Operační systémy 2. Struktura odkládacích zařízení Přednáška číslo 10

Transkript

1 Operační systémy 2 Struktura odkládacích zařízení Přednáška číslo 10

2 Základní pojmy Paměťové médium periferní zařízení nejvyšší důležitosti samotný OS je obvykle uložen na paměťovém zařízení. Proto je správa paměťového média jeden z nejdůležitějších úkolů OS Paměťové médium periferní zařízení k ukládání dat (též zvané úložiště). pevné pevný disk vyměnitelná diskety, USB flash disk, CD ROM

3 Základní pojmy Média se dělí podle přístupu na: sekvenční pásky s přímým přístupem disky Disky obsahují: stopy soustředné kružnice sektory výseče kruhu (obsahují 512 B). U novějších disků je na vnějších stopách více sektorů. desky a povrchy hlavy čtecí zařízení cylindry stopy nad sebou

4 Základní pojmy Fyzická adresa buď [povrch, stopa, sektor] anebo [cylindr, hlava, sektor] pracuje s ní hardware. OS pracuje s logickou adresou. Cluster jeden nebo více sektorů. Nejmenší část disku se kterou dokáže pracovat OS. Formátování příprava média k použití Nízkoúrovňové (low level) příprava stop a sektorů, opakované zbytečné může médium zničit. Vysokoúrovňové příprava struktury dle zvoleného formátu dat (FAT, NTFS, ext3...)

5 Adresářová struktura Data se nalézají v souborech Soubory se slučují do adresářů Adresáře tvoří rovněž strukturu. Adresář, který obsahuje vše co se na disku nachází se nazývá kořenový (root). Adresářové struktury dělíme na: Jednoúrovňová struktura existuje pouze adresář root a vše je v něm (CP/M) Dvouúrovňová struktura v rootu jsou adresáře, ale ty už nemohou obsahovat další adresáře jen soubory (RSX)

6 Adresářová struktura Stromová v každém adresáři mohou být další soubory i adresáře. Připomíná to strom s kořenem (root). (DOS, Windows) Acyklická soubory a adresáře mohou být ve více adresářích nesmí tam být ale cykly. Snadný přístup k témuž souboru z více adresářů (linky). (UNIX) Cyklická struktura může obsahovat cykly

7 Soubor Základní organizační jednotka pro uchování dat Operace se souborem Vytvoření Čtení Zápis Změna pozice v souboru Smazání

8 Vlastnosti souborů Druhy souborů Standardní dokumenty, programy Adresáře Simulované přístup k I/O zařízením Odkládací soubory virtuální paměť Přístupová práva dle daného souborového systému Fragmentace vnější soubory jsou rozkouskované po disku vnitřní velký počet malých souborů volná místa v clusterech

9 Soubory podle přístupu Sekvenční (magnetická páska) Přímý (CD, disk) Indexový (magnetická páska s přeskakováním)

10 Historická zařízení Děrné štítky Děrné pásky Pětistopé 32 znaků (nebo 16 + parita) Osmistopé 256 (anebo 128) Čtené opticky Čtené mechanicky Magnetické pásky

11 Děrný štítek

12 Děrná páska

13 Děrná páska optická čtečka

14 Magnetická páska

15 Terminál

16 Magnetická páska stojan

17 Harddisk

18 Struktura disku V současných počítačích je odkládací zařízení magnetický disk. Na informace na disku se odkazujeme pomocí adresy, která se skládá z: jednotky (drive) strany (surface) stopy (track) sektoru (sector) Stopy na různých stranách přístupné bez posunu hlavy tvoří cylinder.

19

20 Struktura disku Sektor je nejmenší jednotka informace, která může být čtena nebo zapisována na disk (32 až 4096 B, obvykle 512 B) Čas vyhledávání (seek time) doba než se hlava nastaví nad správnou stopu Čekací doba (latency time) doba než se požadovaný sektor natočí pod hlavu

21 Struktura disku Přenos disk paměť je organizován v blocích. Disk je trojrozměrné pole bloků (stopa, strana, sektor), OS zpracovává jednorozměrné pole bloků Jednorozměrná a trojrozměrná adresa se musí vzájemně převést

22 Struktura disku b = k +s * (j + i * t) b jednorozměrná adresa i číslo cylindru t počet stop v cylindru j strana s počet sektorů v stopě k sektor

23 Plánování disku Snaha zvýšit průměrnou vybavovací dobu disku pomocí plánování Rychlost disku ovlivňují tři faktory doba vyhledávání (seek time) vyhledání správné stopy doba čekání (latency time) než se natočí správný sektor čas přenosu (transfer time) doba přenosu mezi diskem a pamětí

24 Plánování disku Plánování FCFS (First Come First Served) nejdřív vyřízen první požadavek na disk problém velké přesuny disku Plánování SSTF (Shortest Seek Time First) nejprve vyřízen ten požadavek který vyvolá nejmenší posun hlavy problém hlava se může pohybovat tam a zpět, dlouhá doba na vyřízení některých požadavků

25 Plánování disku SCAN plánování hlava projíždí disk tam a zpět z jednoho konce na druhý cestou vyřizuje požadavky elevator algoritmus (podobá se výtahu) C SCAN hlava se po dojetí na konec vrátí na začátek jako by začátek navazoval na konec

26 Management disku Tři funkce OS 1. Počáteční iniciace disku 2. Bootování z disku 3. Práce s vadnými bloky

27 Formátování disku Fyzické formátování rozdělení na sektory a stopy Každý sektor má hlavičku, která obsahuje číslo sektoru error correcting code kontrolní součet bytů v sektoru Logické formátování podle OS, např. vytvoření FAT tabulky,

28 Boot block Bootstrap program inicializační program umístěný v ROM, po iniciaci počítači zavádí OS z disku Zaváděcí program OS musí být umístěn na předem daném místě na disku (boot blok) Disk na kterém je umístěn bootovací (systémový) disk Při více OS na počítači je zde umístěn nějaký manažér OS (GRUB, LILO), který vyhledá potřebné jádro zvoleného OS

29 Vadné bloky Vadné bloky musí být označeny aby je počítač již nepoužíval u PC s IDE jsou označeny při formátu, data v nich jsou ztracena u SCSI se seznam obnovuje během používání disku, např. při zjištění vadného kontrolního součtu

30 RAID Redundant Arrays of Inexpensive/Independent Disks Redundantní řady levných/nezávislých disků RAID 0 (stripping) data střídavě ukládána na dva disky RAID 1 (mirroring) stejná data ukládána na dva nebo více disků RAID 5 data ukládána střídavě na více disků a jeden použit na ukládání parity. Při výpadku kteréhokoliv disku je možná výměna disku za běhu a doplnění dat na nový disk Různé další kombinace různá jména u různých výrobců Softwarový a hardwarový RAID

31 Další pojmy LVM Logical Volume Manager vytvoření logických disků z fyzických Možnost změny za chodu systému bez restartu VFS Virtual File System Definice operací, které musí zvládnout každý souborový systém bez ohledu na skutečné umístění Vlastně abstrakce FS

32 Management swapovacího prostoru Swapovací (odkládací) prostor Pro odkládání částí paměti (virtuální paměť) Přístup k disku je pomalejší než k paměti, proto je tomuto třeba věnovat pozornost Je to buď soubor (Windows) nebo samostatný disk (Linux) Vhodnější je samostatný disk rychlost, swap disk používá speciální algoritmus přístupu

33 Konec