Struttura del File-System! Implementazione del File System! Filesystem!

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1 Struttura del File-System Implementazione del File System Struttura dei File Unità logica di memorizzazione Collezione di informazioni correlate File control block (inode) struttura dati per le informazioni principali riguardanti un file Fle system risiede in memoria secondaria (dischi) Organizzazione a livelli 11.2 Silberschatz, Galvin and Gagne 2005 Livelli di un File System Filesystem 11.3 Silberschatz, Galvin and Gagne Silberschatz, Galvin and Gagne

2 filesystem (i-node) Tipico File Control Block (i-node) 11.5 Silberschatz, Galvin and Gagne Silberschatz, Galvin and Gagne 2005 Strutture del FS mantenute in memoria Strutture del FS mantenute in memoria Tabella dei volumi/dispositivi montati Struttura delle directory Dati relativi a directory cui si e fatto accesso di recente Tabella dei file aperti di sistema Control block per ciascun file aperto Tabella dei file aperti per processo 11.7 Silberschatz, Galvin and Gagne Silberschatz, Galvin and Gagne 2005

3 Implementazione della Directory Directory come B-tree Lista Lineare di nomi di file con puntatori ai blocchi dei dati. Semplice da programmare Lenta Tabella Hash lista lineare con struttura dati hash. Basso tempo di ricerca Problema delle collisioni due o più nomi di file hashed nella stessa locazione Taglia fissa B-tree alberi di ricerca 11.9 Silberschatz, Galvin and Gagne Silberschatz, Galvin and Gagne 2005 Montaggio del File System (cap 10) (a) Esistente. (b) Partizione non montata Un sistema può avere più file system nella struttura delle directory Un file system deve essere montato (collegato) prima che sia possibile accedervi La locazione dove un file system viene collegato alla struttura delle directory prende il nome di mount point Silberschatz, Galvin and Gagne Silberschatz, Galvin and Gagne 2005

4 Mount Point Metodi di Allocazione Per metodo di allocazione si intende il modo in cui i blocchi del disco sono allocati ai file: Allocazione contigua Allocazione concatenata Allocazione indicizzata Silberschatz, Galvin and Gagne Silberschatz, Galvin and Gagne 2005 Allocazione Contigua Allocazione Contigua Ogni file occupa un insieme di blocchi del disco contigui Funzione di mappatura logico/fisico Semplice solo la locazione (blocco #) iniziale e la lunghezza (numero di blocchi) devono essere memorizzate Accesso diretto Spreco di spazio (problemi con l allocazione dinamica) Non è possibile aumentare la dimensione di un file LA/512 Blocco desiderato = Q + starting address Scostamento all interno del blocco = R Q R Silberschatz, Galvin and Gagne Silberschatz, Galvin and Gagne 2005

5 Allocazione Contigua Estensioni Schema modificato di allocazione contigua I blocchi sono allocati a gruppi detti estensioni (extent) Un estensione è una collezione di blocchi contigui Un file consiste di una o più estensioni, non necessariamente contigue Silberschatz, Galvin and Gagne Silberschatz, Galvin and Gagne 2005 Allocazione concatenata Allocazione Concatenata (Cont.) Ogni file è un lista concatenata di blocchi tali blocchi possono essere distribuiti ovunque sul disco. blocco = puntatore Semplice solo i blocchi iniziale e finale vanno memorizzati Sistema di gestione dello spazio libero nessuno spreco Accesso diretto/random difficile da implementare Sistema di traduzione logico/fisico Q LA/511 R Q: numero del blocco nella lista concatenata di blocchi per il file R: Scostamento nel blocco Alternativa: File-allocation table (FAT) metodo di allocazione dello spazio usato da MS-DOS e OS/ Silberschatz, Galvin and Gagne Silberschatz, Galvin and Gagne 2005

6 Allocazione concatenata File-Allocation Table Silberschatz, Galvin and Gagne Silberschatz, Galvin and Gagne 2005 Allocazione Indicizzata Esempio di Allocazione Indicizzata Mantiene insieme tutti i puntatori ai blocchi in un blocco indice. Vista logica: index table Silberschatz, Galvin and Gagne Silberschatz, Galvin and Gagne 2005

