่ใช่เนื้อหาข้างในไฟล์

5.4 โครงสร้าง directory

🤔 Directory คืออะไร ทำไมต้องมีหลายแบบ

Directory (หรือโฟลเดอร์) = สมุดรายชื่อไฟล์ ที่จดว่ามีไฟล์อะไรบ้าง และ property ของแต่ละไฟล์ ปัญหาคือ เมื่อมีไฟล์เยอะและมีผู้ใช้หลายคน จะจัดยังไงให้หาง่าย และชื่อไม่ชนกัน จึงมีโครงสร้างหลายแบบ ไล่จากง่ายไปยืดหยุ่น:

Single-level = ลิ้นชักเดียวใส่ทุกไฟล์ของทุกคน (ชื่อชนกันง่าย)
Two-level = แต่ละคนมีลิ้นชักของตัวเอง (MFD = ตู้รวม, UFD = ลิ้นชักของแต่ละคน)
Tree = โฟลเดอร์ซ้อนโฟลเดอร์ได้ไม่จำกัด (แบบที่เราใช้ใน Windows/Mac)
Acyclic graph = tree ที่ให้แชร์ไฟล์/โฟลเดอร์เดียวกันได้จากหลายที่ (เหมือน shortcut) แต่ห้ามวน
General graph = ลิงก์วนกลับได้ (มี cycle) จึงต้องระวังการค้นหาวนไม่จบ

Path = เส้นทางไปหาไฟล์: absolute เริ่มจาก root เสมอ (เช่น /root/spell/mail/prt/first) ส่วน relative เริ่มจากโฟลเดอร์ที่เรากำลังอยู่ (ถ้าอยู่ /root/spell/mail → prt/first)

แบบ	ลักษณะ	ข้อจำกัด / จุดสำคัญ
1. Single-level	ชั้นเดียว ทุกไฟล์อยู่รวมกัน	ชื่อไฟล์ห้ามซ้ำทั้งระบบ ซึ่งยากเมื่อมีผู้ใช้หลายคน
2. Two-level	MFD (รายชื่อผู้ใช้) → UFD (ไฟล์ของแต่ละคน)	ถ้ามีไฟล์มากก็ยังต้องระวังชื่อซ้ำใน UFD ตัวเอง
3. Tree	root + subdirectory อ้างไฟล์ด้วย path name	absolute = ไล่จาก root เช่น `/root/spell/mail/prt/first` ส่วน relative = ไล่จาก working directory เช่น อยู่ `/root/spell/mail` → `prt/first`
4. Acyclic graph	แชร์ไฟล์/subdirectory ได้ (link, symbolic link)	ไม่มี cycle
5. General graph	มี cycle ได้	ท่องแล้วอาจวนไม่จบ (infinite loop) จึงใช้ garbage collection (mark ไฟล์ที่เข้าถึงได้ ส่วนที่เหลือคืนเป็น free space) ซึ่งเสียเวลา

Q1รูป 4.1.H ถ้า working directory คือ /program/p1 จะเขียน relative path ของไฟล์ p11_2 อย่างไร

p11/p11_2 (absolute = /program/p1/p11/p11_2)

5.5 สิทธิ์ไฟล์: 3 สิทธิ์ × 3 กลุ่ม (3 bit) ★

🗣 อาจารย์พูดสิทธิ์ของ file ไปทบทวนครับ สิทธิ์ของ file 3 level … owner แล้วก็ group แล้วก็ other บุคคลทั่วไปครับ แต่ละ user ก็จะมีสิทธิ์ 3 อย่าง ซึ่งเราสามารถ set ผ่าน bit ได้เป็น 3 bit ไปดูเอาเองนะครับอยู่ในหนังสือ

ชนิดสิทธิ์ (ชีท): Read, Write (รวม rewrite), Execute, Append, Delete และอื่นๆ เช่น Rename, Copy, Edit
วิธีควบคุม: Naming, Password, Access list (ระบุรายคน ถ้าจะให้ทุกคนอ่านได้ต้องใส่ชื่อทุกคน ซึ่งยุ่งยาก) และ Access group แก้ปัญหานี้ด้วยการแบ่งกลุ่มเป็น owner / group / universe

💡 เข้าใจง่ายๆ: แชร์ไฟล์ใน Google Drive (อาจารย์ยกตัวอย่างนี้เอง)เจ้าของ (owner) ทำได้ทุกอย่าง, คนที่เราแชร์ให้ (group) อาจแก้ได้หรือดูได้อย่างเดียว, คนทั่วไปที่มีลิงก์ (others) อาจดูได้หรือเข้าไม่ได้เลย Unix/Linux ทำแบบเดียวกันด้วย 3 บิตต่อกลุ่ม

