X. Datei- & Verzeichnissysteme

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1 X. Datei- & Verzeichnissysteme X.1 Einordnung Abbildung von Dateibeständen auf die reale Hardware: Ergänzung zur Technischen Informatik 1 im Sommersemester, Aufrufssemantik eines Dateisystemes, Verzeichnissysteme für Dateinamen, Speichervergabe auf Festplatten, Festplattenorganisation, Zugriffsverfahren. Höhere Informatik : - Programmierung, Datenbanken, Verteilte Systeme, Theorie.. Systemprogrammierung: - Betriebsmittelvergabe, Nebenläufigkeit, Treiber... Nebenläufigkeit: - Prozesse, Threads, Synchronisierung X Vergabe v. Speicher & Resourcen: - Hauptspeicher, Dateien, Zugriffsschutz Gerätetreiber: - Konfigurierung, Ansteuerung, Datentransfer Architektur E B Digitaltechnik: - Rechnerarithmetik, Schaltwerke, Gatter, Logik... Elektronik: - Strom & Spannung, Transistoren, ICs F C G D Technische Informatik 2, 2007/ 08, P. Schulthess, Verteilte Systeme, Universität Ulm X - 1

2 X.1.1 Begriffsbestimmungen Anforderungen: Persistenz, Zugang per Name, Schutz durch Zugriffsrechte. Datei/File = Behälter zur dauerhaften Datenspeicherung: Programme und Daten, Dateistruktur abhängig vom Dateityp. Attribute: Name, Typ, Grösse, letzte Änderung, Zugriffsschutz,... Namenskonventionen: DOS: NTFS: Unix, Linux: 8.3 Zeichen name.ext maximal 256 Zeichen; bc.lm.pq... Groß- & Kleinschreibung beachten! Dateien können mehrere Streams (Unterbereiche) haben: DOS: MacOS: NTFS: nur ein Stream Data Fork, Resource Fork beliebig viele Streams => datei:stream (default stream ohne Suffix). Technische Informatik 2, 2007/ 08, P. Schulthess, Verteilte Systeme, Universität Ulm X - 2

3 Verzeichnis (Directory): vom Dateisystem verwaltete Datei zur Strukturierung externer Speichermedien. - Home Directory: Wurzelverzeichnis eines Benutzers. - Working Directory: aktuelles Arbeitsverzeichnis. typischerweise hierarchisch organisiert. Pfade: Folge von Bezeichnern getrennt durch Trennzeichen (Unix /, Windows: \ ). absoluter Pfad: ausgehend von Wurzel (Unix /, Windows:, z.b. c:\ ). relativer Pfad: beginnt mit Bezeichner und bezieht sich auf Working Directory. Verweis (Link, Shortcut, Alias): Direkter Zugriff, ohne navigieren zu müssen. Löschen & Verschieben kann zu ungültigen Links führen, Unix hard link: Verweis auf I-Node (ln datei link), (Datei wird erst gelöscht, wenn letzter Hard link gekappt wurde), Unix symbolic link: Verweis auf Dateinamen - indirekt (ln s datei link). Logische Formatierung = Partition mit einem Dateisystem initialisieren. Technische Informatik 2, 2007/ 08, P. Schulthess, Verteilte Systeme, Universität Ulm X - 3

4 X.1.2 Dateikontrollblock Enthält die Verwaltungsdaten (file control block, FCB): Normalerweise aber NICHT den Dateinamen, das Verzeichnis und die Zugriffsrechte, jedoch Positionszeiger und aktuelle Blockadresse auf Disk, Verweise auf Puffer (im HS) + Pufferfüllgrad, Sperrinformation, Datum,... Beim Öffnen einer Datei: Zugriffsrechte prüfen, Datei als offen markieren (read/write?). Im Hauptspeicher einen Puffer für die Daten allozieren, Kopie des File-Kontrollblockes im Hauptspeicher anlegen. FCB ist Teil der Datei-Verwaltungsstrukturen: Zum schnellen Zugriff auf Disk- und Haptspeicheradressen, Unter Umständen mehrere FCBs im Hauptspeicher für eine Datei. Technische Informatik 2, 2007/ 08, P. Schulthess, Verteilte Systeme, Universität Ulm X - 4

