Harddisk (=Festplatte) bzw. Sekundärspeicher einbinden Mounting = Montage / Einbau / «einbinden»

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1 Harddisk (=Festplatte) bzw. Sekundärspeicher einbinden Mounting = Montage / Einbau / «einbinden» V1.3 «Die Festplatte» Technische Berufsschule Zürich IT Seite 1

2 Der Harddisk (= Sekundärspeicher) Technische Berufsschule Zürich IT Seite 2

3 Spur Radial um Zentrum! Lesen einer Spur ohne Tangentialbewegung der Schreib/Leseköpfe! Sektor 512Byte (kleinste Speichereinheit, auf die zugegriffen werden kann! Zylinder Übereinanderliegende Spuren. Effizientes Lesen/Schreiben ohne Tangentialbewegung der Schreib/Leseköpfe! Cluster Kleinste Speichereinheit! Besteht aus 1,2,4,8,16 oder 64 Sektoren Lesekopf Alle Schreib/Leseköpfe bilden eine Einheit bewegen sich also tangential Identisch. Begriffe: root = Stammverzeichnis directory = Verzeichnis working directory = Verzeichnis, in dem sich ein Programm gerade befindet subdirectory = Unterverzeichnis folder = Ordner (= Verzeichnis) file = Datei name = Datei-Name Extension = Datei-Erweiterung attribut = Attribut (Datei-Eigenschaft) tree = Baum-Struktur path = Pfad (Verzeichnis- oder Datei-Pfad) absolute path = Pfad ausgehend vom Root-Verzeichniss relative path = Pfad ausgehend vom working directory UNC = Universal Naming Convention (z.b.: \\Rechner\Verzeichnis\ \Datei) Technische Berufsschule Zürich IT Seite 3

4 Dateisysteme Schnittstelle Betriebssystem-Laufwerk Formatieren eines Speichermediums: Organisationsstruktur erstellen. Formatieren kann mit dem Einrichten einer Bibliothek verglichen werden. Bevor Sie ein Buch ins Regal stellen können, müssen Sie Regale aufstellen und ein System zur Katalogisierung einführen. Aufgaben eines Dateisystems Speicherplatz der Festplatte organisieren und verwalten Ordner und Dateien anlegen bzw. wiederfinden ermöglichen Zugriffsrechte ermöglichen Dateisysteme arbeiten selten direkt mit den Sektoren, sondern mit sogenannten Clustern bzw. Blöcke Ein Cluster fasst mehrere benachbarte Sektoren zu einer Speicherplatzeinheit zusammen Cluster legen fest, wie viel Platz Dateien auf der HD mindestens belegen (Jede Datei beansprucht mindestens ein ganzes Cluster, auch wenn sie nicht den ganzen Platz ausfüllt) Die Beziehung zwischen Datei- und Betriebssystem Das Dateisystem ist integraler Bestandteil des Betriebssystems. Oft kann ein Betriebssystem mit verschiedenen Dateisystemen arbeiten: DOS unterstützt FAT12, FAT16 Windows 95A unterstützt FAT12, FAT16 Windows 95B/98 unterstützt FAT12, FAT16, FAT32 Windows NT unterstützt FAT12, FAT16, NTFS4, NTFS5 ab Servicepack 4, kein FAT32 mehr Windows 2000/XP unterstützt FAT12, FAT16, FAT32, NTFS5 OS/2 unterstützt FAT12, FAT16, HPFS Novell NetWare unterstützt Netware Dateisystem MacOS unterstützt HFS, HFS+, UFS, ISO 9660, UDF, FAT32 Linux unterstützt ext2fs, ext3fs, Reiser, FAT12/16/32, Minix, NTFS lesend Technische Berufsschule Zürich IT Seite 4

5 Verzeichnisbaum Umgedrehter Baum (=Tree) Von der Wurzel aus kann man auf den Pfaden (Path) verschiedene Äste erreichen. Der Weg zurück ist aber immer eindeutig! Top-Level-Verzeichnis (Root=Wurzel) First-Level A First-Level B First-Level C Second-Level A 2. Level B 2. Level C 2. Level D 2. Level E 2. Level F 3. Level A 3. Level A File X File Y Technische Berufsschule Zürich IT Seite 5

