Principy operačních systémů. Lekce 7: Souborový systém



Podobné dokumenty
Operační systémy 2. Struktura odkládacích zařízení Přednáška číslo 10

Operační systémy 1. Přednáška číslo Struktura odkládacích zařízení

Souborový systém (File System FS) Souborové systémy. Souborová fragmentace. Disková fragmentace. Organizace dat na pevném disku

Souborové systémy a logická struktura dat (principy, porovnání, příklady).

Operační systémy a sítě

Operační systémy 1. Přednáška číslo Souborové systémy

Principy počítačů a operačních systémů

Přednáška. Systémy souborů. FAT, NTFS, UFS, ZFS. Katedra počítačových systémů FIT, České vysoké učení technické v Praze Jan Trdlička, 2012

Operační systémy (OS)

Logická struktura pevného disku

Přednáška 2. Systémy souborů OS UNIX. Nástroje pro práci se souborovým systémem. Úvod do Operačních Systémů Přednáška 2

IPZ laboratoře Struktura pevného disku L305 Cvičení 1 Cvičící:

Systém souborů (file system, FS)

ODBORNÝ VÝCVIK VE 3. TISÍCILETÍ

Externí paměti 1 Feromagnetické

2010/2011 ZS P i r i nc č py po ít č čů a SOUBOROVÝ SUBSYSTÉM

Souborové systémy Mgr. Josef Horálek

Kapitola 10: Diskové a souborové struktury. Klasifikace fyzických médií. Fyzická média

Principy operačních systémů. Lekce 2: Správa paměti

Principy operačních systémů. Lekce 3: Virtualizace paměti

Západočeská univerzita v Plzni FAKULTA PEDAGOGICKÁ KATEDRA VÝPOČETNÍ A DIDAKTICKÉ TECHNIKY

Operační systémy 2. Přednáška číslo 2. Přidělování paměti

Přidělování CPU Mgr. Josef Horálek

I/O systém Vnější paměti. PB 169 Počítačové sítě a operační systémy

Paměťová média. Motto dne: Z Berkeley vzešly dvě důležité věci LSD a BSD. Nevěříme, že je to náhoda.

OPERAČNÍ SYSTÉM. Informační a komunikační technologie

Paměti a jejich organizace

PRINCIPY OPERAČNÍCH SYSTÉMŮ

Datové typy a struktury

Růst datových potřeb Pojem velkokapacitní se mění v čase Dříve několik MB, dnes stovky GB až TB

Organizace a zpracování dat I (NDBI007) RNDr. Michal Žemlička, Ph.D.

Systémy souborů (File Systems)

Souborový systém NTFS (New Technology File System) Jan Šváb

Při překrývání se využívá toho, že ne všechny moduly programu jsou vyžadovány současně. Jakmile skončí využívání jednoho

Informační a komunikační technologie

12. Správa souborů. ZOS 2006, L. Pešička

IMPLEMENTACE OPERAČNÍHO SYSTÉMU LINUX DO VÝUKY INFORMAČNÍCH TECHNOLOGIÍ

Informatika základní pojmy

Téma 7 Souborové systémy

Pevné disky (Hard disc)

Algoritmizace prostorových úloh

Algoritmizace prostorových úloh

Základy informatiky. Operační systémy

Lekce 03 Prostředí programu SCRATCH

Metody připojování periferií

TÉMATICKÝ OKRUH Počítače, sítě a operační systémy

Tabulka symbolů. Vazba (binding) Vazba - příklad. Deklarace a definice. Miroslav Beneš Dušan Kolář

Operační systémy. Tomáš Hudec.