5 X.1.3 Dateizugriff sequentiell: lesen & schreiben immer nur in Vorwärtsrichtung, Magnetbänder als Modellvorstellung. direkt (random access): einzelne Bytes oder Blöcke direkt adressierbar z.b. Festplatten, CDROM,... index-sequentiell: In der Regel vom BS nicht direkt unterstützt Datenbanken setzen direkt auf Disk auf, Zugriff auf einzelne Blöcke über evtl. mehrstufige Indextabellen, Überlaufbereiche erleichtern das Einfügen neuer Blöcke, Gelegentliche Reorganisation erforderlich Technische Informatik 2, 2007/ 08, P. Schulthess, Verteilte Systeme, Universität Ulm X - 5

6 Beispiel: sequentielle Datei in Windows NT #include <string.h> #include <windows.h> int main() { HANDLE hfile; DWORD dwwritten; char * data= hello world ; hfile = CreateFile("c:\\test.txt", GENERIC_WRITE, // name, write access 0, NULL, CREATE_ALWAYS, // share mode & security, creation mode FILE_ATTRIBUTE_NORMAL FILE_FLAG_NO_BUFFERING, NULL // template file ); } WriteFile(hFile, data, strlen(data), & dwwritten, NULL ); // file handle, data, len, #bytes written, overlapped I/O CloseHandle(hFile); Technische Informatik 2, 2007/ 08, P. Schulthess, Verteilte Systeme, Universität Ulm X - 6

7 X.2 FAT Dateisysteme (File Allocation Table) X.3.1. Clusterallozierung. Die Belegungseinheiten heißen Cluster. Jeweils feste Clustergröße für eine Partition, 2 N Disksektoren à 512 Bytes sind üblich (512, 1024,.. 32k Bytes). Separate Verkettung der Blöcke in Dateizuordnungstabelle (FAT): auf den ersten Spuren einer Festplatte, für jeden Block einen Eintrag, sicherheitshalber repliziert, Kopie im Hauptspeicher, wird ständig aktualisiert. Die Cluster einer Datei sind verkettet: Über die Einträge der FAT (File Allocation Table), 12/16/32 Bit Einträge pro Cluster (... FAT32), $FFFF = letzter Block einer Datei, $FFF7 = schadhafter Block, $0000 = leerer Block. BSC FAT Wurzel- Verz. Dateicluster... Technische Informatik 2, 2007/ 08, P. Schulthess, Verteilte Systeme, Universität Ulm X - 7

8 X.2.1 Aufbau eines FAT16 Verzeichnisses: Verzeichnisse sind ebenfalls Dateien: Verzeichnis zeigt auf ersten Block einer Datei, bzw. ersten Eintrag in der Tabelle. Länge des Verzeichnisses im übergordneten Verzeichnis. Länge des Wurzelverzeichnis im PSC od. MBR. Aufbau eines Datei-Eintrages: Offset Größe Inhalt 0 8 Dateiname 8 3 Dateinamen-Erweiterung 11 1 Attribute: Archiv-Bit, read-only, Verzeichnis/Datei, versteckt Reserviert 22 2 Uhrzeit der Erstellung 24 2 Datum der Erstellung 26 2 Startcluster der Datei 28 4 Dateilänge in Bytes Sonderfälle für Zeichen im Namensfeld: $00: letzter Eintrag im Verz. (ungültig), $2E: aktuelles Verz. (. ), $E5: Eintrag gelöscht, $2E2Eh = übergeordnetes Verz. (.. ) Technische Informatik 2, 2007/ 08, P. Schulthess, Verteilte Systeme, Universität Ulm X - 8