🤔 rwx คืออะไร

ระบบ Unix/Linux กำหนดสิทธิ์ของไฟล์เป็น 3 กลุ่มผู้ใช้ × 3 สิทธิ์

กลุ่มผู้ใช้: owner (เจ้าของไฟล์) · group (กลุ่มที่เจ้าของกำหนด) · others (คนอื่นทั้งหมด หรือ universe ในชีท)
สิทธิ์: r = read อ่าน · w = write เขียน/แก้ · x = execute รัน
แต่ละสิทธิ์คือ 1 บิต (มี = 1, ไม่มี = 0) กลุ่มหนึ่งจึงใช้ 3 บิต และทั้งไฟล์ใช้ 9 บิต

⚙️ แปลงเป็นเลข 3 หลักทีละขั้น (ตัวอย่าง rwxr-xr--)

แบ่งเป็น 3 กลุ่ม กลุ่มละ 3 ตัว: rwx | r-x | r--
เปลี่ยนเป็นบิต (มี = 1, ขีด = 0): 111 | 101 | 100
แปลงแต่ละกลุ่มเป็นเลข (r = 4, w = 2, x = 1): 4+2+1 = 7 | 4+0+1 = 5 | 4+0+0 = 4
เอามาเรียงกัน → 754 (คำสั่ง chmod 754 ไฟล์)

r = 4 (อ่าน)   w = 2 (เขียน)   x = 1 (execute)
แต่ละกลุ่มรวมเลขกัน → ได้เลข 3 หลัก: owner | group | others

rwx r-x r--  = (4+2+1)(4+0+1)(4+0+0) = 754
rw- r-- ---  = 640   (owner อ่าน/เขียน, group อ่าน, others ไม่ได้อะไร)
chmod 750 file  → rwx r-x ---

Q2rwxr-xr-- เขียนเป็นเลขฐาน 8 ได้เท่าไร

7 (rwx) 5 (r-x) 4 (r--) = 754

Q3ให้เจ้าของอ่าน/เขียน/รันได้, กลุ่มอ่าน/รันได้, คนอื่นทำอะไรไม่ได้ ต้องตั้งเลขอะไร

rwx r-x --- = 750

Q4644 หมายถึงอะไร

6 = rw- (4+2), 4 = r-- ดังนั้น 644 = rw- r-- r--

5.6 นิยามของระบบที่ secure (state machine) ★

🗣 อาจารย์พูด (วาดใน Paint)นิยามของระบบที่ secure คืออะไร ก็คือ transition ของ state มันไม่ไปยัง non-secure … automata … สถานะ S0 S1 S2 เกิดเหตุการณ์ string a b ก็ transition วนอยู่ในนี้ ถ้ามันวนอยู่ใน secure state ก็ถือว่าระบบมันผ่าน cyber security … OS หรือตัวจัดการส่วนอื่นมันผิดพลาด มันก็จะเกิด transition ที่เราไม่พึงประสงค์ เช่นส่งโทรจันมาทำให้เกิดการ backdoor ออกไปยัง non-secure … พอรู้ปุ๊บก็ปิด transition … คือนิยามด้วย finite state machine

🤔 State machine (finite state machine / automata) คืออะไร

คือแบบจำลองของระบบที่ "ตอนนี้อยู่ในสถานะหนึ่ง" แล้วจะเปลี่ยนสถานะเมื่อเกิดเหตุการณ์ (input) ประกอบด้วย:

State (สถานะ) = วงกลม เช่น S0, S1, S2
Input / event = สิ่งที่เกิดขึ้น เช่น a, b
Transition = ลูกศรที่บอกว่า "อยู่ที่ state นี้ แล้วเกิด input นี้ จะไปที่ state ไหน" เช่น S0 -a-> S1

🔍 ตัวอย่างใกล้ตัว: ไฟจราจร

state = {แดง, เขียว, เหลือง}, input = "หมดเวลา" → แดง -หมดเวลา-> เขียว -หมดเวลา-> เหลือง -หมดเวลา-> แดง วนอยู่แค่ 3 state นี้ ถ้าวันหนึ่งไฟเสียแล้วกลายเป็น "เขียวทั้งสองทาง" ก็คือหลุดไป state อันตราย

⚙️ ใช้นิยามความปลอดภัยยังไง

แบ่ง state เป็น secure set (สถานะที่ปลอดภัย) กับ non-secure
ระบบ secure เมื่อทุก transitionที่ออกจาก secure state พาไปได้แค่ secure state ไม่ว่า input จะเป็นอะไร ระบบจึงวนอยู่ใน secure set เสมอ
ถ้ามี transition ใดพาออกไป non-secure (เช่น ช่องโหว่ / trojan / backdoor) ระบบไม่ secure และวิธีแก้คือปิด transition นั้น (patch)

