File System. File System. Hard disk. Disco a stato solido. A. Ferrari

Transcript

1 File System File System A. Ferrari Il file system è la parte del Sistema Opera6vo che perme;e la ges6one delle informazioni memorizzate in modo permanente (i file sui vari sistemi di memorizzazione di massa). I file system possono essere rappresenta6 sia graficamente tramite file browser sia testualmente tramite shell testuale. Nella rappresentazione grafica (GUI) è generalmente u6lizzata la metafora delle cartelle che contengono documen6 (i file) ed altre so;ocartelle. Hard disk Disco a stato solido Un disco rigido, anche chiamato disco fisso o hard disk drive (abbreviazioni comuni: "hard disk", "HDD"), è un disposi6vo di memoria di massa che u6lizza uno o più dischi magne6ci per l'archiviazione dei da6. Il disco rigido è una delle 6pologie di disposi6vi di memoria di massa a;ualmente più u6lizzate. È infaq presente nella maggior parte dei computer. L Hard disk ha una velocità di un milione di volte inferiore a quella della memoria principale. Un'unità a stato solido o drive a stato solido, in sigla SSD (Solid- State Drive), talvolta impropriamente chiamata disco a stato solido, è una 6pologia di disposi6vo di memoria di massa che u6lizza memoria a stato solido (in par6colare memoria flash) per l'archiviazione dei da6. La totale assenza di par6 meccaniche in movimento porta diversi vantaggi, di cui i principali sono: Altre memorie di massa Dischi RAID rumorosità assente; minore possibilità di ro;ura; minori consumi durante le operazioni di le;ura e scri;ura; tempo di accesso rido;o: si lavora nell'ordine dei decimi di millisecondo; il tempo di accesso dei dischi magne6ci è circa 50 volte maggiore, a;estandosi invece sui 5 millisecondi; maggiore resistenza agli ur6; maggiore durata: i dischi a stato solido hanno mediamente un tasso di ro;ura inferiore a quelli degli hard disk. minore produzione di calore; RAID (Redundant Array of Independent Disks, in italiano insieme ridondante di dischi indipenden6), è un sistema informa6co che usa un gruppo di dischi rigidi per condividere o replicare le informazioni. I benefici del RAID sono di aumentare l'integrità dei da6, la tolleranza ai guas6 e le prestazioni, rispe;o all'uso di un disco singolo. Nel suo livello più semplice, il sistema RAID perme;e di combinare un insieme di dischi in una sola unità logica. In questo modo il sistema opera6vo ges6sce i differen6 dischi come un unico volume. RAID è 6picamente usato nei server, e di solito è implementato con dischi di iden6ca capacità. Con il calo del costo dei dischi rigidi e con il diffondersi della tecnologia RAID nei chipset delle schede madri, il RAID è spesso offerto come opzione sia sui computer di fascia alta sia su quelli usa6 da uten6 domes6ci, specialmente se dedica6 a compi6 che richiedono un grande immagazzinamento di da6, come il montaggio audio e video. 1

2 file e directory Organizzazione del file system come albero: la directory di livello più alto è la radice, i file sono le foglie. Ogni singolo file è univocamente individuato dal percorso (pathname) che lo conne;e alla radice. Operare coi file Operazioni: navigazione nell albero delle directory ricerca elencazione eliminazione ridenominazione copia o spostamento Per il SO i file sono semplici sequenze di byte (byte stream) che vengono poi opportunamente interpretate dai programmi applica6vi. Sicurezza Il Sistema Opera6vo deve garan6re la il controllo dell accesso ai file e alle directory. Gli uten6 privi di specifici privilegi non hanno la possibilità di leggere, scrivere, creare, eliminare, rinominare i file. Tipi di file Estensione (cara;eri che seguono l ul6mo. nel nome del file) Formato (codice iden6fica6vo magic number memorizzato nei primi byte del file) Magic number I magic number sono na6 negli ambien6 Unix per iden6ficare il formato dei file. Oggi la maggior parte dei forma6 del file hanno un magic number, cos6tuito da un numero di byte variabile (solitamente da 2 a 10). Esempi I file immagine GIF cominciano sempre con la stringa ASCII GIF87a o GIF89a Le classi Java compilate hanno il magic number CAFEBABE, espresso in notazione esadecimale. Probabilmente è un altro riferimento al caffè che di Java è simbolo e nome e all'ipote6ca cameriera che lo serve. I file ZIP cominciano tuq per PK (in esadecimale 50 4B), dalle iniziali del nome dell'ideatore Phil Katz. Hard disk I dischi fissi magne6ci hanno una superfice magne6zzata ed una tes6na magne6ca collegata al sistema mediante un braccio mobile ad alta velocità che si posiziona sul disco nelle operazioni di scri;ura, le;ura e cancellazione. La superficie del disco viene so;oposta ad operazioni di smagne6zzazione e rimagne6zzazione, tramite impulsi ele;rici, per creare blocchi nega6vi/posi6vi per la memorizzazione dei da6 in codice binario. 2

