Kapitel V Kapitel VII II File File--Systeme Systeme VO Betriebssysteme 1

Transkript

1 Kapitel VII File-Systeme VO Betriebssysteme 1

2 Langzeitspeicher: File Was ist ein File? Eine Kollektion von Informationen mit einem Namen, die im Sekundärspeicher gespeichert ist. speichere große Datenmengen Gespeicherte Information muss Prozesse überleben, die die Daten verwenden. Mehrere Prozesse müssen gleichzeitig Zugriff auf die Daten haben. 2

3 File-Eigenschaften Daten gehen nicht verloren (durch Stromabschaltung oder Neustarten des Systems). Erzeugen, schreiben oder lesen Meta-Daten um File-Eigenschaften zu beschreiben File-Attribute 3

4 File-Attribute (1) Name Typ: welche Information ist im File gespeichert? Ort: Wo findet man das File auf der Platte? Größe: Anzahl der Bytes Zugriffsrechte: Können unterschiedlich für Lesen, Schreiben, Ausführen, usw. sein Zeit: Zugriff, Veränderung, Erzeugen Version: Wie oft hat sich das File geändert? 4

5 VO Betriebssysteme 5 File-Attribute (2)

6 File Typen: Name + Extension 6

7 File-Typen (1) bezeichnet die Art des Files reguläre Dateien: Ascii- und Binärdateien Verzeichnisse: beschreibt Struktur eines Dateisystems spezielle Zeichendateien modellieren serielle E/A-Geräte (Terminal, Drucker, Netzwerke, etc.) 7

8 File-Typen (2) 8 (a) exekutierbares File (b) Archiv-File

9 File-Struktur 3 Arten von Files unstrukturierte Sequenz von Bytes Betriebssystem kennt den Inhalt nicht (Unix und Windows) Record-Sequenz Baum 9

10 File-Zugriff Sequentieller Zugriff Speicherbandmodell Lese alle Bytes/Records hintereinander kein beliebiges Eintragen von Daten Einfügen von Daten immer am Ende der Datei File Pointer zeigt auf das nächste freie Element Direkter Zugriff (Random Access) Bytes/Records können in beliebiger Reihenfolge gelesen werden. essentiell für Datenbanken Leseoperation bewege File Pointer (Seek) und dann Lesen 1 0

11 Sequentieller File-Zugriff 1 1

12 File Operationen (1) Files sind abstrakte Datentypen mit einem Interface und einer Implementierung. create Zuordnung eines Namens Zugriffsrechte festlegen open Überprüfe Zugriffsrechte Überprüfe ob File existiert t Sperren des Files (nur ein Prozess soll ein File schreiben können) write Welches File (Name oder Pointer) wird geschrieben? Welche Daten werden geschrieben? Wohin werden Daten geschrieben? Implizit (File Pointer) Explizit (direkter Zugriff) 1 2

13 read File Operationen (2) Welches File wird gelesen? Welche Daten werden gelesen? Implizit (File Pointer) Explizit (direkter Zugriff) Wie viele Daten werden gelesen? fsync Synchronisiere alle vorhergehenden writes durch Schreiben vom Haupt- in den Plattenspeicher. Garantiere, dass alle vorhergehenden writes auf ein File in den Plattenspeicher geschrieben werden. 1Plattenspeicher seek Bewege den impliziten File-Pointer auf neuen Offset im File. delete lösche File. 3

14 File Operationen (3) truncate Lösche Daten im File beginnend von der derzeitigen File-Pointer- Position bis zum Ende. close unlock File (open kann ein File sperren) modifiziere Metadaten (Zeitstempel für close) Freigeben von Systemressourcen (File Deskriptoren, Buffer,...) Lesen von Metadaten File-Größe, Zeit, Besitzer usw. Aktualisieren von Metadaten ändere File-Größe, Zeit, Besitzer usw. 4 1

15 Ein Beispiel mit File-Systemroutinen (1) 1 5

16 Ein Beispiel mit File-Systemroutinen (2) 1 6

17 Dateiabbildung in den Speicher funktioniert am besten für Systeme mit Speichersegmentierung map: bildet Datei auf virtuelle Startadresse ab unmap: entfernt Datei aus Adressraum Datei existiert aber weiterhin Jede Datei kann auf eigenes Segment abgebildet werden. Byte k in der Datei entspricht Byte k im Segment a) Segmentierter Prozess vor der Abbildung von Dateien in seinen Adressraum. b) Prozess nach Abbildung einer existierenden Datei abc in ein Segment. Erzeugung eines Segments für die Datei xyz 1 7

18 Einfache File-Verzeichnisse (Directories) 1 Verzeichnis Alle Files auf derselben Ebene zu verwalten ist unschön. Suchen und Sortieren von Files ist aufwendig. Alle Benutzer müssten die Vergabe von File-Namen koordinieren. Jedes File muss einen eindeutigen Namen haben. File-Verzeichnis mit 2 Ebenen oberste Ebene für Benutzer 2. Ebene für Benutzerfiles system thomasf user1 user2 user3 1 8 cc vi gdb one to x y a b

19 Erzeuge einen Baum mit Files. Baumverzeichnisse Jedes Verzeichnis kann Einträge in Form von Files oder Verzeichnissen enthalten. Jeder Prozess hat ein aktuelles Verzeichnis. Angabe von Namen relativ zu diesem Verzeichnis Ändern von Verzeichnissen nach Bedarf Prozesse können Files oder Verzeichnisse nicht teilen. system users mail hollings user1 user2 1 9 vi gdb one to cc x y z a b

