Lageret er hierarkisk fokus nu: disk

Transkript

1 Filsystemer

2 Lageret er hierarkisk fokus nu: disk Sekundært lager er nødvendigt: Data i RAM forsvinder når processer terminerer o.lign. Og der er også brug for pladsen

3 Top-down: Hvad er en fi l? Er en fi l en fysisk genstand? Mål, vægt, længde, højde?

4 Filbegrebet Skal være persistent Skal kunne rumme mange oplysninger Skal kunne tilgås fra processer En fi l er en samling data gemt på et sekundært lager, bestemt af en overordnet fortolkning: metadata

5 Filsystemer (1) OS administrerer lagring af fi ler via fi lsystemet Hvad skal stilles tilrådighed? Hvordan?

6 Filsystemer (1) OS administrerer lagring af fi ler via fi lsystemet Hvad skal stilles tilrådighed? Hvordan?... et hierarkisk navnerum der skjuler kompleksiteten, og samtidig sikrer en effektiv udnyttelse, samt organisering af data...

7 Filsystemer (2) Grænsefl ade Samling af systemkald... Filhåndtering Åbning, lukning, læsning, skrivning af en fi l Kataloghåndtering Afbildning mellem symbolsk fi lnavn og fi l Organisering af fi ler Afbildning fra fi l til diskblokke

8 Egenskaber ved fi ler: Navn, Type Filer har symbolske navne, oftest organiseret i et hierarki... i UNIX styrer brugeren valg af navne...

9 Filstruktur en sekvens af bytes, en sekvens af records, et træ af records? a) Record med fast størrelse b) Record med variabel størrelse c) Fast størrelse, med nøgle d) Variabel størrelse, med nøgle... i UNIX og Windows er en fi l en sekvens af bytes...

10 Q/A Hvilke konsekvenser har det for sekventiel/vilkårlig adgang? a) Record med fast størrelse b) Record med variabel størrelse c) Fast størrelse, med nøgle d) Variabel størrelse, med nøgle

11 Filtyper forskel på et dybere niveau UNIX har... - kataloger - almindelige fi ler - character special fi les - block special if les - FIFOs... En almindelig if l kan rumme et program, et bibliotek, men OS skal stort set kun kende formatet for en eksekverbar

12 Katalogstruktur (1) Simpel træstruktur Simple insert, delete, search operationer... Ingen deling mellem kataloger, hver fil har kun een forgænger...

13 Katalogstruktur (2) DAG-struktur Deling mellem kataloger, en fil har mange forældre... Hvad med delete? Enhver forælder kan fjerne filen, men kun sidste gang den fjernes skal den fjernes fysisk. Behov for reference count...

14 Katalogstruktur (2*) DAG-struktur Deling mellem kataloger, en fil har mange forældre... Hvad med delete? Enhver forælder kan fjerne filen, men kun sidste gang den fjernes skal den fjernes fysisk. Behov for reference count... Cykler er også et problem ved search og delete...

15 Katalogstruktur (3) Træstruktur med sym-links Deling mellem kataloger, en fil kan have mange forgængere Hvad med delete? Ved delete af et symlink, fjernes kun linket. Intet behov for reference counting eller garbage collection Et typisk Unix-fi lsystem understøtter denne form for katalogstruktur, et symbolsk link skabes med ln -s <file> <symlnk>

16 Q/A Træstruktur med sym-links Hvad så med delete på en fil?

17 Bottom-up: Hvor lagres fi ler?... fi ler lagres typisk på en harddisk head, track, sector, cylinder... Rotationshastighed fx 7200 RPM, Læse/skrivehast. 50 MB/s

18 Adgang til harddisken en harddisk er et block device, adgang via device driver Logiske disk-blokke af f.eks. 1KB Disk device driver... bloknummer oversættes til (head, track, sector, cylinder)... Disk controller

19 Filsystemer... en disk opdeles i partitions som hver har et fi lsystem... BOOT: indlæs og kør kode fra MBR indlæs og kør kode fra boot block på aktiv partition opbygger datastrukturer i kernen jvf. super block

20 Administration af ledige blokke Filsystemet skal også holde styr på ledige blokke, samme problematik som ved lageradministration... Kædet liste Bitmap over ledige blokke En kæde af enkelt blokke er ineffektivt... Blokke allokeres og frigøres oftest i sammenhængende grupper Lav kæde af grupper af sammenhængende blokke... Ledige blokke kan også samles i en speciel fi l...