9 Beschränkungen für die Grösse einer Partition: FAT12: 12-Bit 4096 Cluster, gebräuchlich für Disketten, 16 MB bei 32KB Cluster mögl. FAT16: 16-Bit Cluster, 2 GB pro Partition für 32KB Cluster. FAT32: 28-Bit > 2 GB, weniger Verschnitt durch kleinere Cluster Weitere Beschränkungen ergeben sich aus der Geräteansteuerung. VFAT16/32: Virtual File Allocation Table Eigentlich keine FAT-Funktion, Ermöglicht lange Dateinamen (max 255 Zeichen). Charakteristiken der FAT-Dateisysteme: Ursprünglich nur 8+3 Dateinamen (ohne VFAT), Beschränkung der Dateigrösse auf 4 Gigabytes, Zugriffsrechte: read-only oder read & write, keine userbezogenen Schutzmechanismen, FAT-Systeme unter vielen BS zugänglich, Optionale Kompression. Datei-Namensdienst und Cluster-Allocation sind getrennt gelöst. Unterverzeichnisse sind auch nur Dateien, welche dann Namen enthalten, Recover.exe sammelt die FAT-Cluster nach einem Verzeichnisverlust, Konsistenzprüfung von FAT-Systemen prüft auf Doppeltbelegung, Redundante FAT-Tabelle üblich bei FAT32. Technische Informatik 2, 2007/ 08, P. Schulthess, Verteilte Systeme, Universität Ulm X - 9

10 X.3.1 I-Nodes data blocks X.3 Unix-Dateisysteme I-Nodes sind zentrale Strukturen des Dateisystems (I Dateityp und Berechtigungen(16-Bit), Anzahl harter Links auf Datei, Eigentümer-Projektgruppe. Eigentümer-User-ID. Dateigrösse in Bytes. Datumseinträge,... Zeiger auf Daten- & Indexblöcke. "Index"). index blocks I-Node Mode Link count Owner-ID Group-ID Filesize... Direct blocks (12) single indirect double indirect triple indirect Technische Informatik 2, 2007/ 08, P. Schulthess, Verteilte Systeme, Universität Ulm X - 10

11 Multilevel-Index Allozierung (dreifach): direkte Datenblöcke und Index-Blöcke (Datenblöcke mit Zeigern). Dateityp (4 Bits): Verzeichnis (#4), reguläre Datei (#8), symbolic Links(#10), Special File für Block Device(#6), Special File für Character Device(#2), Special Files für Pipes und Sockets(#1,#12). Reservierte I-Node Nummern: 0: gelöschte Dateien& Verzeichnissse, 1: Je nach Dateisystem evtl. Datum der Formatierung, Anzahl schlechte Blöcke... 2: root Verzeichnis zum Dateisystem in der jeweiligen Partition. Special Files ohne Datenblöcke, jedoch Referenz auf Pseudo Device-Driver. Technische Informatik 2, 2007/ 08, P. Schulthess, Verteilte Systeme, Universität Ulm X - 11

12 X.3.2. Verzeichnisse und Unterverzeichnisse Implementiert als Dateien: Kennzeichnung als Verzeichnis im Typfeld. Eintrag: Dateinnamen (14 Zeichen) & I-Node-Nummer (16 Bit). Zusätzliche Attribute in I-Nodes der Dateien. Beispiel: Verzeichnisstruktur für /usr/ms Zum Beispiel im ext2 Dateisystem (Linux..): Wurzelverz. 1. /usr (Block 132) bin I-Node #26 Modus ps I-Node #6 Modus 7 14 dev lib Grösse 26 ms Grösse 9 etc sf... 6 usr rg tmp Technische Informatik 2, 2007/ 08, P. Schulthess, Verteilte Systeme, Universität Ulm X - 12

13 X.3.2 Unix System V Partitionsstruktur Boot-Sector: Bootprogramm. Super-Block: Metadaten Verwaltungsinformation für Dateisystem. Super Block wird im Hauptspeicher repliziert. Problem falls Super Block beschädigt. Anzahl der Blöcke, Anzahl der I-Nodes. Anzahl freier Blöcke und freier I-Nodes. Liste freier Blöcke und freier I-Nodes... I-Nodes: I-Nodes werden beim Formatieren angelegt, maximal I-Nodes pro Partition, begrenzt die Anzahl Dateien. Daten- & Indexblöcke: im Anschluß an die I-Nodes. Technische Informatik 2, 2007/ 08, P. Schulthess, Verteilte Systeme, Universität Ulm X - 13