20 Azyklische Graphenverzeichnisse File Ermöglichen Benutzern das Teilen von Unterverzeichnissen und Files system users mail hollings user1 user2 cc vi gdb one to x y z a b 2 0

21 Azyklische Graphenverzeichnisse Dasselbe File kann mehrere Namen haben. Absolute Pfadnamen sind verschieden, aber das File ist identisch. Ähnlich h dem Aliasing i Problem bei Programmvariablen Löschen von Files oder Verzeichnissen (implementierungsabhängig) Wenn ein Benutzer ein gemeinsames File löscht, so sollte es für alle Benutzer gelöscht sein. Benutzer löscht Eintrag auf gemeinsames File File sollte nicht gelöscht werden. Wenn der letzte Benutzer seinen Eintrag löscht, sollte File gelöscht sein. 2gelöscht Verwalte Zähler für Anzahl der Referenzen auf ein File. Unix und Windows XP unterstützen tüt azyklische Graphenverzeichnisse. h i 1

22 Kennt das Betriebssystem den Inhalt von Files? Muss den Typ von einigen Files kennen Verzeichnisse i ausführbare Programme Sollte Betriebssystem weitere File-Typen kennen? Z.B. Spreadsheet File versus Textverarbeitungs-File Vorteile: BS kennt die auszuführende Anwendung. Automatisches make bei Änderung des Programms Nachteile: Betriebssystemänderung für jeden weiteren File-Typ Schnittstelle zwischen BS und Anwendungen wird komplexer. Was passiert bei Files mit mehreren Typen (z.b. komprimiertes Postscript-File)? 2 2

23 MacIntosh Beispiele für File-Typen Hat File-Typ, der Teil der File-Metadaten ist. Mit jedem File-Typ ist eine Anwendung assoziiert. Windows Hat File-Typ im File-Suffix. Tabelle pro Benutzer für das Assoziieren von File-Suffixen mit Anwendungen. Unix Kann letzten Teil eines Files als Suffix verwenden. Anwendungen können entscheiden, ob diese Information verwendet wird. 3 2

24 File-Schutzmechanismus (1) Teilen von Files in Mehrbenutzersystemen ist sinnvoll. Teilen von Files erfordert Schutzmechanismus. Verteilte Systeme ermöglichen das Teilen von Files über das Netzwerk. Network File System (NFS) ist eine bekanntes verteiltes File- System. Benutzer sollte die Kontrolle über seine Files haben: Was kann man mit einem File machen? Wer kann etwas mit einem File machen? 5 2

25 File-Schutzmechanismus (2) Verschiedene Kontrollarten: Zugriffslisten Für jeden Benutzer gibt es zu jedem File eine Liste mit Zugriffsrechten. Gruppen Benutzer werden zu Gruppen zusammengefasst. Files werden Gruppen zugeordnet. Jeder Benutzer einer Gruppe hat dieselben Rechte. Abhängig vom System: Files/Benutzer können mehreren Gruppen zugeordnet sein. Pro File ein Passwort 6 2

26 Unix-File-Schutzmechanismus Jedes File hat 3 Klassifikationen Besitzer: besitzt das File Gruppe: Menge von anderen Benutzern (ohne Besitzer) Welt: alle anderen Benutzer Jedes File hat 3 Zugriffsmodi: read, write, execute Schutzmechanismus für Verzeichnisse read: Auflisten von Files in einem Unterverzeichnis write: Löschen und Erzeugen von einem File execute: kann die File-Attribute in einem Unterverzeichnis lesen sticky bit: kann nur Einträge von Verzeichnissen ändern, die man selbst besitzt. 2 7

27 Zugriffslisten und Gruppen Zugriffsmodi: read, write, execute 3 Klassen von Benutzern RWX a) owner access (Besitzer) RWX b) group access (Gruppe) RWX c) public access (Welt) Superuser kann Gruppen mit eindeutigem Namen erzeugen. Benutzer können zur Gruppe hinzugefügt g werden. Mit chmod werden die Zugriffsrechte gesetzt. owner group public 3 0 chmod 761 game Füge File einer Gruppe hinzu. chgrp G game

28 Unix-File-Schutzmechanismus - ein Beispiel stuff ist ein Verzeichnis: Benutzer otto hat r/w/x auf stuff stuff foo ist ein File: Benutzer otto hat r, aber nicht w auf diesem File foo otto kann foo trotzdem schreiben! stuff (1) Kopiere foo in neues File mit Namen temp stuff (2) Lösche foo 3 1 temp foo foo (3) Ändere Namen von temp auf foo foo

29 File-Konsistenz File-Änderungen aus der Sicht von mehreren Prozessen: UNIX Schreiboperationen sind sofort sichtbar. Es gibt Modus, der gemeinsame File-Pointer ermöglicht. AFS (Andrew File System CMU) open/close Semantik Kopiere File bei open Zurückschreiben bei close 3u 2 Unveränderbare Files Sobald File als unveränderbar deklariert wird: File-Name nicht wiederverwendbar Inhalt unveränderbar

30 Zusammenfassung Ein File ist ein abstrakter Datentyp, der vom BS definiert und implementiert ist. Ein File besteht aus einer Sequenz von logischen Records (Byte, Zeile, komplexer Datentyp). Abbildung von logischen Files auf Platte oder Magnetbänder erfolgt durch das BS. File-Verwaltung: Verzeichnisse Schutzmechanismus verhindert unerlaubten Zugriff auf Files. 3 3