21 Organisering af fi ler: samlet blok... en fi l er en samling blokke på disken... Ide nr. 1: en fi l lagres i sammenhængende blokke simpelt, effektivt at læse en fi l, men ved dynamisk brug fås fragmentering og spildt plads...

22 Organisering af fi ler: FAT Ide nr. 2: en if l lagres som en kædet liste af blokke god udnyttelse af diskplads kun den sidste blok i en fi l kan være delvis tom...

23 Hvor lagres den kædede liste? Hvis pointere gemmes som en del af blokkene:... random access: ekstremt langsomt - kræver gentagne opslag på disken... Hvis pointere gemmes i en FAT tabel, som indlæses i RAM... random access kræver nu kun gentagne opslag i RAM tabellens størrelser svarer til antal blokke på disken...

24 Organisering af fi ler: i-nodes Ide nr. 3: en fi l lagres som en træ-struktur af blokke... fi lens attributter og blokke beskrives af dens i-node...

25 UNIX i-node i-node fra UNIX V7's fi lsystem... ialt 64 bytes i-nodes for åbne fi ler gemmes i lageret random access kræver få søgninger på disk...

26 Hierarki af blokke Hvor mange blokke kan en fi l bestå af?... afhænger af blokstørrelsen og antal bytes i en disk-adresse...

27 Implementation af kataloger... et katalog knytter navne til fi ler... i-node... i UNIX V7 er en indgang i et katalog 16 bytes...

28 Q/A Hvilke attributter kan fl yttes til kataloget, for en UNIX V7 i-node?

29 Et typisk UNIX fi lsystem... superblok beskriver antal i-nodes, ledige datablokke,..... datablokke er typisk 1KB root-kataloget ligger i fast blok... Linux bruger ofte ext# (dopsys-linux: ext2, nyeste: ext4)

30 UNIX systemkald, kataloger... links mellem fi ler er blot fl ere henvisninger til samme i-node...

31 UNIX systemkald, fi ler... åbne fi ler identifi ceres med en fi le descriptor... stdout (0), stdin (1), stderr (2)

32 Søgning efter en fi l /usr/ast/mbox

33 File descriptors... en fi le descriptor udpeger i-node og info om fi lposition... Tabelstørrelse fx fi le descriptors er lokale for en proces, men info skal deles...

34 Filtyper og rettigheder i UNIX bit mode fås ved et OR af følgende bitmønstre bitmask for the file type bitfields socket symbolic link regular file block device directory character device fifo set UID bit set GID bit (see below) sticky bit (see below) mask for file owner permissions owner has read permission owner has write permission owner has execute permission mask for group permissions group has read permission group has write permission group has execute permission mask for permissions for others (not in group) others have read permission others have write permisson others have execute permission

35 Eksempel: Ændring af rettigheder s = chmod(name, mode) $ ls -l total 44 drwx eernst drwx eernst drwxrwxr-x 2 eernst drwxrwxr-x 3 eernst -rwxr-xr-x 1 eernst $ $ chmod 700 foo.sh $ $ ls -l total 44 drwx eernst drwx eernst drwxrwxr-x 2 eernst drwxrwxr-x 3 eernst -rwx eernst users users users users users Nov Nov Oct Sep Nov :24 20:02 22:17 15:45 12:46 Desktop Mail bin cvs foo.sh users users users users users Nov Nov Oct Sep Nov :24 20:02 22:17 15:45 12:46 Desktop Mail bin cvs foo.sh 700 i octal er i binær

36 Delt adgang til fi ler Hvad sker der hvis fl ere processer har adgang til samme fi l?... UNIX understøtter shared og exclusive locks på dele af fi ler...

37 Performance, caching... gem ofte brugte diskblokke i RAM skriv til disk med jævne mellemrum (sync)...

38 Performance vs. blokstørrelse Lille blokstørrelse, lille pladstab i sidste blok, mange blokke... Stor blokstørrelse, stort pladstab i sidste blok, få blokke...

39 Adgang til fi ler vs. anden I/O

40 Opsummering Filbegrebet: data på sekundært lagermedie, fortolkes Attributter: Navn, type, størrelse, rettigheder OS støtte: Dir.mgmnt, Basic FS, Device org. Katalogstrukturer: træ, DAG, løkker, dog symlinks Filstruktur Styring af diskblokke, inkl. ubrugte i-nodes, indirect/double/triple blocks Samtidig brug af filer fra >1 proces