14 X.3.3 BSD 4.2 Berkeley Fast Filing System: 1984 eingeführt, 32-Bit Adressen & Dateinamen mit 255 Zeichen. Teilt Partitionen in Cylinder Groups: Menge fortlaufender Zylinder (typ. 16), Kopie des Superblocks in jeder Zylindergruppe, Bitmap für die I-Nodes & Daten in der CG, I-Nodes & Daten innerhalb CG speichern, Dies ergibt kürzere Positionierungszeiten. Datenblöcke sind in Fragmente unterteilt: Nur letzter Block kann Fragment referenzieren, Fragmente unterschiedlichen Dateien zuteilbar. Ziel: verringern der internen Fragmentierung. Daten-Bitmap mit je 1 Bit pro Fragment. Blöcke >= 4 KB & Blk. / Frag. max. 8:1. ggf. Umkopieren, wenn die Datei wächst. Fragmente besser als kleine Blockgröße, da weniger Zeiger in I-Nodes. Erste Zylindergruppe Zweite Zylindergruppe <= Bootsektor <= Superblock <= Bitmap etc. <= I-Nodes Datenblöcke <= Superblock <= Bitmap etc. Datenblöcke Technische Informatik 2, 2007/ 08, P. Schulthess, Verteilte Systeme, Universität Ulm X - 14

15 X.3.4 Linux EXT2 Fast File System: lange Dateinamen mit max. 255 Zeichen. Blockgruppen unabhängig von den Zylindern. Block Descriptor: #freier Blöcke & #freier I-Nodes. Bitmaps für Datenblöcke & I-Nodes. Bitmaps belegen jeweils einen Block. Bei 1024 Byte Blockgröße max Blöcke pro Gruppe mögl. = 8 MB. Ziel: teuere Positionierungszeiten minimieren: Datenblöcke in der Nähe ihrer I-Nodes. Datei I-Nodes in der Nähe vom Verzeichnis. Fehlertoleranz: Super-Block repliziert pro Blockgruppe. Kopie aller Blockdeskriptoren in jeder Blockgruppe, jedoch ohne Bitmaps. Fragmentierung von Blöcken wie bei BSD FFS wurde nicht implementiert. Technische Informatik 2, 2007/ 08, P. Schulthess, Verteilte Systeme, Universität Ulm X - 15

16 X.3.5 Zugriffsrechte Genau ein Eigentümer pro Datei oder Verzeichnis: Jeder Benutzer wird durch eindeutige Nummer (UID) repräsentiert. Ein Benutzer kann einer oder mehreren Benutzergruppen angehören, Benutzergruppen werden durch eine eindeutige Nummer (GID) repräsentiert, Mit jeder Datei wird die Besitzernummer und die Gruppennummer abgespeichert, Als Gruppe wird normalerweise die primäre Gruppe des Besitzers verwendet. Drei mal 3 Zugriffsbits (r,w,x): für Besitzer, Gruppe und Andere. Zugriffsbits bei Verzeichnissen: r: Inhalt darf aufgelistet werden, x: mit cd darf in das Verzeichnis gewechselt werden, x+w: neue Dateien dürfen angelegt werden. Beispiel Zugriffsbits: Besitzer, Gruppe, Rest Typ+Rechte #Links Größe Datum Name drwxr-xr-x 2 ps users 1024 Feb 10 10:39 Mail/ -rwxr-x--- 1 ps users 224 Feb 10 10:36 hello.c -rw ps users 103 Feb 12 09:39 test Technische Informatik 2, 2007/ 08, P. Schulthess, Verteilte Systeme, Universität Ulm X - 16

17 X.3.6 Spezialbit: Setuid Verfahren patentiert (durch Dennis Ritchie). Problembeispiel: Nur root darf auf die Passwortdatei zugreifen. User sollten gelegentlich ihr Passwort ändern, dürfen aber nicht auf die Datei zugreifen. Lösungsansatz: Passwortprogramm gehört root und hat sein Setuid-Bit gesetzt. Wird es vom User gerufen, so läuft es nicht etwa mit der Zugriffsberechtigung des Users, sondern mit derjenigen des Eigentümers (z.b. root). Nur der Eigentümer kann das Setuid-Bit setzen (und immer auch root). Es geht nicht um die Ausführungsberechtigung von /bin/passwd, sondern um den Zugriff auf /etc/passwd. ls l zeigt bei den Benutzer-Zugriffsbits eines Verzeichnisses ein s (statt eines x) an. Technische Informatik 2, 2007/ 08, P. Schulthess, Verteilte Systeme, Universität Ulm X - 17

