Betriebssysteme WS 2012/13 Peter Klingebiel, DVZ. Zusammenfassung Kapitel 4 - Datenträger/Dateiverwaltung

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1 Betriebssysteme WS 2012/13 Peter Klingebiel, DVZ Zusammenfassung Kapitel 4 - Datenträger/Dateiverwaltung

2 Zusammenfassung Kapitel 4 Dateiverwaltung 1 Datei logisch zusammengehörende Daten i.d.r. permanent auf Datenträger gespeichert i.d.r. über Dateinamen identifizierbar Dateiverzeichnis / Directory Informationen zur Verwaltung von Dateien Verbindung von Dateiname zu -inhalt Dateisystem enthält in der gleichen Art verwaltete Dateien und Verzeichnisse enthält erforderliche Verwaltungsinformationen

3 Zusammenfassung Kapitel 4 Dateiverwaltung 2 Dateiverwaltung bietet Funktionen und Dienste zur Verwaltung von Dateien und Verzeichnissen Speicherung Dateien/Verzeichnisse/Daten auf Datenträger Realisierung von Zugriffsverfahren sequentiell, indexsequentiell, direkt / wahlfrei Verwaltung freier und belegter Bereiche der Datenträger Gewährleistung von Zugriffsschutz auf Dateien / Verzeichnisse Sicherheit von Dateien / Verzeichnissen

4 Zusammenfassung Kapitel 4 Dateiverwaltung 3 Unterschiedliche Sichten auf Dateien Programm Datei Folge von Zeichen / Datensätzen Betriebssystem Datei Folge von aufeinanderfolgenden virtuellen Blöcken Dateiverwaltung virtuelle Blöcke logische Blöcke der Datenträger virtuelle / logische Blöcke i.d.r. gleich groß Betriebssystem puffert Daten bei Lesen und Schreiben

5 Zusammenfassung Kapitel 4 Dateiverwaltung 4 Relevante Zeiten für den Datenzugriff auf Festplatten Kopfpositionierzeit (seek time) Drehwartezeit / Latenzzeit (latency time) Zugriffszeit (access time = seek time + latency time) Übertragungszeit (transfer time) Steigerung Steigerung der Festplattenkapazität mehr Spuren / mehr Köpfe mehr Sektoren pro Spur unterschiedliche Anzahl Sektore je Spur (Zoneing) verbesserte Aufzeichnungsverfahren

6 Zusammenfassung Kapitel 4 Dateiverwaltung 5 Low-Level-Formatierung legt physikalische Struktur der Festplatte fest erstellt Spuren und Sektoren incl. erforderlicher Datenstrukturen zum Auffinden von Sektoren wird vom Hersteller vorgenommen High-Level-Formatierung legt logische Struktur der Festplatte fest erstellt erforderliche Informationen für Dateisysteme ggfs. Unterteilung in logische Platten (Partitionierung) verändert physikalische Formatierung nicht

7 Zusammenfassung Kapitel 4 Dateiverwaltung 6 Scheduling von Festplattenzugriffen Multitaskingbetrieb: vielfältige, parallele Schreib- /Leseaufträge von/in zufällige Plattenbereiche mehr Aufträge als gerade erledigt werden können Auftragswarteschlangen vor jedem Gerät Veränderung/Optimierung Auftragsreihenfolge hinsichtlich Kopfpositionierzeit / Drehwartezeit Kriterien für Scheduling Fairness Durchsatz maximieren mittlere Antwortzeit minimieren Varianz der Antwortzeiten minimieren

8 Zusammenfassung Kapitel 4 Dateiverwaltung 7 Schedulingverfahren FCFS / FIFO einfach, fair, evtl. geeignet bei geringer Last SSTF unfair, hoher Durchsatz, kurze Antwortzeiten SCAN relativ unfair, hoher Durchsatz, kurze Antwortzeiten Circular SCAN alle Vorteile von SCAN vermeidet Nachteile von SCAN, geringe Varianz

9 Zusammenfassung Kapitel 4 Dateiverwaltung 8 RAID (redundant array of independent/inexpensive disks) Steigerung der Kapazität Zusammenschalten kleinerer Festplatten Steigerung der Leistung parallele Schreib- / Lesezugriffe höhere Verfügbarkeit und Zuverlässigkeit redundante Speicherung von Daten RAID-Basistechniken Striping / Mirroring / Parity