6 Verzeichnisbaum Top-Level-Verzeichnis (Root=Wurzel) First-Level A B C Second-Level D E F G H Third-Level J K File X File Y Absolute Pfadangabe zu File X (immer ab Root!): Relative Pfadangabe zu File X ab Standort der gelben Figur: /Root/A/D/J./D/J Dot-Slash : Dot-Dot-Slash:./ bedeutet Current Directory../ bedeutet Uplevel-Directory Bsp.: Die gelbe Figur möchte nach Verzeichnis G wechseln: Change-Directory cd../c/g Bsp.: Die gelbe Figur möchte nach Verzeichnis J wechseln: Change-Directory cd./d/j oder D/J Bsp.: Die grüne Figur möchte nach Verzeichnis E wechseln: Change-Directory cd../../b/e UNIX-Befehl für «Wo stehe ich»: pwd (pwd bedeutet Print Working Directory) Technische Berufsschule Zürich IT Seite 6

7 Master Boot Record Der Master Boot Record (kurz MBR), auch Partitionssektor oder Bootsektor, ist bei BIOS-basierten Computern der erste Sektor eines in Partitionen aufgeteilten Speichermediums wie beispielsweise einer Festplatte. Der MBR enthält eine Partitionstabelle, die die Aufteilung des Datenträgers beschreibt, und optional einen Bootloader, ein Programm, das den Bootsektor eines Betriebssystems auf einer der Partitionen startet. Der erste Sektor von Speichermedien, die nicht in Partitionen unterteilt sind, z. B. Disketten oder CDs, wird dagegen als Volume Boot Record bezeichnet. Da der MBR eine Partitionstabelle enthält, hat er die Eigenschaften eines Partitionssektors. Ein Löschen oder ein Defekt am MBR führt dazu, dass der Computer nicht mehr booten kann bzw. die Partitionen nicht erkennt und in der Folge das Betriebssystem oder Daten nicht mehr findet. (Quelle:wikipedia) Verwendung Die meisten Betriebssysteme benötigen nur eine Partition (Einfachste Art der Partitionierung, Partition entspricht ganzer HD) Gründe für die Verwendung mehrerer Partitionen: Mehrere Partitionen erlauben, mehrere Betriebssysteme auf einer Festplatte zu installieren. Jede Partition kann sein eigenes Dateisystem besitzen. Datensicherheit, da nur eine Partition vom Schaden betroffen wäre. (Vorteil bei Neuinstallation des BS) Bessere Organisation durch Speichern der Daten je nach Zweck in verschiedenen Partitionen (App s, Projekte, User etc.) Möglichkeiten der Partitionierung In einer Partitionstabelle können 1 bis 4 Partitionen eingetragen werden Falls mehr als vier Partitionen verlangt sind: In einer Partitionstabelle können somit maximal 3 Partitionen und 1 erweiterte Partition eingetragen werden. Auf der erweiterten Partition können nun beliebig viele logische Partitionen erstellt werden. Technische Berufsschule Zürich IT Seite 7

8 = 512 Byte Befindet sich auf der HD im ersten lesbaren Sektor mit der Adresse: Kopf 0, Spur 0, Sektor 1. Bootindikator (Zeigt an, ab welcher primären Partition gebootet werden soll (Hex 80 = Bootpartition / aktive Partition, Hex 00 = inaktiv). Systemindikator zb Boot-Record. Belegt den ersten Sektor einer bootfähigen Partition Anz. Sektoren der Partition Partitionsgrösse = Anz. Sektoren x 512B Technische Berufsschule Zürich IT Seite 8

9 Bemerkung zum Master-Boot-Record (MBR): Der MBR ist etwas in die Jahre gekommen und wird allmählich durch seinen Nachfolger GPT verdrängt: GPT bedeutet Globally Unique Identifier Partition Table oder GUID Partition Table und ist der neue Standard für das Format von Partitionstabellen auf Festplatten oder anderen Datenträgern. Die Spezifikation ist Teil des UEFI-Standards, der ausgehend von Grossrechnern etwa seit dem Jahr 2000 zunehmend das BIOS auch in PCs ersetzt. GUID-Partitionstabellen können nur unter Einschränkungen auch mit vorigen BIOS-Versionen verwendet werden! Die GPT verwendet Logical Block Addressing (LBA) mit 64 Bit umfassenden Einträgen, sodass (bei 512 Byte Sektorgrösse) Festplatten bis zu einer Gesamtgröße von 8 Zebibyte adressiert und diese in beliebig viele Partitionen aufgeteilt werden können. Die maximal mögliche Anzahl an Partitionen ist prinzipiell nur durch den zur Verfügung stehenden Plattenplatz beschränkt. Technische Berufsschule Zürich IT Seite 9