7 Allocazione Indicizzata (Cont.) Allocazione Indicizzata Lista Necessita di una tabella indice Possibilità di accesso diretto/random Assenza di frammentazione esterna, ma possibile overhead nel blocco indice. Per un file di taglia massima pari a 256K parole e blocchi di taglia pari a 512 words, c è bisogno di un solo blocco per mantenere l indice. LA/512 Q R Q = scostamento nella tabella indice R = scostamento nel blocco Per un file di taglia illimitata e dimensione dei blocchi pari a 512: Tabella indice implementata con lista concatenata (taglia illimitata). LA / (512 x 511) Q 1 = blocco della tabella indice R 1 usato come segue: R 1 / 512 Q 2 R 2 Q 1 R 1 Q 2 = scostamento nel blocco della tabella indice R 2 scostamento nel blocco del file: Silberschatz, Galvin and Gagne Silberschatz, Galvin and Gagne 2005 Allocazione Indicizzata 2 Livelli Allocazione Indicizzata Indice a 2 livelli (taglia massima di un file ) LA / (512 x 512) Q 1 = scostamento nell indice esterno R 1 usato come segue: Q 2 R 1 / 512 R 2 Q 1 R 1 outer-index Q 2 = scostamento nel blocco della tavola indice R 2 scostamento nel blocco del file: index table file Silberschatz, Galvin and Gagne Silberschatz, Galvin and Gagne 2005

8 Schema Misto: UNIX (4K byte per blocco) Gestione dello Spazio Libero Bit vector (n blocchi) n-1 bit[i] = 1 block[i] free 0 block[i] occupied Calcolo dell indice del primo blocco libero (number of bits per word) * (number of 0-value words) + offset of first 1 bit Silberschatz, Galvin and Gagne Silberschatz, Galvin and Gagne 2005 Gestione dello Spazio Libero Gestione dello Spazio Libero (Cont.) Lo schema a Bit map può richiedere spazio eccessivo Es.: block size = 2 12 bytes disk size = 2 30 bytes (1 gigabyte) n = 2 30 /2 12 = 2 18 bits (or 32K bytes) È facile cercare spazi di memoria contigua Lista concatenata (free list) Difficile trovare spazi di memoria contigua Ma non c è spreco di spazio Raggruppamento Un blocco contiene gli indirizzi di n blocchi liberi Conteggio Indirizzo del primo libero e del numero di liberi consecutivi Problemi Bit map Consistenza tra la copia sul disco e quella in memoria block[i] : bit[i] = 1 in memoria e bit[i] = 0 su disco Silberschatz, Galvin and Gagne Silberschatz, Galvin and Gagne 2005

9 Lista concatenata dello spazio libero Protezione ed Affidabilità del File System Silberschatz, Galvin and Gagne 2005 Protezione Liste di Accesso e Gruppi Il creatore/possessore del File dovrebbe poter decidere: Le azioni possibili sul file E da chi esse sono effettuabili Tipi di accesso ad un file lettura Scrittura esecuzione aggiunta in calce Cancellazione lista del contenuto (tipico per file di tipo directory) Modalità di accesso: lettura (Read), scrittura (Write), esecuzione (execute) 3 classi di utenti RWX a) owner/user access RWX b) group access RWX c) public/others access Possibilità di creare gruppi (con nome univoco), es. G, e aggiungervi utenti. Per un dato file (es. game) o subdirectory, si può definire l accesso per un dato gruppo di utenti. owner group public chmod 761 game Collegare un gruppo ad un file chgrp G game Silberschatz, Galvin and Gagne Silberschatz, Galvin and Gagne 2005

