Thực hiện hệ thống tập tin Operating System Concepts

Trang 1

Chapter 11:Thực hiện hệ thống tập tin

Trang 2

Chapter 11: Thực hiện hệ thống tập tin

 Cấu trúc hệ thống tập tin

 Thực hiện hệ thống tập tin

 Thực hiện thư mục

 Cấp phát các phương pháp

 Quản lý không gian tự do

 Hiệu quả và hiệu suất

Trang 3

MỤC TIÊU

 Để mô tả chi tiết của việc triển khai thực hiện tập tin cục bộ và thư mục cấu trúc

 Để mô tả việc thực hiện các hệ thống tập tin từ xa

 Để thảo luận về phân bổ khối và miễn phí-khối thuật toán và không thích thương mại

Trang 4

TẬP TIN – HỆ THỐNG CƠ CẤU

 Cấu trúc tập tin

 Đơn vị lưu trữ Vật Lý

 Tập hợp (của) thông tin liên quan

 Hệ tập tin cư trú trên bộ nhớ thứ cấp (đĩa)

 Hệ tập tin được tổ chức vào trong những lớp

 Kích kiểm soát khối– Bao gồm các cơ cấu lưu trữ

thông tin về một tập tin

Trang 5

Layered hệ thống tập tin

Trang 6

Một tiêu biểu khối tập tin kiểm soát

Trang 7

Bộ nhớ trong hệ thống tập tin cấu trúc

 Hình sau đây minh họa những cấu trúc hệ tập tin cần thiết do những hệ điều hành cung cấp

 Hình 12-3 (a) đề cập đến mở một tập tin.

 Hình 12-3 (b) đề cập đến đọc một tập tin.

Trang 8

Bộ nhớ trong hệ thống tập tin cấu trúc

Trang 9

Hệ thống tập tin ảo

 Hệ thống tệp ảo (vfs) cung cấp một định hướng đối tượng cách triển khai thực hiện hệ thống tập tin.

 Vfs cho phép cùng một hệ thống gọi giao diện (API) để được sử dụng cho các loại khác nhau của hệ thống tập tin.

 VFS cho phép cùng hệ thống gọi giao diện (API)

sẽ được sử dụng cho những kiểu hệ tập tin khác

Trang 10

Schematic xem ảo của hệ thống tập tin

Trang 11

Thực hiện thư mục

 Danh sách Tuyến tính (của) những tên tập tin

với con trỏ tới những khối dữ liệu

 đơn giản để lập trình

 Hash Bảng– linear danh sách với các cấu trúc

dữ liệu hash.

 giảm thời gian tìm kiếm thư mục

 sự va chạm – tình huống mà hai tên tập tin

hash vào cùng một vị

 kích thước trífixed

Trang 12

Những phương pháp Định vị

 Một phương pháp phân bổ như thế nào đề cập đến

đĩa khối được phân bố cho các tác phẩm:

 Liên tục phân bổ

 Liên kết phân bổ

 Chỉ số hóa sự phân bổ

Trang 13

 Truy cập ngẫu nhiên

 Lãng phí của không gian(năng động lưu vấn đề phân cấp)

trữ- Tệp tin có thể không lớn lên

Trang 15

Liên tục phân bổ không gian của đĩa

Trang 16

Những hệ thống trên nền Phạm vi

 Nhiều hệ thống tập tin mới hơn (Ie Veritas tệp hệ thống) sử dụng một chương trình sửa đổi liên tục phân bổ

 Mức độ dựa trên hệ thống tập tin phân bổ khối trong đĩa extents

 Một mức độ là một khối liên tục của đĩa

 Extents được phân bố cho tập tin phân bổ

 Một tệp tin bao gồm một hoặc nhiều extents.

Trang 17

Phân cấp liên kết

 Trong tất cả các tập tin liên kết là một danh sách các đĩa khối: khối có thể được rải rác bất cứ nơi nào trên đĩa.

Con trỏ khối =

Trang 18

Phân cấp liên kết (cont.)

 đơn giản - chỉ cần địa chỉ bắt đầu

 Miễn phí-không gian hệ thống quản lý - không có chất thải của không gian

 Không có quyền truy cập ngẫu nhiên

 Lập bản đồ

Khối để được truy cập là Qth khối trong chuỗi liên kết của khối đại biểu đại diện cho tập tin.