10 DOS-FAT (File Allocation Table) Für dieses Bild gilt: Ganzer HD wird durch eine Partition repräsentiert. Spur 0 / Sektor 0 Cluster 104 Cluster 103 Cluster 102 Cluster 101 Cluster 100 Root FAT2 FAT1 MBR Dateien und Verzeichnisse ausser dem Stammverzeichnis Stammverzeichnis Kopie von FAT1 Technische Berufsschule Zürich IT Seite 10

11 DOS-FAT (File Allocation Table) FAT-Tabelle Cluster-Nr. Alle Cluster durchnummeriert Cluster. Next- Cluster NUL Mögliche Einträge bei Next-Cluster: zb.e21c Hex = Der Cluster ist Teil einer Datei. Er enthält einen Verweis auf den Folge-Cluster derselben Datei. EOF oder FFFF Hex = Der Cluster ist Teil einer Datei, und zwar der letzte Cluster dieser Datei NUL oder 0000 Hex = Der Cluster ist leer und daher verfügbar. FFF7 Hex = Der Cluster enthält defekte Sektoren Cluster 100 Cluster 101 Cluster 102 Cluster 103 Cluster 104 Cluster 105 Cluster 106 Cluster 107 Cluster 108 Cluster 109 Cluster 110 Cluster 111 Cluster 112 Cluster. NUL Cluster 102 Cluster 103 Cluster 107 EOF NUL Cluster 108 EOF Cluster 109 EOF NUL EOF EOF NUL Bsp.: Verzeichnis c:\meine_daten (Annahme: Cluster-Grösse = 4kB) Name Grösse Datum Start-Cluster tbz.jpg 14k memo.txt 2k calc.exe 10k ring.mp3 3k savedir 7k (upleveldir) 5k (currentdir) 3k Technische Berufsschule Zürich IT Seite 11

12 FAT 16 (XXXX h ) Grösse der Partition Grösse der Cluster 16 MB bis 128 MB 2 kb bis 256 MB 4 kb bis 512 MB 8 kb bis 1024 MB 16 kb bis 2048 MB 32 kb Einsatzgebiet Vorteile Nachteile Ab DOS 2.0 ab 1983 Floppy- Disks Maximale Kompatibilität mit allen Betriebssystemen, 8.3 Filenamen, Max. 2 GB Filegrösse FAT16 kann aufgrund seines Alters nur 2 16 = 65'536 Cluster verwalten. Deshalb haben auch schon sehr kleine Partitionen ziemlich grosse Cluster. Dateinamen nur 8+3 Zeichen, Partitionen bis 2GB FAT 32 (XXXX XXXX h ) Grösse der Partition Grösse der Cluster 512 MB bis 8 GB 4 kb bis 16 GB 8 kb bis 32 GB 16 kb Einsatzgebiet Vorteile Nachteile Als die Festplatten grösser wurden, änderte sich auch die Anzahl möglicher Cluster. Ab Windows 95B bis XP Datentausch zwischen verschiedenen Betriebssystemen (ab 1997) Erprobt, zuverlässig und schnell, von fast allen Betriebssystemen unter-stützt, Partitionsgrössen bis 2 TB da theoretisch auf 2 28 Cluster ausgelegt, was nicht nur wesentlich grössere Partitionen erlaubt sondern auch den Speicherplatz besser ausnutzt. 4GB max. Filegrösse. Keine Zugriffsrechte FAT 12 (XXX h ) VFAT exfat Einsatzgebiet Nachteile Einsatzgebiet Vorteile Einsatz Vorteile Veraltet! Ab DOS 1.0, heute nur noch für Disketten Max = Cluster. Ab Windows 95 Lange Dateinamen bis 255 Zeichen. FAT 16 und FAT 32 Flash-Speicher (ab 2006) Dateigröße 512 TB ACL Cluster max. 32 MB Technische Berufsschule Zürich IT Seite 12