10 UNIX Directory - ls Regole di accesso per i processi Identificativi per un processo P (es. UNIX) Real User/Group ID uid(p) Effective User/Group euid(p) Identificativi per un file F Utente proprietario own(f) Gruppo principale grp(f) Silberschatz, Galvin and Gagne 2005 Un processo P accede al file F in lettura se a) euid(p) = own(f) b) F ha i permessi di lettura per il proprietario L esistenza di Effective UID permette ad utenti di eseguire comandi con permessi di accesso da superutente Silberschatz, Galvin and Gagne 2005 Recovery Log Structured File Systems Test di consistenza confronta dati nella struttura della directory con i data blocks sul disco, Prova a risolvere le inconsistenze Uso di back up dei dati dal disco principale ad un altro dispositivo Recovery dei file persi mediante restore dall unità di back up Log structured (or journaling) file system Memorizza ogni modifica al file syst. come transazione Ogni transazione memorizzata in un log Una transazione è committed se scritta nel log non è detto che il file syst. sia già aggiornato Le transazioni nel log vengono realizzate sul file system asincronamente Una volta modificato il file syst., la transazione è eliminata dal log In caso di crash del file system, tutte le transazioni nel log devono essere eseguite Silberschatz, Galvin and Gagne Silberschatz, Galvin and Gagne 2005

11 Virtual File System Virtual File System - schema Un Virtual File System (VFS) fornisce una prospettiva objectoriented all implementazione di file system. Permette di avere la stessa interfaccia di chiamate di sistema (API) per diversi tipi di file system. L API si riferisce all interfaccia del VFS, e non ad ogni specifico file system Silberschatz, Galvin and Gagne Silberschatz, Galvin and Gagne 2005 Efficienza e Performance File Mappati in Memoria L efficienza dipende da: Algoritmi di allocazione del disco e delle directory Dimensione dei puntatori ai blocchi I/O con file mappati in memoria permette la gestione dei file in termini di accessi alla memoria. Un blocco del disco viene mappato ad una pagina di memoria Informazioni mantenute negli elementi delle directory Performance disk cache free-behind and read-ahead tecniche di ottimizzazione degli accessi File mappati in memoria Un file viene inizialmente letto mediante paginazione su richiesta. Una porzione del file della dimensione di una pagine viene inizialmente trasferita dal file-system in una pagina fisica. Ogni successiva istruzione di lettura/scrittura viene trattata come una operazione di accesso alla memoria. I/O semplificato Accesso alla memoria piuttosto che read()write() Uso di sezioni di memoria per implementare dischi virtuali o dischi ram Più processi possono mappare lo stesso file in memoria Condivisione delle pagine Silberschatz, Galvin and Gagne Silberschatz, Galvin and Gagne 2005

12 Memory Mapped Files Multiple Disks Disk I/O può migliorare se le operazioni sono distribuite su più testine di lettura/scrittura O dischi multipli Disk failures e recovery mediante memorizzazione con ridondanza Silberschatz, Galvin and Gagne Silberschatz, Galvin and Gagne 2005 RAID RAID 0 - Stripped Redundant Array of Independent Disks Set di disk drive visti dal SO come un unico drive logico Dati distribuiti sui dischi fisici La capacità non utilizzata per I dati è usata per informazione ridondante per il recovery da situazioni di errore/ failure. Non un vero RAID nessuna ridondanza Nessuna possibilitaà di recovery Molto veloce (parallel read/write) Silberschatz, Galvin and Gagne Silberschatz, Galvin and Gagne 2005

13 RAID 1 - Mirrored RAID 2 (Usa codici di Hamming) Ridondanza = duplicazione Letture in parallelo. Semplice recovery (esistono due copie) Rotazione sincronizzata Uso di data stripping (extremely small) Hamming code correggono errori su un singolo bit e riconscono errori su 2 bit Silberschatz, Galvin and Gagne Silberschatz, Galvin and Gagne 2005 RAID 3 bit-interleaved parity RAID 4 Block-level parity Simile a RAID-2 ma tutti i bit di parità sono memorizzati sullo stesso disco A bit-by-bit parity strip is calculated across corresponding strips on each data disk The parity bits are stored in the corresponding strip on the parity disk Silberschatz, Galvin and Gagne Silberschatz, Galvin and Gagne 2005

14 RAID 5 Block-level Distributed parity Similar to RAID-4 but distributing the parity bits across all drives Silberschatz, Galvin and Gagne 2005