Tabulka. Datová struktura, která umožňuje vkládat a později vybírat informace podle identifikačního klíče. Mohou být:

IMPLEMENTACE OPERAČNÍHO SYSTÉMU LINUX DO VÝUKY INFORMAČNÍCH TECHNOLOGIÍ

Převody datových formátů

Management procesu II Mgr. Josef Horálek

DUM 20 téma: Formátování rozsáhlého dokumentu

Rozdělení operačních systémů

Osnova přednášky. Formáty uložení dat. Vyjádření hodnot datového typu. Vyjádření hodnot datového typu. Datové formáty. Výpočetní technika I

Správa počítačové sítě Novell NetWare

RAID, LVM a souborové systémy

Přednáška. Vstup/Výstup. Katedra počítačových systémů FIT, České vysoké učení technické v Praze Jan Trdlička, 2012

Windows 10 (5. třída)

1 Úvod do kompilátorů

Systém souborů. Účel souborového systému. Organizace dat na disku

B4B35OSY: Operační systémy

B4B35OSY: Operační systémy

PROGRAMOVÁNÍ. Cílem předmětu Programování je seznámit posluchače se způsoby, jak algoritmizovat základní programátorské techniky.

Šifrování/Dešifrování s použitím hesla

1 Paměť a číselné soustavy

Registrační číslo projektu: CZ.1.07/1.5.00/ Elektronická podpora zkvalitnění výuky CZ.1.07 Vzděláním pro konkurenceschopnost

Brno. 30. května 2014

Maturitní otázky z předmětu PROGRAMOVÁNÍ

Technické informace. PA152,Implementace databázových systémů 4 / 25. Projekty. pary/pa152/ Pavel Rychlý

Registrační číslo Hodnocení - část A Hodnocení - část B Hodnocení - část A+B

Operační systémy. Tomáš Vojnar IOS 2009/2010. Vysoké učení technické v Brně Fakulta informačních technologií Božetěchova 2, Brno

Téma 7 Souborové systémy

Souborové systémy. Architektura disku

Tato tematika je zpracována v Záznamy přednášek: str materiál: PrikladyZobrazeniCisel.pdf

Pokročilé architektury počítačů

Obsah. 1. Upozornění. 2. Všeobecný popis

Roury a zprávy Mgr. Josef Horálek

ZOS OPAKOVÁNÍ. L. Pešička

Využití ICT pro rozvoj klíčových kompetencí CZ.1.07/1.5.00/

Teoretické minimum z PJV

PA152. Implementace databázových systémů

8. Geometrie vrací úder (sepsal Pavel Klavík)

Přednáška. Úložiště dat: HDD, SDD, RAID, DAS, NAS, SAN. Katedra počítačových systémů FIT, České vysoké učení technické v Praze Jan Trdlička, 2012

František Hudek. únor ročník

konec šedesátých let vyvinut ze systému Multics původní účel systém pro zpracování textů autoři: Ken Thompson a Denis Ritchie systém pojmnoval Brian

Příloha č.2 - Technická specifikace předmětu veřejné zakázky

Reprezentace dat v informačních systémech. Jaroslav Šmarda

Obsah. Úvod Co je KORG KONTROL Editor?... 2 Požadavky na systém... 2 Instalace... 3

Autorem materiálu a všech jeho částí, není-li uvedeno jinak, je Bohuslava Čežíková.

Obsah. Kapitola 1 Skříně počítačů 15. Kapitola 2 Základní deska (mainboard) 19. Kapitola 3 Napájecí zdroj 25. Úvod 11

Definice OS. Operační systém je základní programové vybavení počítače, nezbytné pro jeho provoz.

MANUÁL SMART-MQU. 1. Úvod. 2. Fyzické provedení přenosové sítě.

Windows 8.1 (5. třída)

Desktop systémy Microsoft Windows

Organizace a zpracování dat I

Téma 7 Souborové systémy

Cílem kapitoly je seznámit studenta s pamětmi. Jejich minulostí, současností a hlavnímu parametry.

