Einführung in Dateisysteme
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- Minna Simen
- vor 7 Jahren
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1 Proseminar Speicher- und Dateisysteme
2 Agenda 1. Allgemeines 2. Grundlagen/ Konzeption eines Dateisystems 3. Strukturelle Konzepte von Dateisystemen/ Beispiele 4. Sicherheitsaspekte 5. Ausblick Seite 2 von 28
3 Allgemein - Definition Das Dateisystem (DS) ist Bestandteil des Betriebssystems und bildet die Schnittstelle zwischen diesem und den Laufwerken. Es legt fest, wie der Computer Dateien auf den Datenträgern benennt, speichert, organisiert und verwaltet. Ein Dateisystem besteht aus Dateien, Verzeichnissen und Adressen, über die die Dateien lokalisiert werden. ITwissen, Dateisystem, 2015 Seite 3 von 28
4 Allgemein - Ein Dateisystem wofür??? ohne Dateisystem manuelle Adressierung der Daten benötig für: sinnvolle, automatisierte Verwaltung der Daten zur Veranschaulichung: Festplattengröße 2 TB Anzahl Speicherblöcke im Mrd. Bereich Welcher Block hält welche Datei, und andersherum sehr viele Karteikarten!!! Seite 4 von 28
5 Allgemein - Historisches Dateisysteme ab dem 18. Jahrhundert Steuerung automatischer Webstühle für Lochkarten und Lochstreifen erhöhte Anforderungen ab Trommelspeichern direkte Adressierung erforderlich Seite 5 von 28
6 Grundlagen - Struktur von Massendatenspeichern Ein Massenspeicher ist ein physikalisches Medium mit Speicherplatz. Grafische Darstellung der Struktur: Physikalischer Platz Blöcke ( Bytes) Cluster (Blöcke zusammengefasst) Cluster sind nach außen sichtbare Struktur (zugriff DS) Seite 6 von 28
7 Grundlagen - Was ist eine Datei? (Definition) Eine Datei (englisch file) ist ein Bestand meist inhaltlich zusammengehöriger Daten, der auf einem Datenträger oder Speichermedium gespeichert ist. Wikipedia, Datei, 2015 Seite 7 von 28
8 Grundlagen - Was gehört zu einer Datei? Menge von Clustern, die zusammengehörende Informationen enthalten Tabelle mit Metadaten zu jeder Datei Metadaten speichern Beschreibungen zu einzelnen Dateien NICHT zwangsläufig zu den Metadaten gehört der Dateiname Seite 8 von 28
9 Grundlagen - Metadaten einer Datei Metadaten (muss) Eindeutige Datensatznummer (ID) Datenlänge (Clusteranzahl) Anzahl und Ort der zugehörigen Cluster (verschiedene Verfahren) Metadaten (kann) Dateiname Dateityp Zugriffsrechte Erstelldatum Datum der letzten Änderung usw. Seite 9 von 28
10 Grundlagen - Speicherung der Clusteradressen (1) Angabe von Startcluster und Länge Pro: schneller Datenzugriff Contra: verhindert ggf. einfaches Vergrößern von Dateien, wenn Folgecluster schon belegt ggf. zwar viel Speicherplatz frei, aber keine ausreichend lange und freie Sequenz für einen Datensatz Seite 10 von 28
11 Grundlagen - Speicherung der Clusteradressen (2) Angabe vom Startcluster und Folgecluster am Ende jeden Clusters Pro: gute Speicherausnutzung (Datenstückelung) Contra: Zugriff am Dateiende bedingt lesen aller vorherigen Cluster Aus unlesbarem Cluster folgt Unlesbarkeit der Datei Seite 11 von 28
12 Grundlagen - Speicherung der Clusteradressen (3) alle Clusteradressen der Datei einzeln speichern Pro: gute Speicherausnutzung und schnelle zugriffe Contra: Große Metadatenbestände Seite 12 von 28
13 Grundlagen - Speicherung der Clusteradressen (4) Speicherung in Extents (Startcluster und Länge des Dateiabschnitts), ein Mix aus 1 und 3 Pro: gute Speicherausnutzung schneller zugriff auf alle Dateibereiche vergleichsweise wenig Metadaten Contra: überall gut, aber nirgends sehr gut Seite 13 von 28