3 Storia L'hard disk è stato inventato nel 1956 dall'ibm. Il primo proto6po era cos6tuito da 50 dischi del diametro di 24 pollici (circa 60 cm) e poteva immagazzinare circa 5 megabyte di da6. Era grande quanto un frigorifero, con un peso di oltre una tonnellata. Il primo modello per personal computer fu il Seagate ST- 506 prodo;o da Seagate Technology nel 1980, aveva una capacità di 5 MB, diametro di 5,25 pollici File- system su disco I dischi a;uali sono forma6 da più piaq impilato sullo stesso asse e sono presen6 più tes6ne di le;ura/ scri;ura l disco è suddiviso in tracce che a loro volta sono divise in se;ori Il se;ore è la più piccola unità di memorizzazione fisica presente sul disco La dimensione dei da6 di un se;ore è sempre una potenza di due, ed è quasi sempre 512 byte Cluster I se;ori vengono raggruppa6 logicamente in cluster (blocchi di da6) per favorire la memorizzazione dei file di grandi dimensioni Ogni operazione di le;ura/scri;ura interessa un intero cluster Memorizzazione dei file su disco Blocchi concatena6 Per evitare grossi problemi di frammentazione non è necessario che i file siano memorizza6 in blocchi con6gui L elevato numero di blocchi per file di grande dimensione rende impossibile memorizzare tabelle di allocazione per ogni file Una prima soluzione (ora non più implementata) consisteva nel collegare i blocchi in sequenza: alla fine di ogni blocco veniva memorizzato il riferimento al blocco successivo. Altamente inefficiente per file di grandi dimensioni 3

4 Indicizzazione ad albero Compromesso tra l impra6cabilità di indicizzazione di tuq i blocchi e l inefficienza della concatenazione dei blocchi Nella tabella che rappresenta la directory per ogni file sono memorizza6 i riferimen6 a un numero limitato di blocchi Per file di grandi dimensioni gli ul6mi blocchi conterranno riferimen6 a blocchi indice file piccoli Indicizzazione file grandi File molto grandi Blocchi liberi Per la ges6one dei blocchi liberi è possibile u6lizzare la concatenazione Non è necessario accedere ad uno specifico blocco, si deve ges6re l allocazione di un nuovo blocco o la deallocazione Movimento tes6na L esecuzione contemporanea di più processi fa sì che gli indirizzi dei blocchi siano pra6camente casuali Per oqmizzare i movimen6 della tes6na si servono le richieste alternando lo spostamento della tes6na nei due sensi (algoritmo dell ascensore) Dimensione cluster Cluster di grandi dimensioni diminuiscono il numero di accessi al disco Ma non oqmizzano l u6lizzo dello spazio (spreco per cluster solo parzialmente u6lizza6) 4

5 Per ridurre il numero di accessi al disco vengono leq più blocchi consecu6vi e memorizza6 in un buffer nella RAM Le operazioni di le;ura scri;ura possono operare dire;amente sul buffer ed essere salvate su disco solo al termine dell esecuzione Bufferizzazione Integrità dei da6 Journaling In un file di log vengono memorizzate le operazioni da effe;uare sul file e quelle effeqvamente concluse In caso di malfunzionamento è possibile sapere quali operazioni non hanno avuto successo e ripris6nare uno stato consistente File- system DOS e Windows File Alloca6on Table (FAT) è il file system primario per diversi sistemi opera6vi DOS e Windows fino alla versione Windows ME. FAT è rela6vamente semplice ed è supportata da mol6ssimi sistemi opera6vi. E u6lizzata sopra;u;o su memory card e USB device per condividere da6 tra sistemi opera6vi diversi. Il più grande problema del File System FAT è la frammentazione. FAT32 Dimensione massima file = 4Gb Dimensione max. volume = 2Tb File- system di Windows NTFS (New Technologies File- System) sistema proprietario Con6ene una Master File Table (MFT) che con6ene le informazioni di ogni file/ directory presente nel file- system Albero degli indici dei blocchi bilanciato E di 6po journaling Perme;e di cifrare e comprimere i file in modo trasparente agli applica6vi Linux implementa un file- system virtuale che consente l integrazione di diverso 6po Il più u6lizzato è ext4 E di 6po journaling Le unità di memorizzazione sono montate in un unico albero File- system Linux 5