Pojem operační systém (OS) OS jako rozšíření počítače Skrývá komplikované detaily hardware Poskytuje uživateli virtuální stroj, který se snáze ovládá

Přidělování paměti I Mgr. Josef Horálek

Transkript:

Principy operačních systémů Lekce 7: Souborový systém

Souborový systém Souborový systém (anglicky file system) je označení pro způsob organizace dat ve formě souborů (a většinou i adresářů) tak, aby k nim bylo možné snadno přistupovat. Souborové systémy jsou uloženy na vhodném typu elektronické paměti, která je umístěna přímo v počítači (pevný disk nebo CD, ) nebo může být zpřístupněna pomocí počítačové sítě (NFS, SMB, Apple Talk, ). Lekce 7: Souborový systém 2

Účel souborového systému Údaje v elektronické paměti jsou přístupné v podstatě jako vektor dvojkových čísel. Přitom různé oblasti tohoto vektoru mohou být v závislosti na typu a okamžitém stavu paměti různě rychle dostupné. Například harddisk nebo CD-mechanika potřebuje určitý čas na přesun hlavičky na jinou stopu a než se pod hlavičku dostane oblast s požadovanými daty. Souborový systém zajišťuje ukládání a čtení dat paměťového média tak, aby s nimi uživatelé mohli pracovat ve formě souborů a adresářů. Základní ideou souborového systému je tedy zpřístupnění a ukládání dat pomocí hierarchicky organizovaného systému adresářů a souborů. Lekce 7: Souborový systém 3

Účel souborového systému Základním pravidlem každého souborového systému je, že data musí být jednoznačně určena svým jménem. Z toho vyplývá, že dva soubory nebo podadresáře umístěné ve stejném adresáři nesmí mít stejné jméno. Souborový systém zaznamenává kromě jména souboru a jeho umístění v hierarchii adresářů další informace sloužící pro správu souborů např. časové známky (nejdůležitější je čas poslední změny). informace o vlastnících souborů a přístupových právech. Lekce 7: Souborový systém 4

Soubor Soubor označuje pojmenovanou sadu dat uloženou na nějakém datovém médiu, se kterou lze pracovat nástroji operačního systému jako s jedním celkem. Obsahem souboru mohou být různá data: Jednoduché soubory s jedním druhem dat (textový dokument, obrázek, program, zvukový záznam) Složené soubory, obsahující množství dílčích souborů a objektů (archívní soubory, knihovny, ISO obrazy disků, kancelářské dokumenty s vloženými objakty apod.) Lekce 7: Souborový systém 5

Textový a binární soubor Podle toho, jak má být obsah souboru interpretován lze soubory rozdělit na textové a binární Textový soubor je soubor, ve kterém jednotlivé byty, dvojice bytů nebo posloupnosti bytů mají význam znaků (např. text, formátovaný text, hypertext, CSV soubor s daty) Binární soubor je soubor, který obsahuje jakákoliv data, která jsou následně zpracovávána počítačovým programem. Obsahem souboru jsou čísla v binární soustavě (řetězec nul a jedniček), která reprezentují jistým způsobem uloženou informaci (zvuk, obrázek, video, ale i formátovaný text, databáze apod.) Při čtení binárního souboru je proto nutné vědět, jak uložená data interpretovat. Lekce 7: Souborový systém 6

OS zajišťuje pro soubor tyto služby: Vytvoření souboru s daným jménem Nastavení příznaků souboru Otevření souboru pro čtení, nebo modifikaci Čtení a modifikaci otevřeného souboru Uložení změn na paměťové médium Uzavření souboru a uložení případných provedených změn na paměťové médium Lekce 7: Souborový systém 7

Struktura dat v souboru: Lekce 7: Souborový systém 8

Atributy souboru jméno jedinečný název souboru (vzhledem k aktuálnímu adresáři) délka velikost v počtech bytů typ umožňuje odlišit typ obsažených dat, použitý program, speciální soubory (roura, soket, zařízení, ) apod. přístupová oprávnění kdo smí se souborem pracovat (čtení, zápis, ) pro uživatele a skupiny vlastník uživatel vlastnící soubor (též skupina) časové informace čas vytvoření čas posledního přístupu k souboru čas poslední změny v obsahu souboru čas poslední změny metadat souboru umístění vlastních dat typicky posloupnost alokačních jednotek Lekce 7: Souborový systém 9

