12. Implementazione di un File System Struttura a livelli Allocazione contigua

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1 12. Implementazione di un File System 1 Struttura del file system Metodi di allocazione Gestione dello spazio libero Implementazione delle directory Prestazioni ed efficienza 2 Utente Struttura a livelli Programmi Applicativi File system logico Ls, dir, del, mv Nomi simbolici + struttura delle directory S.O. Modulo organizzazione dei file File system di base Controllo I/O Interfaccia nomi/blocchi Gestione dei file a livello dei blocchi Driver + gestione interrupt dispositivi Hard disk + controller Allocazione contigua Ogni file è allocato in un insieme contiguo di blocchi Directory associa nome del file a: blocco iniziale + n. di blocchi contigui Traduzione posizione - blocco che la contiene molto semplice Usata nei sistemi IBM VM/CMS

2 Allocazione contigua (esempio) Allocazione contigua: vantaggi Accesso al file veloce e semplice possibile sia accesso diretto che accesso sequenziale Gestione efficiente degli accessi al disco Poche informazioni sulla posizione del file non necessita di strutture di supporto Allocazione contigua: problemi Per allocare un file è necessario trovargli uno spazio libero sul disco È necessaria una strategia di allocazione (first/best/worst fit) Implica frammentazione esterna del disco Può essere necessaria una ricompattazione periodica del disco (molto costosa)

3 Allocazione contigua: problemi Determinare la quantità di spazio necessaria al file La dimensione niziale può essere nota (file creato o copiato), ma dopo che si fa? Se il file cresce si può: riallocarlo sovradimensionarlo usare extent costoso frammentazione interna frammentazione interna + frammentazione esterna Allocazione concatenata Il file è memorizzato in una lista di blocchi concatenati Ogni blocco contiene un puntatore al blocco successivo del file Directory associa nome del file a: blocco iniziale (blocco finale opzionale) Traduzione posizione - blocco che la contiene più complessa Allocazione concatenata (esempio) 9

4 Allocazione concatenata: vantaggi Non sono necessari blocchi contigui no ricompattazione no frammentazione esterna Qualsiasi blocco libero può essere allocato al file Allocazione concatenata: problemi Accesso casuale inefficiente n accessi al disco per leggere blocco n-esimo Poco affidabile se si perde un blocco si perde tutta la parte di file dopo il blocco Possibili soluzioni: liste doppiamente concatenate memorizzare in ogni blocco nome file + n. blocco Allocazione concatenata: problemi 12 Spreco di spazio per i puntatori ai blocchi successivi blocchi da 512 byte, 4 byte per puntatore 0.78% di spreco Frammentazione interna

5 Allocazione concatenata: problemi 13 Uso di cluster di blocchi adiacenti ogni cluster è indivisibile meno posizionamenti della testina di lettura meno spazio per gestire i blocchi meno spazio sprecato in puntatori più frammentazione interna Allocazione concatenata: variante 14 Tabella di Allocazione File (FAT) usata nei sistemi Microsoft FAT - area all inizio del disco in cui ogni elemento corrisponde ad (e contiene il numero di) un blocco Immediata gestione dei blocchi liberi FAT (esempio)

6 FAT: vantaggi L accesso diretto migliora (non è necessario seguire la catena di blocchi) Il sistema è più sicuro in caso di perdita di un blocco La gestione dei blocchi liberi è automatica È necessario mantenere la FAT in memoria Allocazione indicizzata Il file è memorizzato in un insieme di blocchi elencato in un blocco indice Approccio simile alla gestione della memoria primaria nei sistemi paginati Directory associa nome del file a: blocco indice Traduzione posizione - blocco che la contiene abbastanza semplice Allocazione indicizzata (esempio) 18

7 Allocazione indicizzata: vantaggi Non sono necessari blocchi contigui no ricompattazione no frammentazione esterna Qualsiasi blocco libero può essere allocato al file Accesso diretto gestito efficientemente così come accesso sequenziale Solo blocchi con dati del file vengono allocati Allocazione indicizzata: problemi 20 Spreco di spazio per il blocco indice particolarmente grave per file piccoli ma quanto grande per file grandi? Possibili soluzioni: schema a lista: più blocchi indice concatenati indice multilivello: il blocco indice contiene puntatori a blocchi indice ai dati schema combinato: indice ai primi blocchi + puntatori a blocchi indice (usato in UNIX) Allocazione indicizzata: I-node

8 Gestione dello spazio libero Spazio disco limitato necessario riutilizzare lo spazio liberato dai file cancellati Lista dei blocchi liberi =:= elenco dei blocchi non allocati a file o directory Per creare un file, si cercano blocchi liberi nella lista e si occupano Quando un file viene cancellati i suoi blocchi sono aggiunti alla lista Vettore di bit Un bit per blocco (n blocchi) indica se occupato o libero 01 2 n bit[i] = 1 blocco[i] libero 0 blocco[i] occupato Usato da MAC/OS Vettore di bit Il vettore richiede spazio aggiuntivo. Ad es.: block size = 2 12 bytes disk size = 2 30 bytes (1 gigabyte) n = 2 30 /2 12 = 2 18 bits (or 32K bytes) Facile allocare blocchi contigui

9 Lista Linkata (free list) Formare con i blocchi liberi una lista: ciascun blocco punta al successivo libero Difficile allocare blocchi contigui Nessuno spreco di spazio 26 Altri metodi Grouping Raggruppare in un blocco più puntatori a blocchi liberi Facile ottenere n blocchi liberi Counting Mantenere indirizzo di un blocco + numero di blocchi consecutivi liberi Simile alla lista ma con meno elementi Gestione dello spazio libero Necessario proteggere: Puntatore alla free list Vettore di bit Deve essere su disco Le copie in memoria e su disco possono essere diverse Non si può permettere che blocco[i] abbia valori diversi in memoria e su disco Soluzione: Pone bit[i] = 1 su disco. Alloca blocco[i] Pone bit[i] = 1 in memoria

10 Implementazione della Directory Lista lineare di nomi di file con puntatore ai blocchi di dati. Semplice da realizzare Costosa da utilizzare Hash Table il nome è usato per accedere alle info di directory. Ridotto tempo di ricerca collisioni situazioni in cui due nomi di file generano lo stesso elemento dimensione fissa Prestazione ed efficienza L efficienza dipende da: allocazione del disco e implementazione della directory tipi di informazioni mantenuti nella directory Prestazioni disk cache usare parte di MP per mantenere blocchi usati frequentemente free-behind e read-ahead tecniche per ottimizzare l accesso sequenziale migliorare le prestazione di un PC dedicando porzioni di MP a RAM disk 30 Various Disk-Caching Locations

11 Ripristino Consistency checker confronta i dati nella directory con i blocchi dati su disco e ripara eventuali inconsistenze Utilizzo di programmi di back up deidatisu altri supporti (floppy disk, nastri magnetici). Ripristino dei file persi o interi dischi dal backup

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