13 WINDOWS-NTFS (New Technology File System) Für dieses Bild gilt: Ganzer HD wird durch eine Partition repräsentiert. Cluster 104 Cluster 103 Cluster 102 Cluster 101 Cluster 100 MFTMIRR MFT MBR Kopie von MFT Technische Berufsschule Zürich IT Seite 13

14 WINDOWS-NTFS (New Technology File System) Für dieses Bild gilt: Ganzer HD wird durch eine Partition repräsentiert. Cluster 104 Cluster 103 Cluster 102 Cluster 101 Cluster 100 MFTMIRR MFT MBR File# Info Name Daten oder Verweis auf Clusters Weiteres 0 $MTF 1 $MTFMIRR 1500 Byte 2 $LogFile $ Ab hier Benutzerverzeichnisse My.txt Falls die Daten <1500B werden sie und mydir direkt hierher geschrieben, sonst 17 Dateien nur die Verweise auf die Clusters! Für die MTF wird ca, 12.5% der Partition reserviert. Übersteigt die MTF diese Grösse, wird sie fragmentiert! Auf run, VCN und LCN wird hier nicht weiter eingegangen! Technische Berufsschule Zürich IT Seite 14

15 NTFS NTFS ist theoretisch auf 2 64 Cluster ausgelegt. Jeder Zugriff auf die HD wird protokolliert. Damit werden defekte Sektoren im laufenden Betrieb ausgemustert. Bei Systemabstürzen können Transaktionen rekonstruiert werden. Grösse der Partition bis 512 MB bis 1024 MB bis 2048 MB grösser 2048 MB Grösse der Cluster 512 B 1 kb 2 kb 4 kb NTFS4 Einsatzgebiet Vorteile Nachteile Standard Dateisystem von Windows NT4 Zugriffsrechte, Journaling, Logische Volumes, Dateinamen inkl. Pfad bis 255 Zeichen. Gross-/ Kleinschreibung möglich, wird jedoch nicht unterschieden! 64 Bit für Adressierung. Stabile Treiber für Linux ab 2004 kommerziell verfügbar. Etwas langsamer als FAT32. Bis 2004 von keinem anderen Betriebssystem unterstützt NTFS5 Einsatzgebiet Vorteile Nachteile Standard Dateisystem von Windows 2000 und XP Professional Weiterentwicklung von NTFS4. Neu mit Verschlüsselungsfunktionen. Wie NTFS4. Von WIN-NT4 erst ab Service- Pack 4 unterstützt. NTFS6 Ab Windows 7 Technische Berufsschule Zürich IT Seite 15

16 UNIX UFS File System Für dieses Bild gilt: Ganzer HD wird durch eine Partition repräsentiert. Ein Dateiname (samt Pfad) verweist stets eindeutig auf einen I-Node, ist aber nicht in diesem gespeichert. Die Speicherung des Dateinamens wiederum findet in speziellen Verzeichnisdateien des Systems statt. Diese enthalten Verweise auf die I-Nodes in Form einer Tabelle, welche den Dateinamen und die dazugehörigen I-Node-Nummer enthält. Block 104 Block 103 Block 102 Block 101 Block 100 I-Nodes Superblock MBR Superblock: Verwaltung von u.a. Blöcken und I-Nodes Technische Berufsschule Zürich IT Seite 16

17 UNIX UFS File System Für dieses Bild gilt: Ganzer HD wird durch eine Partition repräsentiert. Ein Dateiname (samt Pfad) verweist stets eindeutig auf einen I-Node, ist aber nicht in diesem gespeichert. Die Speicherung des Dateinamens wiederum findet in speziellen Verzeichnisdateien des Systems statt. Diese enthalten Verweise auf die I-Nodes in Form einer Tabelle, welche den Dateinamen und die dazugehörigen I-Node-Nummer enthält. Superblock: Verwaltung von u.a. Blöcken und I-Nodes Block 104 Block 103 Block 102 Block 101 Block 100 I-Nodes Superblock MBR Annahme: Clustergrösse 2kB I-Node# Typ Rechte User uid Gruppe gid Datum Grösse Anz. Blöcke Adresse der ersten 10 Blöcke Indirekt adressiert x 2x 3x 5 File rwx k Dir rwx k File rw k I-Node Liste Technische Berufsschule Zürich IT Seite 17