18 Spezialbit: Setgid Bei der Ausführung des Programms wird immer die GID der Datei verwendet (und nicht die GID des aktuellen Aufrufers). Bei Verzeichnissen bewirkt dieses Bit, dass neu angelegte Dateien der Gruppe des Verzeichnisses angehören (nicht der Gruppe des Benutzers), ls l zeigt bei den Gruppen-Zugriffsbits ein s (statt eines x) an. Spezialbit: Sticky Für öffentliche Verzeichnisse, hierin enthaltene Dateien können nur durch Eigentümer oder root gelöscht werden, unabhängig von Verzeichnisrechten. Zum Beispiel für das /tmp Verzeichnis: ls l zeigt bei allen gültigen Zugriffsbits ein t (statt eines x) an. Technische Informatik 2, 2007/ 08, P. Schulthess, Verteilte Systeme, Universität Ulm X - 18

19 X.4 NTFS = New Technology File System Charakteristiken: Alle Datei-Informationen werden als Datei gespeichert, auch die Metadaten. Weiterentwicklung des HPFS (OS/2), seit Windows 2000 NTFS Version 5. Kleine Blockgröße für große Partitionen möglich. 64-Bit Adressen für große Dateien. Mehrere Datenströme pro Datei. Optionale Kompression. Sicherheit: Zugriffskontrolle pro Benutzer oder Gruppe, Verschlüsselung. Fehlertoleranz: NTFS ist ein Journaling File-System, Transaktionen mit Logging, RAID-Unterstützung. Helen Custer, Inside Windows NT File System, Microsoft Press, Technische Informatik 2, 2007/ 08, P. Schulthess, Verteilte Systeme, Universität Ulm X - 19

20 X.4.1 Dateiverwaltung Datenstrukturen für eine Datei: 3 Managementstrukturen: Objekt Management, Hauptspeicher, Disk, Eine Datei ist eventuell mehrfach geöffnet, referenziert aber dieselbe Daten. Möglicherweise mehrere Ströme pro Datei. Object manager data NTFS memory data NTFS disk process file handle table... file object file object stream control blocks data stream userdefined attribute file control block master file table... Technische Informatik 2, 2007/ 08, P. Schulthess, Verteilte Systeme, Universität Ulm X - 20

21 Dateinamen: werden in separaten Verzeichnisdateien gehalten, sind von Datei-Referenzen zu unterscheiden. Datei-Referenz (file reference): bezeichnet eindeutig eine Datei bzw. ein Verzeichnis innerhalb eines Volumes (MFT), Wäre das Medium ein Hauptspeicher und keine Platte, so wären dies Zeiger, Sequenznummer: wird hochgezählt, für jede neue Datei mit gleicher Dateinummer. Dateinummer: Index in Master File Table (MFT) #Sequenz Dateinummer Technische Informatik 2, 2007/ 08, P. Schulthess, Verteilte Systeme, Universität Ulm X - 21

22 X.4.2 Aufbau eines NTFS Volumes (Partition): Unterteilung in Clusters zum Zwecke der Speichervergabe: Vergabe mit Hilfe der Bitmap-Datei (Spezielle Systemdatei), ein oder mehrere fortlaufenden Sektoren als Quantum. BSC (Boot Sector): Boot-Programm (optional, Kopie vom PBS). #Sektoren pro Cluster, Plattengeometrie, Startprogramm... MFT (Master File Table): MFT ist selbst auch eine Datei 12,5 % der Partition werden reserviert. ggf. erweitern Fragmentierung der MFT. entspricht der I-Node Tabelle in Unix-Systemen. beschreibt die Lage der Datenblöcke auf Disk. pro Datei/Verzeichnis ein Eintrag und ein Cluster. BSC MFT System- Files File Area Technische Informatik 2, 2007/ 08, P. Schulthess, Verteilte Systeme, Universität Ulm X - 22

23 X.4.3 Systemdateien für eine Partition Systemdateien liegen an einer Standardposition: MFT2: Kopie der ersten drei Zeilen der MFT. Log-Datei: Änderungen an MFT protokollieren. Volume-Datei: Größe & Name des Volumes, Versionsnummer der Partition, Bitmap-Datei: freie & belegte Cluster. Quota-Tabelle: Kontingent pro Benutzer. Bad-Cluster-Datei: vermerkt defekte Cluster. Attribute: Jede Datei und jedes Verzeichnis ist ein Satz von Attributen. Alle Elemente einer Datei, wie der Name, SicherheitsID, aber auch Daten sind Attribute, Jedes Attribut wird durch den Code für Attributtyp bzw. Attributnamen identifiziert, Beinahe ein objektorientierter Ansatz. Technische Informatik 2, 2007/ 08, P. Schulthess, Verteilte Systeme, Universität Ulm X - 23