💡 เข้าใจง่ายๆ: ห้องในบ้านที่ปิดประตูหมด state = ห้อง, transition = ประตูที่เปิดเมื่อเกิดเหตุการณ์ (input a, b) ระบบจะ secure ก็ต่อเมื่อประตูทุกบานจากห้องที่ปลอดภัยพาไปได้แค่ห้องที่ปลอดภัย
ถ้ามีประตูลับ (ช่องโหว่ / backdoor / trojan) ที่พาออกไปนอกบ้านได้ ระบบก็ไม่ secure และวิธีแก้คือปิดประตูนั้น (patch)

📝 เขียนตอบแบบนี้

มองระบบเป็น finite state machine: แบ่ง state เป็น secure set กับ non-secure
ระบบจะ secure เมื่อทุก transition (ทุก input/เหตุการณ์) ที่ออกจาก secure state
พาไปได้แค่ secure state เท่านั้น ระบบจึงวนอยู่ใน secure set เสมอ
ถ้า OS ผิดพลาดหรือมีช่องโหว่ (เช่น trojan ทำ backdoor) จะมี transition ไป non-secure
ต้องปิด transition หรือเหตุการณ์ที่ trigger นั้น (patch)

เกทไหม? ลองตอบ

จากเครื่องมือด้านบน (transition S0 -a-> S1, S1 -a-> S1, S1 -b-> S2, S2 -a-> S0, S2 -b-> S3) เริ่มที่ S0 แล้วป้อน a a b จะจบที่ state ใด

S0 -a-> S1 -a-> S1 -b-> S2 (ยังอยู่ใน secure set)

5.7 Domain of protection และ access matrix

🤔 Domain และ access matrix คืออะไร

Object = สิ่งที่ต้องป้องกัน ทั้งฮาร์ดแวร์ (CPU, printer, disk) และซอฟต์แวร์ (file, program, semaphore)
Access right = การกระทำที่ทำกับ object ได้ เช่น read, write, execute, print
Domain = ชุดของสิทธิ์ หรือ "บทบาท" เช่น domain ของนักศึกษา กับ domain ของแอดมิน ซึ่งเขียนเป็นคู่ <object, สิทธิ์> ส่วน process ทำงานอยู่ใน domain ใดก็ได้สิทธิ์ของ domain นั้น
Access matrix = ตารางรวมทุกอย่าง: แถว = domain, คอลัมน์ = object ช่องที่ตัดกันคือสิทธิ์ เช่น ช่อง (D3, F3) = execute แปลว่า process ใน D3 รัน F3 ได้
Switch (dynamic protection) = เปลี่ยนไปอยู่อีก domain ได้ (คล้ายการใช้ sudo หรือสลับบัญชี) แล้วได้สิทธิ์ของ domain ใหม่

Object: hardware (CPU, printer, disk, memory segment, tape drive) และ software (file, program, semaphore)
Domain เขียนเป็นคู่ <object-name, rights-set> เช่น D2 = { <O2, {write}>, <O4, {print}> } (O4 ใช้ร่วมกับ D3)
Access matrix: แถว = domain, คอลัมน์ = object, ช่อง Access(i, j) = สิทธิ์ที่ D_i ทำกับ O_j ได้ และ global table เขียนเป็น <domain, object, rights-set> (ถ้าการกระทำ M ∈ R_k จึงอนุญาต)
Static = กำหนดตายตัว ส่วน dynamic = มีคอลัมน์ D1–D4 ที่เขียนว่า "switch" ให้สลับไปโดเมนอื่นได้ แล้วได้สิทธิ์เท่ากับโดเมนนั้น เช่น D2 switch ไป D3 จะได้ read F2, execute F3

⚠️ สังเกตตารางในรูป 4.2.B กับ 4.2.C ในชีทไม่เหมือนกันทุกช่อง (เช่น ใน 4.2.B D2 อ่าน F3 ได้ แต่ใน 4.2.C ไม่ได้) ตอบตามตารางที่โจทย์ให้มาเสมอ

Q5ตามรูป 4.2.C โปรเซสใน D2 ถ้า switch ไป D3 จะทำอะไรได้เพิ่ม

แถว D3 = F2: read, F3: execute (ชีทยกตัวอย่างข้อนี้เอง)

Q6ตามรูป 4.2.C D1 switch ไปโดเมนใดได้บ้าง

แถว D1 มี switch ใต้คอลัมน์ D2 และ D4

← บทที่ 4 Storage ข้อสอบจำลอง →