18 UNIX UFS File System (Indirekte Adressierung) I-Node# Typ Rechte Benutzer uid Gruppe gid Datum Grösse Anz. Blöcke Adresse der ersten 10 Blöcke Indirekt adressiert x 2x 3x 5 File rwx kB Dir rwx kB File rw kB I-Node Liste 1-fach indirekt adressiert 2-fach indirekt adressiert 3-fach indirekt adressiert Block (pro Block max. 256 Verweise) I-Node Liste Technische Berufsschule Zürich IT Seite 18

19 UNIX-Filesysteme Bezeichnung Einsatzgebiet Vorteile Nachteile ext2 Bis ca Standard- Dateisystem für Linux. Zuverlässig bewährt. Echte Links und lange Dateinamen bis 255 Zeichen. Gross- /Klein Schreibung wird unterschieden. Kein Journaling-Dateisystem, empfindlich bei Abstürzen. Nur mit Zusatztools von Windows lesbar. ext3, reiserfs, jfs, xfs Moderne Journaling- Dateisystem für Linux. Schnell, kein Dateisystemcheck nach Absturz, wenig Fragmentierung, lange Dateinamen z.b. reiserfs: Dateiname 255 Zch., gesamter Pfadname 4096 Zeichen. Nur mit Zusatztools von Windows lesbar. Technische Berufsschule Zürich IT Seite 19

20 Weitere Filesysteme Bezeichnung Einsatzgebiet Vorteile Nachteile ISO 9660 (CDFS) Joliet, Rockridge ISO (UDF) HPFS Standard-Dateisystem für CD-ROM s Erweiterung von CDFS für längere Dateinamen und Sonderzeichen Universal Disk Format: Neues Standardformat für austauschbare Speichermedien (CD- ROM, MO, DVD) Standard-Dateisystem OS/2 von IBM. Kompatibel mit verschiedener Hardware, weit verbreitet Joliet von Microsoft (Windows, Unix) erlaubt Dateinamen bis 64 Zeichen, Pfadnamen bis 120 Zeichen. Rockridge (Unix, Linux) erlaubt Dateinamen bis 256 Zeichen, Unix-Dateirechte, Dateieigentümer und symbolische Links. Gilt als Nachfolger von CDFS. Soll zwischen verschiedenen Betriebssystemen und Plattformen kompatibel sein. 64-Bit Dateisystem. NetWare Novell-Server 32-Bit Dateisystem für das Betriebssystem von Novell-Servern. HFS, HFS+ Apple Macintosh- Dateisystem (Heute aktuell bei OSX: HFS+) Lange Dateinamen bis 32 (HFS) oder 255 Zeichen (HFS+). HFS+ mit Journaling. Probleme mit Sonderzeichen, Dateiname bis 32 Zeichen. Joliet nicht verfügbar unter älteren Macintosh-Systemen, Rockridge nicht unter Windows UDF wird von Windows XP und anderen Betriebssystemen noch nicht direkt unterstützt und es benötigt einen Treiber Kann nur mit OS/2 benutzt werden. Kann nur mit Novell-Servern benutzt werden. Kann nur mit Apple Macintosh benutzt werden. Technische Berufsschule Zürich IT Seite 20

21 WINDOWS mit einer HD oder Partition: (Verzeichnisbaum nicht vollständig!) 1. HD Technische Berufsschule Zürich IT Seite 21

22 WINDOWS mit mehreren HD s oder Partitionen: (Verzeichnisbaum nicht vollständig!) 1. HD 2. HD Technische Berufsschule Zürich IT Seite 22

23 UNIX mit einer HD oder Partition: (Verzeichnisbaum nicht vollständig!) 1. HD Technische Berufsschule Zürich IT Seite 23

24 UNIX mit mehreren HD s oder Partitionen: (Verzeichnisbaum nicht vollständig!) 2. HD 1. HD Erweiterung der Speicherkapazität hat für den Benutzer keine negativen Auswirkungen. DH. Es ändert sich für ihn «pfadmässig» nichts! Technische Berufsschule Zürich IT Seite 24