24 X.4.4 MFT-Eintrag für eine kurze Datei: Standard info: Dateilänge, MS-DOS Attribute, Anzahl der Hard-Links, Zeitstempel für Zugriffe, Sequenznr. der gültigen File-Reference. Security descriptor: Zugriffskontrolle. Daten der Datei direkt in der MFT abgelegt. standard info file name security descr. data empty Technische Informatik 2, 2007/ 08, P. Schulthess, Verteilte Systeme, Universität Ulm X - 24

25 X.4.5 MFT-Eintrag für eine lange Datei: Runs bzw. Extents: Große Dateien sind ausserhalb der MFT in sog. runs bzw. extents abgelegt. Falls ein MFT-Eintrag nicht genügt, werden weitere alloziert. MFT-Eintrag enthält dann nur noch Zeiger. virtuelle Clusternum. (VCN): Adressierung innerhalb einer Datei. logische Clusternummer (LCN): Adressierung innerhalb der Partition. standard info file name security descr. data starting VCN 0 4 starting LCN no. of clusters VCN 3 4 VCN VCN data data LCN LCN Technische Informatik 2, 2007/ 08, P. Schulthess, Verteilte Systeme, Universität Ulm X - 25

26 X.4.6 Aufbau eines kurzen Verzeichnisses: Verzeichnis findet in der MFT Platz. Index of Files: Sammlung von Referenzen auf Dateien. Sequentielle Suche in kleinen Verzeichnissen (die in MFT-Eintrag Platz finden). Die Dateinamen sind im Verzeichnis repliziert. Bitmap: Belegung des Indexbereiches. std. info directory name security descr. index of files Bitmap empty File Ref. Name Length 217 etc lib usr 256 Technische Informatik 2, 2007/ 08, P. Schulthess, Verteilte Systeme, Universität Ulm X - 26

27 X.4.7 Aufbau eines langen Verzeichnisses: Pro Verzeichnis ein B + -Baum, indiziert nach Namen der Dateien. N.B. kein B + -Baum über alle Dateien eines Volumes. std. info directory name security descr. index of files Bitmap File Ref. Name Length 217 etc lib usr Extents VCN cd csh doc LCN VCN cd csh doc LCN Technische Informatik 2, 2007/ 08, P. Schulthess, Verteilte Systeme, Universität Ulm X - 27

28 X.4. Ergänzende Themen X.4.2. Limitierung der Plattennutzung Mehrbenutzersysteme: Einzelnen Benutzern sollen verschieden große Kontingente zur Verfügung stehen. Ziel: gegenseitige Beeinflussung/Behinderung vermeiden. Quota-Systeme: Dateisystem verwaltet Tabelle auf Disk. Disk-full Meldung, wenn Quota verbraucht. Tabelle enthält maximale & augenblickliche Anzahl von Blöcken für Dateien und Verzeichnisse eines Benutzers. In der Regel weiche (können kurzfristig Überschritten werden) und harte Grenzen. Beispiele: NTFS, ext2,... Technische Informatik 2, 2007/ 08, P. Schulthess, Verteilte Systeme, Universität Ulm X - 28

29 X.4.3. Disk-Caching Festplattenkontroller verfügen über große On-board-Cache (> 8 MB): Disk Caching wird in aktuellen Betriebssystemen intensiv genutzt. Sobald gesuchter Sektor gefunden wurde, wird gesamter Track in den Cache eingelesen. Weitere Anfragen zu Blöcken aus diesem Track bedient der Kontroller direkt aus Cache. Das BS puffert übertragene Blocks zusätzlich in einem Blockcache im HS: Metadaten evt. sofort durchschreiben. Optional: virtuelle Disk (RAM-Disk) im HS unter Kontrolle des Benutzers. Technische Informatik 2, 2007/ 08, P. Schulthess, Verteilte Systeme, Universität Ulm X - 29