14 Grundlagen - Wie sind Dateien organisiert? Organisation von Dateien erfolgt in Verzeichnissen Verzeichnisse: spezielle Dateien beinhalten Dateiname und Adresse (ID) der Metadaten in der Metadatentabelle bestimmen der Datei über den Namen aber lesen mittels der Metadaten Seite 14 von 28
15 Grundlagen - Wie sind Dateien organisiert? Verzeichnis Metadatentabelle Festplatte Hallowelt.exe Tasks.pdf Bild.bmp , 4 ; 4895,8 exe Max Mustermann , 3 ; 2377, 36 ; 4587, 11 PDF Seite 15 von 28
16 Grundlagen - Speicherung auf der Hardware (Festplatte) Speicherung auf der Festplatte von: Dateien Verzeichnissen Partitionsanhängig Metadaten Liste freier Cluster hinzu kommen: Bootblock ggf. Partitionstabellen bei mehreren Partitionen MBR Seite 16 von 28
17 Grundlagen - MBR und GPT maximal 4 Partitionen Bootloader Partition 1 Partition 2 Partition 3 Partition 4 Seite 17 von 28
18 Grundlagen - MBR und GPT GUID-Partitionstabelle teil des EFI-Standard maximal 128 Partitionen Wiederherstellung durch Redundanz MBR Bootlader Primary GPT Haeder P_1 P_2 P_3 P_4 Partition Partition Data P_1 P_2 P_3 P_4 Partition Secondary GPT Haeder Seite 18 von 28
19 Grundlagen - Speicherung auf der Hardware (Festplatte) Aufteilung der Festplatte in: MBR (1) ; Liste freier Cluster (2) ; Metadaten (3) ; Dateien und Verzeichnisse (4) Eine Partition (defragmentiert): Eine Partition (fragmentiert) Seite 19 von 28
20 Konzepte - lineare Dateisysteme Heutzutage für Heimnutzer unwichtig, noch auf Magnetbändern Früher auf Lochbändern und Lochkarten kennt keine Verzeichnisse nur sequentielles Lesen und Schreiben Seite 20 von 28
21 Konzepte - hierarchische Dateisysteme heute üblichen jedem bekannten Dateisysteme. Verzeichnisstrukturen erstellen für Nutzer sinnvolle Dateistruktur möglich Kommunikationsablauf eines Dateiaufrufs: Nutzer Betriebssystem Dateisystem Treiber Firmware (HDD) Seite 21 von 28
22 Konzepte - hierarchische Dateisysteme Wikipedia, hierarchische Dateisysteme, 2015 Seite 22 von 28
23 Konzepte - hierarchische Dateisysteme Öffnen von C:\Eigene Dateien\Dokumente\präsentation.pdf: Öffnen des Ausgangsverzeichnisses (C:\) Suchen von Eigene Dateien Zugriffsrechte überprüfen Öffnen des Verzeichnisses Eigene Dateien Suchen von Dokumente Zugriffsrechte überprüfen Öffnen des Verzeichnisses Dokumente Suchen von präsentation Zugriffsrechte überprüfen Öffnen von präsentation.pdf Seite 23 von 28
24 Konzepte - virtuelle Dateisysteme über den hierarchischen Dateisystemen existiert nicht statisch, sondern nur virtuell verwaltet mehrere andere Dateisysteme für den Nutzer alle Dateien in einem Dateisystem Seite 24 von 28
25 Beispiele Microsoft FAT12, Fat16, Fat32, NTFS,(ReFS Win8Server) Linux ext, ext2, ext3, ext3cow und ext4 Apple HFS, HFS+ CD/DVD ISO9660 (CDFS), UDF Seite 25 von 28
26 Sicherheitsaspekte Zugriffsverwaltung Metadaten können Zugriffsrechte beinhalten Verstecken von Dateien in NTFS Verschlüsselung mittels Tools Datensicherheit Dateisystem darf keine Daten verlieren Einzelvorgänge trennen Mehrfachzugriffe verhindern Sicherheit bei Stromausfall Seite 26 von 28
27 Fragen? / Diskussion Seite 27 von 28
28 Quellenverzeichnis [ITwissen, Dateisystem, 2015] [Online] Available at: [Zugriff am 08 Juni 2015]. [Wikipedia, Datei, 2015] [Online] Available at: [Zugriff am 08 Juni 2015]. [Wikipedia, hierarchische Dateisysteme, 2015] [Online] Available at: [Zugriff am 08 Juni 2015]. Seite 28 von 28
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