H. Verteilte Dateisysteme H.1 Transparenter Zugriff auf nicht-lokale Dateien! H.1.1 Windows Dateifreigabe:

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1 H. Verteilte Dateisysteme H.1 Transparenter Zugriff auf nicht-lokale Dateien! H.1.1 Windows Dateifreigabe: Client für Microsoft Netzwerke: - Remote Volumes werden sichtbar, - Rechner im Netz werden sichtbar, - Integriert im Explorer. Dateiangebot über Servermodul: - Zugriffstransparenz für Programme, - Redirector im Betriebssystem, - Keine Namenstransparenz, - Auch byteweiser Zugriff... Explizite Freigabe: - Lesen & schreiben, - Nur zum Lesen, - Evtl. Passwort. Verteilte Betriebssysteme 2009/10, P. Schulthess, VS Informatik, Uni Ulm H - 1

2 H.1.2 Transparenzkriterien: Ort: Der Pfadname enthält keinen Hinweis auf den Speicherort. Namen: Der Namensraum sieht auf jeder Station gleich aus. Migration: Physikalische Verschiebung einer Datei wird nicht sichtbar. Skalierung: Eine Systemerweiterung führt nicht zu Leistungseinbrüchen. Replikation: Der Klient sieht immer nur ein konsistentes Bild einer Datei. Nebenläufigkeit: Zugriffe durch unabhängige Prozesse gegenseitig unsichtbar. Partitionierung: Zeitweise Verbindungsunterbrechung wird aufgefangen. Fehlerfall: Ausfall einer oder mehrerer Komponenten wird aufgefangen. Zugriff: Gleiche Dateizugriffsroutinen für lokale & ferne Zugriffe: Open/Close Read/Write Verteilte Betriebssysteme 2009/10, P. Schulthess, VS Informatik, Uni Ulm H - 2

3 H.1.3 Verwaltung und Kopplung von Namensräumen Getrennte Namensräume als Remote Vol. oder als autonome Dateiserver. "Mounting" von entfernten Verzeichnissen unter Unix: Station A Station B mount point Namenstransparenz: - Stationsunabhängiger Namensraum kann z.b. mit einer Superroot ("\") realisiert werden. Verteilte Betriebssysteme 2009/10, P. Schulthess, VS Informatik, Uni Ulm H - 3

4 H.2 Semantik verteilter Dateizugriffe One Copy Semantik (Unix) - Alle Änderungen werden sofort sichtbar, - Es existieren keine Kopien der Datei, - eventuell sehr große Latenzzeiten, - Entspricht strikter Konsistenz. Sitzungs-Semantik: - Modifikationen werden erst beim Close sichtbar, - Ältere Versionen gehen verloren (Zeitskala?). Read-Only Semantik: - Eine Datei wird einmal geschrieben und bleibt dann unveränderlich, - Read-Only Semantik erleichtert die Replikation. Transaktionssemantik: - Eine Transaktion arbeitet auf einer ganzen Gruppe von Dateien, - Ein Transaktionsmonitor garantiert ACID Eigenschaft. Verteilte Betriebssysteme 2009/10, P. Schulthess, VS Informatik, Uni Ulm H - 4

5 H.3 Einige verteilte Dateisysteme H.3.1 Peer-to-Peer Systeme. NETBEUI: - Aufbau kleiner lokaler Netze ohne Router, - einfaches Sharing unter Windows. Appletalk: - Freigabe von ganzen Volumes auf Apple Macintosh Rechnern, - Zugriffsrechte für einzelne Ordner einstellbar. NFS - Network File System: - Zustandsloser Zugriff auf Unix-Verzeichnisse, - Unscharfe Definition der Zugriffssemantik, - Ab NFS 4.0 mit Zustand. RFS - Remote File Sharing (veraltet): - Zustandsbehaftetes verteiltes Dateisystem für Unix System V, - Nicht zu verwechseln mit dem "Reiser File System". TCFS - Transparently Cryptographic File System: - Für Linux Systeme mit erhöhtem Sicherheits- und Konsistenzbedarf. Verteilte Betriebssysteme 2009/10, P. Schulthess, VS Informatik, Uni Ulm H - 5

6 H.3.2 Client-Server Systeme Samba (Linux...): - Ersetzt Windows NT, OS/2, NFS und Netware Server - AFS - Andrew Dateisystem: - Entwickelt an der Carnegie-Mellon Universität, - Verteiltes Dateisystem z.b. für Rechner auf dem CMU Campus. CODA: - Redundante Dateispeicherung und Dateiabgleich, - Verbindungsloser Betrieb für mobile Geräte, - Weiterentwicklung von AFS. DFS - Distributed File System für Windows NT Server Maschinen: - Logische Perspektive auf eine Gruppe von Windows Server Maschinen, - Novell Netware - für PC Umgebungen (historisch). Verteilte Betriebssysteme 2009/10, P. Schulthess, VS Informatik, Uni Ulm H - 6