30 X.4.4. Memory-Mapped Files Speicherzugriffe auf diesen Bereich werden wie Dateizugriffe behandelt. Bequeme Implementierung über den VM-Mechanismus: (Teil einer) Datei wird in den virtuellen Adressraum eingeblendet. bei einem Seitenfehler wird von der Festplatte nachgeladen, Zurückschreiben beim Schließen des File-Mappings, MMU Seitentabellen zeigen auf Disk-Blöcke, logischen Adressraum reservieren. Beispiel: Unix #include <unistd.h>, <stdio.h>, <fcntl.h>, <sys/mman.h> void main() { char * p; int filedesk; } filedesk = open("txt", O_RDWR); p = mmap(0, getpagesize(), PROT_READ PROT_WRITE, MAP_PRIVATE, filedesk, 0); printf("%08x\n", p); munmap(p, getpagesize()); close ( filedesk ); Technische Informatik 2, 2007/ 08, P. Schulthess, Verteilte Systeme, Universität Ulm X - 30

31 X.4.5. Redundanz & Spiegelung RAID= Redundant Array of Inexpensive Disks: Daten auf mehrere Festplatten verteilen, absichern und replizieren. mehrere Levels definiert von Universität Berkeley. Software- und Hardware-Lösungen möglich. RAID Level 0: z.b. Windows NT. keine Redundanz der Daten. hohe Lese- und Schreibleistung. Datenblöcke (Stripes) auf mehrere Disks verteilt stripe 0 stripe 4 stripe 8 stripe 12 stripe 1 stripe 5 stripe 9 stripe 13 stripe 2 stripe 6 stripe 10 stripe 14 stripe 3 stripe 7 stripe 11 stripe 15 RAID Level 1: z.b. Windows NT. benötigt zwei Festplatten. wird auch als Spiegeln bezeichnet. Gesamtkapazität entspricht einer Platte. Schreiboperationen immer auf beiden Disks. stripe 0 stripe 1 stripe 2 stripe 3 stripe 0 stripe 1 stripe 2 stripe 3 stripe 6 stripe 7 stripe 8 stripe 9 stripe 6 stripe 7 stripe 8 stripe 9 Technische Informatik 2, 2007/ 08, P. Schulthess, Verteilte Systeme, Universität Ulm X - 31

32 RAID Level 2: unterschiedliche Bits eines Bytes auf verschiedene Platten, fehlerkorrigierend mit Hamming Code, zuzüglich ECC Bits. A1 A2 A3 A4 ECC-A ECC-A ECC-A B1 B2 B3 B4 ECC-B ECC-B ECC-B C1 C2 C3 C4 ECC-C ECC-C ECC-C D1 D2 D3 D4 ECC-D ECC-D ECC-D E1 E2 E3 E4 ECC-E ECC-E ECC-E RAID Level 3: unterschiedliche Bits eines Bytes auf verschiedene Platten, Paritätsinfo auf eine Festplatte, Mindestens 3 Platten. A1 A2 A3 A4 Parity-A B1 B2 B3 B4 Parity -B C1 C2 C3 C4 Parity -C D1 D2 D3 D4 Parity -D E1 E2 E3 E4 Parity -E Technische Informatik 2, 2007/ 08, P. Schulthess, Verteilte Systeme, Universität Ulm X - 32

33 RAID Level 4 - Blockweiser Betrieb: Platten werden nicht mehr komplett gespiegelt. Festplattenkapazität wird besser ausgenutzt. Redundanz durch Checksumme (XOR). Nachteil: Parity Platte ist Flaschenhals. block 0 block 1 block 2 block 3 P(0-3) block 4 block 8 block 12 block 5 block 9 block 13 block 6 block 10 block 14 block 7 block 11 block 15 P(4-7) P(8-11) P(12-15) RAID Level 5: Paritätsinfo verteilt über alle Festplatten. blockweiser Betrieb, z.b. Windows NT. block 0 block 1 block 2 block 3 P(0-3) block 4 block 5 block 6 P(4-7) block 7 block 8 block 12 block 9 P(12-15) P(8-11) block 13 block 10 block 14 block 11 block 15 P(16-19) block 16 block 17 block 18 block 19 Technische Informatik 2, 2007/ 08, P. Schulthess, Verteilte Systeme, Universität Ulm X - 33