Displacement vào khối = R + 1

-Bảng phân bổ file (FAT) - đĩa-phân bổ không gian được sử

dụng bởi MS-DOS, và OS / 2.

LA/511

Q

R

Trang 19

Phân cấp liên kết

Trang 20

Bảng phân bổ file

Trang 21

Chỉ số Phân cấp

 Mang đến cho tất cả các điểm với nhau vào mục các khối.

 Logic xem.

mục các bảng

Trang 22

Ví dụ về phân bổ lập chỉ mục

Trang 23

Phân cấp lập chỉ mục (cont.)

 Cần mục các bảng

 Truy cập ngẫu nhiên

 Năng động bên ngoài mà không có quyền truy cập fragmentation, nhưng có chi phí của khối chỉ mục

 Từ logic để lập bản đồ vật lý trong một tập tin của kích thước tối đa 256K từ và kích cỡ của khối 512

từ Chúng tôi chỉ cần 1 khối chỉ mục cho bảng.

LA/512

Q R

Q = thuyên vào mục các bảng

R = thuyên vào khối

Trang 24

Q2 = thuyên vào khối chỉ mục của bảng

R thuyên vào khối của tập tin :

Trang 25

Q1 = thuyên vào bên ngoài-index

R1 được sử dụng như sau:

R1 / 512

Q2

R2

Q2 = thuyên vào khối chỉ mục của bảng

R2 thuyên vào khối của tập tin :

Trang 26

Phân cấp lập chỉ mục - Lập bản đồ

(cont.)



Trang 27

Kết hợp Scheme: UNIX (4K byte cho mỗi

khối)

Trang 28

Quản lý Không gian- Tự do

 Bit véc tơ (n khối)

Trang 29

Quản lý Không gian- Tự do ( Cont.)

 Bit bản đồ đòi hỏi thêm không gian

 Ví dụ :

kích thước khối = 2 12 bytes kích thước đĩa= 2 30 bytes (1 gigabyte)

n = 2 30 /2 12 = 2 18 bits (or 32K bytes)

 Dễ dàng để có được liên tục tập tin

 Danh sách liên kết (miễn phí danh sách)

 Có thể không nhận được liên tục không gian dễ dàng

 Không có chất thải của không gian

 Nhóm

 Đếm

Trang 30

Quản lý Không gian- Tự do ( Cont.)

 Cần phải bảo vệ:

 Trỏ đến danh sách miễn phí

 Bit bản đồ

 Phải được giữ trên đĩa

 Sao chép trong bộ nhớ và đĩa có thể khác nhau

 Có thể không cho phép cho khối [i] để có một trường hợp mà bit, [i] = 1 trong bộ nhớ và bit [i] = 0 trên đĩa

Trang 31

Thực hiện thư mục

 Linear danh sách các tệp tin với tên trỏ vào dữ liệu khối

 đơn giản để lập trình

 thời gian để thực hiện

 Hash Bảng– linear danh sách với các cấu trúc dữ liệu hash

 giảm thời gian tìm kiếm thư mục

 collisions – tình huống mà hai tên tập tin hash

vào cùng một vị trí

 kích thước cố định

Trang 32

Danh sách liên kết miễn phí không gian

trên đĩa

Trang 33

Hiệu suất và hiệu quả

 Hiệu quả phụ thuộc vào:

 phân chia đĩa và thư mục thuật toán

 loại dữ liệu lưu giữ trong hồ sơ của giám mục

Trang 34

Trang Cache

 Một trang bộ nhớ cache caches trang hơn là khối

đĩa bằng cách sử dụng bộ nhớ ảo, kỹ thuật

 Ánh xạ bộ nhớ-I / O sử dụng một trang bộ nhớ

cache

 Thường lệ I / O thông qua việc sử dụng các hệ

thống tập tin đệm (đĩa) bộ nhớ cache

 Điều này đã dẫn tới hình sau đây

Trang 35

Vào/ra Không có một bộ đệm nhanh Hợp nhất

Trang 36

Hợp nhất vùng đệm cache

 Một thống nhất, bộ nhớ cache buffer sử dụng cùng các trang cache để cả hai bộ nhớ cache- ánh xạ các trang web bình thường và hệ thống tập tin I / O