10 Zusammenfassung Kapitel 4 Dateiverwaltung 9 RAID0 nur striping RAID1 mirroring / duplexing RAID5 striping + distributed parity RAID01 striping, dann mirroring = mirroring von stripe sets RAID10 mirroring, dann striping = striping von gespiegelten Festplatten

11 Zusammenfassung Kapitel 4 Dateiverwaltung 10 Booten am Beispiel PC Startprogramm an fester HW-Adresse BIOS bootstrap loader Test/Initialisierung der Hardware (CPU, RAM,...) Urlader der Festplatte im MBR starten Urlader aus der aktiven Partition laden und starten Betriebssystem-Dateien laden und starten weitere Module und Dienste laden und starten Prüfungen (z.b. Dateisystem) durchführen grafische Oberflächen starten Loginprompt

12 Zusammenfassung Kapitel 4 Dateiverwaltung 11 Dateisystem benötigt Datenstruktur zur Speicherung von Dateiattributen zur Verwaltung der Blöcke von Dateien / Verzeichnissen Zugriffe auf Dateien und Dateisystem über Funktionen systemcalls (wie fork, open, pipe, read, write,...), Schnittstelle user mode / kernel mode Bibliotheksfunktionen (wie fopen, fprintf, fscanf,...), werden i.d.r. von Programmen genutzt über Kommandos Kommandozeile / grafische Oberflächen / -tools

13 Zusammenfassung Kapitel 4 Dateiverwaltung 12 Dateizugriffsschutz (Unix) realisiert über Attributbits r - Leserecht w - Schreibrecht x Ausführungsrecht / Wechselrecht (Directory) je für Besitzer, Gruppe, Rest der Welt Sonderattribute (sticky bit, setuid bit, setgid bit) Dateitypen Directory (d), Blockdatei (b), Zeichendatei (c),... Etwas einfacher bei Windows (Single User!) Archiv (A), Hidden (H), Readonly (R), System (S)

14 Zusammenfassung Kapitel 4 Dateiverwaltung 13 weitere Dateiattribute (z.b. unter Unix) Besitzer Gruppe Dateigröße Zeitstempel der Erzeugung, Änderung und des letzten Zugriffs auf Datei Inodenummer (= Verweis auf Datenträger) Anzahl Links auf Datei (= Namen der Datei) Anzahl Unterverzeichnisse im Verzeichnis

15 Zusammenfassung Kapitel 4 Dateiverwaltung 14 Dateisysteme zur dauerhaften Speicherung von Dateien Verwaltung von Hintergrundspeicher Verknüpfung von Dateinamen mit Speicherblöcken Verwaltung der Datenblöcke von Dateien Verwaltung der freien Speicherbereiche Realisierung des Zugriffsschutz auf Dateien Physische Struktur: Anordnung von Datenblöcken mit den nötige Verwaltungsinformationen Logische Struktur (Nutzersicht) heute i.d.r. hierarchisch aufgebaute Verzeichnisstrukturen (ausgehend von Wurzelverzeichnis)

16 Zusammenfassung Kapitel 4 Dateiverwaltung 15 Verwaltung der Datenblöcke einer Datei durch externe Verkettung der Blöcke (FAT, file allocation table, MSDOS) durch Indexblöcke (Unix) Verwaltung der freien Speicherbereiche durch Bit-Listen verkettete Listen Indexblöcke Zugriff auf Dateien durch Pfadnamen absolute Pfadnamen ab Wurzelverzeichnis relative Pfadnamen ab aktuellem Directory

17 Zusammenfassung Kapitel 4 Dateiverwaltung 16 Virtuelles Dateisystem (VFS) logische Schicht im Betriebssystem über den spezifischen Dateisystemen Schnittstelle zwischen dateisystemabhängigen und dateisystemunabhängigen BS-Funktionalitäten Transparenz für Nutzer unterschiedliche Filesysteme sehen für Nutzer gleich aus (logische Sicht) netzwerkeindeutige Dateidesktriptoren / Filehandles