7 Multiple UNC Provider: - benötigt beim Datei öffnen, - z.b. "\\srvra\conp2\src\ab.c", - für UNC Dateinamen, - UNC = Universal Naming Convention. H.4 Windows Dateisystem-Architektur Anwendungsprogramme Filesystem Drivers... Multiple Provider Router - für Dateien auf remote Drives, - löst z.b. "n:\ab.txt" auf. MPR - Redirector NT NFS MUP Netware Redirectors: - Werden der Reihe nach gepollt, - Erzeugen das Session-Format, - Sind Dateisystem-Treiber. To Server - Transport Driver Interface NetBEUI TCP/IP NWLink Netw. Device Independent Specification Ethernet Tokenring ISDN Verteilte Betriebssysteme 2009/10, P. Schulthess, VS Informatik, Uni Ulm H - 7

8 H.5 Caching und Replikation H.5.1 Server caching: Pufferung nur im Hauptspeicher des Servers, Eliminiert nur die Disktransferzeiten, Aus Klientensicht nur eine Kopie, Klient schreibt immer "durch", Keine Konsistenzprobleme, Latenzzeiten des Netzes. Verteilte Betriebssysteme 2009/10, P. Schulthess, VS Informatik, Uni Ulm H - 8

9 H.5.2 Replikation von Dateien Zielsetzung: - Verteilung der Last auf mehrere Server, - Absicherung gegenüber Datenverlust, - Absicherung gegen Serverausfälle. Strikte Replikationskontrolle: - "Lock/unlock" entsprechend der Dateioperation, - "Invalidate" für ungültig gewordene Kopien, - "Update" zur sofortigen Aktualisierung, Schwache Replikationskontrolle: - Schreiboperationen auf die primäre Kopie, - Verzögerte Ausbreitung der Änderung,. Abstimmungsverfahren (Voting): - Realisiert in gewissem Umfang Fehlertoleranz, - Quorum zum Lesen & Schreiben, - Qread + Qwrite > NServer Konsiistenzprotokollll,, Replliikatiionskontrolllle Verteilte Betriebssysteme 2009/10, P. Schulthess, VS Informatik, Uni Ulm H - 9

10 H.5.3 Client caching Reduziert Plattenzugriffe und Nachrichtentransport. Verschiedene Konsistenzprotokolle möglich: - Zentrale Vergabe der Zugriffsrechte beim Server, - Sofortiges Durchschreiben auf den Server, - Verzögertes Durchschreiben auf Server, - Zurückschreiben beim Close der Datei, - Eventuell Dateityp berücksichtigen. Unterbringung des Puffers: - Im Benutzeradressraum, - Im Betriebssystemkern, - In separatem Prozess, - Auf Festplatte? Konsiistenzprotokollll Verteilte Betriebssysteme 2009/10, P. Schulthess, VS Informatik, Uni Ulm H - 10

11 H.6 Network File System (NFS) H.6.1 VFS - abstraktes Dateisystem: einheitliche Datei-Operationen lokal, remote und "special". - Dateisystem auf "v-node" Basis, - Blockcache für Blockdevices, - r-node & i-node Caching, - für Linux... Ca. 20 Dateisysteme möglich: - Named Pipes zwischen Prozessen, - Special File System für Devices, - Proc System für OS-Strukturen, - Extended File System #3 - Network file system built-in Network File System: Vergleiche Windows Open Systems Architecture. NFS Anwenderprogramme Kernelschnittstelle VFS - Virtual File System Ext3 fifofs proc specfs Verteilte Betriebssysteme 2009/10, P. Schulthess, VS Informatik, Uni Ulm H - 11

12 H.6.2 NFS Arbeitsweise Peer-to-Peer Betrieb: - Gleichzeitig Server und Klient, - Server exportieren Verzeichnisse, - Klienten montieren Verzeichnisse, - Unterschiedliche Namensräume, - Diskless Betrieb möglich, - Ggf. Datei sharing. Zugriffsoperationen: - dataptr = read( filehandle, offset, count) - result = write(( filehandle, offset, count, data) - dirhandle = mount( server, dirname, mount-point) - filehandle = lookup( dirhandle, filename) Ungenaues Cache Management: - Aktualitätsprüfung periodisch und beim Öffnen einer Datei, - Verzögertes Schreiben, typischerweise in 8 Kbyte Blöcken. Verbindungsloser Serverbetrieb und Zugang über UDP und RPC. Station B Station A mount point Verteilte Betriebssysteme 2009/10, P. Schulthess, VS Informatik, Uni Ulm H - 12