Adresář (složka) Adresář (také složka) je organizační jednotka v souborovém systému na datovém médiu. Adresář sdružuje na disku dokumenty (soubory) a další složky (podadresáře) a slouží k tomu, aby si je uživatel mohl logicky uspořádat. Adresáře tvoří na disku stromovou strukturu. Kvůli jednoznačnosti nemohou v jednom adresáři existovat dvě položky se shodným jménem (v tomto případě se nerozlišuje mezi souborem a adresářem). Lekce 7: Souborový systém 10

Adresář Množina datových položek uchovávajících informace o souborech uložených na diskovém oddílu Dvě pojetí pojmu adresář adresář souborového systému na diskovém oddílu (nemusí obsahovat jména souborů) uživatelsky dostupná struktura se jmény souborů a odkazy Položky adresářů obsahují atributy souborů Lekce 7: Souborový systém 11

Operace s adresáři Vyhledání souboru, poskytnutí seznamu souborů Vytvoření, zrušení či přejmenování souboru Procházení souborovým systémem (hierarchií adresářů Lekce 7: Souborový systém 12

Logická struktura adresářů efektivita: soubor je třeba najít rychle nezávislé pojmenovávání souborů 2 uživatelé mohou dát různým souborům totéž jméno 2 uživatelé mohou pojmenovat týž (sdílený) soubor různými jmény snadné seskupování dle nějaké logické příbuznosti struktury adresářů: stromy acyklické grafy B-stromy Lekce 7: Souborový systém 13

Stromová struktura adresářů Lekce 7: Souborový systém 14

Vlastnosti stromových adresářů Lekce 7: Souborový systém 15

Acyklické adresáře Lekce 7: Souborový systém 16

Acyklické adresáře Lekce 7: Souborový systém 17

Organizace systému souborů Lekce 7: Souborový systém 18

Organizace dat na disku Cluster (klastr, alokační jednotka) nejmenší logická datová jednotka na disku, která je tvořena několika bloky (viz. níže uvedený obrázek) Počet sektorů v clusteru souvisí s kapacitou disku. Čím větší je disk, tím větší bývá i velikost clusteru I když uložíme na disk soubor o velikosti jen 1 B, obsadíme tím ve skutečnosti celý cluster. Lekce 7: Souborový systém 19

Správa velkokapacitních paměťových zařízení Velkokapacitní záznamová zařízení uchovávají permanentně velké množství dat (na rozdíl od operační paměti) Disk má S sektorů, H hlav a T stop (cylindrů) Převod trojrozměrné adresy(s, h, t) na jednorozměrný prostor sektorů pomocí formule: Lekce 7: Souborový systém 20

Plánování disku Čas přístupu na disk je dělen na tři části: SEEK přesun hlavy na požadovaný cylindr LATENCY otočení disku na začátek požadovaného sektoru TRANSFER přesun dat z disku/na disk Při velkých zátěžích v OS s více procesy nejvíce zpomaluje přístup na disk čas SEEK. Lekce 7: Souborový systém 21

Obsluha požadavků na přístup k disku Při vyřizování požadavku OS na disk je potřeba nejprve vystavit hlavy na příslušnou stopu a pak počkat, až bude požadovaný sektor pod hlavami. U víceúlohových systémů mohou přicházet požadavky na disk rychleji, než je možné je vyřizovat. Vyřizování požadavků v pořadí, jak přicházejí (tzv. FIFO nebo FCFS -First In First Out, First Come First Serve), není optimální. Lekce 7: Souborový systém 22

Algoritmus FCFS (First Come First Served) Žádosti v pořadí: 98, 183, 37, 122, 14, 124, 65, 67 Hlavy jsou na pozici 53 Vhodný jen pro lehké zátěže Lekce 7: Souborový systém 23