25 HD-Einbau unter UNIX/LINUX Die wesentlichen Teilschritte: 1. PC ausschalten 2. HD in PC einbauen (SCSI, SAS, P-ATA, S-ATA) 3. PC einschalten und booten 4. HD partitionieren 5. Partitionen formatieren (mit Filesystem: FAT, EXT, REISERFS, etc. Spezialfall: Swap-Space!) 6. Partition mounten (temporär oder permanent) Die Schritte nun im einzelnen mit den entsprechenden Systemkommandos Nach dem Booten mit neuinstallierter HD werden üblicherweise automatisch die Gerätedateien (Block-Devices) erstellt: SCSI-HD s siehe /dev/sd# (# = [a b c ] P-ATA oder S-ATA-HD s siehe /dev/hd# (# = [a b c ] Wobei zu beachten ist: /dev/hda = 1. SATA-HD /dev/hdb = 2. SATA-HD /dev/hdc = 3. SATA-HD etc. /dev/hda = Ganzer 1. HD /dev/hda1 = 1. Partition des 1. HD s /dev/hda2 = 2. Partition des 1. HD s /dev/hda3 = 3. Partition des 1. HD s etc. Hinweis: Neben Block-Devices existieren bei UNIX auch noch sogenannte Character-Devices! Technische Berufsschule Zürich IT Seite 25

26 UNIX/LINUX-Partitionen kreieren und überprüfen HD überprüfen: HD partitionieren: sfdisk l /dev/hdb = Überprüfen der 2. HD sfdisk /dev/sdb ENTER /dev/hdb1 :1 ENTER /dev/hdb2 :0 ENTER /dev/hdb3 :0 ENTER /dev/hdb4 :0 ENTER...write to disk? Y Hinweis: sfdisk erwartet zeilenweise interaktiv Angaben zu der Partitionierung in der Form <start> <size> <id> <bootable> <c,h,s> <c,h,s> Eingabe 1 bedeutet ab Zylinder 1 alle Zylinder auf Partition 1! Script-Variante für Batch-Job: Interaktive Variante mit Menue: sfdisk /dev/sdb << EOF 1 EOF cfdisk:. [New] = Partition definieren [Write] = Tabelle auf den Disk schreiben. UNIX/LINUX-Partitionen formatieren mkfs <Device> <Optionen zb. Filesystem> Bsp.: mkfs /dev/sdb1 t reiserfs ENTER (mkfs bedeutet make filesystem) Technische Berufsschule Zürich IT Seite 26

27 UNIX/LINUX-Partition temporär «einbinden» mount <Gerätedatei> <Optionen> <Mountpoint> Gerätedatei: SCSI-HD s: /dev/sda1 P-ATA oder S-ATA-HD s: /dev/hda1 Hinweis: /dev/hda ist nicht mountbar weil ganze HD! Optionen: siehe Manual-Pages man mount Mountpoint: Unbedingt ein leeres Verzeichnis Beispiel: Mountpoint erstellen: mkdir /home/testmountpoint Partition mounten: mount /dev/sdb1 /home/testmountpoint Mount überprüfen: df k Partition dismounten: umount /home/testmountpoint Zur Erinnerung: /dev/hda = 1. (ganzer) SATA-HD /dev/hda1 = 1. Partition des 1. HD s /dev/hdb = 2. (ganzer) SATA-HD /dev/hda2 = 2. Partition des 1. HD s UNIX/LINUX-Partition permanet «einbinden» Das Betriebssystem soll beim Booten den mount selbständig ausführen. Dazu ist ein Eintrag in das Systemfile /etc/fstab (ASCII-Datei) nötig! vi /etc/fstab ( oder anderer Texteditor) /dev/sdb1 /home/felix reiserfs acl,user_xattr 1 2 Vorsicht: Im fstab hat es bereits Einträge! Diese nicht löschen! Nach einem Reboot (shutdown r now) oder dem Befehl mount -a sollte die neu erstellte Partition nun «sichtbar» sein (Testen mit df -k) Technische Berufsschule Zürich IT Seite 27

28 Aktuelle UNIX/LINUX-Mounts anzeigen lassen df <Optionen> (df bedeutet disk free) du <Optionen> (du bedeutet disk usage) Technische Berufsschule Zürich IT Seite 28

29 Tipp: Halten Sie Ihre HD sauber, möglichst defragmentiert und frei von Viren! Technische Berufsschule Zürich IT Seite 29