Trang 37

I / O bằng cách sử dụng thống nhất một vùng đệm

cache

Trang 38

Phục hồi

 Sự kiểm tra - so sánh dữ liệu trong thư mục cấu

trúc dữ liệu với khối trên đĩa, và cố gắng khắc phục sự bất

 Sử dụng các hệ thống chương trình để sao lưu

dữ liệu từ đĩa đến một thiết bị lưu trữ (đĩa mềm, băng từ, các từ đĩa, quang)

 Khôi phục tập tin mất hoặc đĩa bằng cách khôi

phục dữ liệu từ sao lưu

Trang 39

Đăng nhập cấu trúc hệ thống tập tin

 Đăng nhập cấu trúc (hoặc journal) ghi lại mỗi hệ

thống tập tin cập nhật của hệ thống tập tin như là một giao dịch

 Tất cả các giao dịch được ghi vào một đăng nhập

 Một giao dịch được xem là một cam kết sau khi nó được

 Nếu các tập tin hệ thống treo, còn lại tất cả các giao dịch

trong nhật ký vẫn phải được thực hiện

Trang 40

Hệ tập tin Mạng Mặt trời (NFS)

 Một việc triển khai thực hiện và một đặc điểm kỹ thuật của một phần mềm cho các hệ thống truy cập từ xa các tập tin trên LANs (hoặc WANs)

 Trong việc triển khai thực hiện là một phần của hệ điều hành SunOS Solaris và chạy hệ điều hành vào lúc Chủ Nhật bằng cách sử dụng một công đoạn không tin cậy được datagram thức (UDP / giao thức IP và Ethernet

Trang 41

NFS (Cont.)

 Liên kết lại những trạm làm việc được nhìn như một sự đông

cứng (của) những máy độc lập với độc lập cái những hệ tập tin cho phép chia sẻ trong số những hệ tập tin này trong một thái độ trong suốt

 Một thư mục từ xa được lên qua Một thư mục hệ tập tin địa

phương

 Gắn kết những thư mục hình như một subtree của địa phương,

hệ thống tập tin, thay thế các subtree giảm dần từ các địa phương, thư mục

 Đặc điểm kỹ thuật của các thư mục từ xa cho các hoạt động gắn kết là nontransparent; các máy chủ lưu trữ tên của thư mục đã xa để được cung cấp

 Những hồ sơ trong thư mục từ xa có thể rồi được truy nhập

trong một cách minh bạch

 Tiêu đề để truy cập-quyền công nhận, có khả năng bất kỳ hệ thống tập tin (hoặc thư mục trong một hệ thống tập tin), có thể được gắn kết từ xa trên đầu trang của bất kỳ thư mục địa phương

Trang 42

NFS (Cont.)

 NFS được thiết kế để hoạt động trong một môi

trường heterogeneous khác nhau của máy móc, hệ điều hành, và kiến trúc mạng; NFS các kỹ thuật độc lập của các phương tiện truyền thông

 Điều này là độc lập đạt được thông qua việc sử

dụng các rpc primitives xây dựng trên đầu trang của một bên ngoài Ngày Đại diện (XDR) sử dụng giao thức giữa hai việc triển khai thực hiện giao diện độc lập –

 NFS các đặc điểm kỹ thuật phân biệt giữa các dịch

vụ được cung cấp bởi một cơ chế gắn kết và thực

tế xa-truy cập tập tin dịch vụ

Trang 43

Ba độc lập hệ thống tập tin

Trang 44

Sự Cất đặt ở NFS

Mounts Cascading mounts

Trang 45

NFS Mount Protocol

 Thiết lập kết nối lôgíc ban đầu giữa người phục vụ và khách

hàng

 Tên Mount bao gồm các hoạt động của thư mục từ xa để được

gắn kết và tên của máy phục vụ lưu trữ nó

 Gắn kết yêu cầu được ánh xạ tới tương ứng rpc và chuyển tiếp

để lắp máy chủ server chạy trên máy tính

 Danh mục hàng xuất khẩu– xác định địa phương, hệ thống tập tin rằng phục vụ cho xuất khẩu gắn kết, cùng với tên của các máy móc mà cũng có thể được phép để lắp chúng