Algoritmus SSTF (Shortest Seek Time First) Žádosti v pořadí: 98, 183, 37, 122, 14, 124, 65, 67 Hlavy jsou na pozici 53 Nejmenší relativní pohyb čtecí hlavy Někdy může vést k problému starvation (vyhladovění) Diskriminace okrajových cylindrů Lekce 7: Souborový systém 24

Algoritmus SCAN (elevátor) Žádosti v pořadí: 98, 183, 37, 122, 14, 124, 65, 67 Hlavy jsou na pozici 53 Je určen směr pohybu hlav. Z fronty jsou zpracovávány pouze požadavky postupně v určeném směru. Po zpracování nejkrajnějšího požadavku se směr pohybu hlav obrátí. Lekce 7: Souborový systém 25

Algoritmus C-SCAN (Circular Scan) Žádosti v pořadí: 98, 183, 37, 122, 14, 124, 65, 67 Hlavy jsou na pozici 53 Posouvá hlavy pouze v jednom směru Po zpracování nejkrajnějšího požadavku přesune hlavy opět na začátek. Lekce 7: Souborový systém 26

Principy operačních systémů Lekce 7a: Souborový systém - implementace

Připojování adresových struktur Souborový systém na (výměnném, dosud nedostupném) mediu se musí zpřístupnit připojit tzv. namontovat Připojuje se do udaného místa stávající adresářové struktury (Mount Point) Dosavadní podstrom odkazovaný z místa, kam se montuje, přestane být dostupný Lekce 7: Souborový systém 28

Základní operace se soubory Otevření souboru = open (fd) vyhledání záznamu o souboru pojmenovaném fd v adresářových strukturách na sekundární paměti a přesunutí tohoto záznamu do hlavní paměti do tabulky otevřených souborů Uzavření souboru = close (fd) přesunutí záznamu o souboru z tabulky otevřených souborů na sekundární paměť Práce s obsahem souboru write, read - tyto operace mění hodnotu ukazatele aktuální pozice v souboru, případně i obsah souboru seek změna pozice ukazatele v souboru Rušení souboru nebo jeho obsahu delete/remove zrušení souboru jako celku truncate výmaz celého nebo části obsahu, zachovají se atributy Lekce 7: Souborový systém 29

Přístupové metody = zpřístupňování záznamů v souboru Lekce 7: Souborový systém 30

Tabulky otevřených souborů Lekce 7: Souborový systém 31

Tabulky otevřených souborů Lekce 7: Souborový systém 32

Implementace souborových systémů Lekce 7: Souborový systém 33

Virtualizace souborového systému Lekce 7: Souborový systém 34

Implementace adresářů Lekce 7: Souborový systém 35

Přidělování diskového prostoru Lekce 7: Souborový systém 36

Přidělování souvislého diskového prostoru Lekce 7: Souborový systém 37

Vázané přidělování diskového prostoru Lekce 7: Souborový systém 38

Mapa disku a FAT Lekce 7: Souborový systém 39

Velikost alokačního bloku FAT Lekce 7: Souborový systém 40

Příklad FAT-32 - Windows Lekce 7: Souborový systém 41

Indexové přidělování bloků Lekce 7: Souborový systém 42

Správa volného prostoru disku Lekce 7: Souborový systém 43

NTFS = New Technology File Systém (Windows) (Master File Table) Lekce 7: Souborový systém 44

Systém souborů NTFS Lekce 7: Souborový systém 45

Systém souborů NTFS Lekce 7: Souborový systém 46

NTFS MFT a systémové soubory Lekce 7: Souborový systém 47

Porovnání NTFS a FAT Lekce 7: Souborový systém 48

Speciální soubory POSIX Lekce 7: Souborový systém 49

Pseudosoubory POSIX Lekce 7: Souborový systém 50