 Sau đây là một yêu cầu phải phù hợp với danh sách hàng xuất khẩu của nó, các máy chủ sẽ đem lại một hồ sơ xử lý-thêm một chìa khóa cho truy cập

 Kích xử lý - một hệ thống tập tin định danh, và một inode số để

xác định thư mục gắn kết trong xuất khẩu hệ thống tập tin

 Gắn kết các hoạt động thay đổi chỉ của người sử dụng xem và

không ảnh hưởng đến các máy chủ bên

Trang 46

Nghi thức NFS

 Cung cấp một bộ các thủ tục các cuộc gọi từ xa cho các hoạt

động tập tin từ xa Các thủ tục hỗ trợ các hoạt động sau đây:

 tìm kiếm cho một tập tin trong một thư mục

 đọc một bộ các giám mục

 liên kết thao và thư mục

 truy cập các tập tin thuộc tính

 đọc và viết file

 NFS server là stateless, mỗi yêu cầu đã cung cấp một bộ đầy đủ lý luận

(NFS V4 là chỉ cần đến, có sẵn - rất khác nhau, Trạng thái)

 Sửa đổi dữ liệu phải được cam kết đến server của đĩa trước

khi kết quả được trả lại cho khách hàng (mất lợi thế của bộ nhớ đệm)

 Các giao thức NFS, không có gì không cung cấp cho các cơ

chế kiểm soát concurrency

Trang 47

Ba chính lớp nfs kiến trúc

 Hệ thống tập tin Linux và UNIX-giao diện (dựa trên mở, đọc,

viết, và gần các cuộc gọi, và tập tin descriptors)

 Hệ thống tệp ảo (vfs) lớp - phân biệt địa phương, các tập tin

từ xa những người thân, và các địa phương, các tập tin

đang có thêm phân biệt theo kiểu hệ thống file

 Các vfs kích hoạt hệ thống tập tin cụ thể hoạt động địa phương để xử lý theo yêu cầu của họ hệ thống tập tin kiểu

 Cuộc gọi các thủ tục giao thức NFS cho các yêu cầu từ xa

 NFS dịch vụ lớp - dưới lớp của các kiến trúc

 Implements the NFS protocol

Trang 48

Sơ đồ kiến trúc về NFS

Trang 49

Bản dịch Tên Đường (dẫn) NFS

 Thực hiện bởi phạm đường dẫn vào thành phần

tên và thực hiện một cuộc gọi riêng biệt NFS tra cứu cho mỗi đôi phần tên và thư mục vnode

 Để thực hiện các tra cứu nhanh hơn, một thư mục

tên bộ nhớ cache tra cứu trên các khách hàng của bên giữ vnodes cho xa tên thư mục

Trang 50

Những thao tác Từ xa NFS

 Gần phép tương ứng một đối một giữa những sự gọi hệ thống

UNIX bình thường và nghi thức RPCs NFS (trừ mở và đóng những hồ sơ)

 NFS tuân thủ xa-cận dịch vụ, nhưng sử dụng bộ nhớ đệm

buffering và kỹ thuật, vì lợi ích của hiệu suất

 File-khối bộ nhớ cache - khi một tập tin được mở ra, hạt nhân

kiểm tra với các máy phục vụ cho dù xa để tìm nạp revalidate hoặc các thuộc tính lưu trữ

 Những khối hồ sơ Cached được sử dụng chỉ khi Cached thuộc tính tương ứng là tới ngày tháng

 File-thuộc tính bộ nhớ cache - thuộc tính cache được cập nhật

bất cứ khi nào thuộc tính mới đến từ các máy chủ

 Khách hàng không chậm trễ miễn phí-viết khối phục vụ cho đến

khi xác nhận rằng các dữ liệu đã được ghi vào đĩa

Trang 51

 NVRAM viết cho bộ nhớ đệm

 Tương tự như hệ tập tin Nhanh Berkeley, với những sự cải biến rộng lớn

Trang 52

Sơ đồ tập tin WAFL

Trang 53

Snapshots trong WAFL

Trang 54

Một khối điều khiển hồ sơ Tiêu biểu

Trang 55

Kết thúc chương11

Tiêu đề	Thực hiện hệ thống tập tin
Tác giả	Silberschatz, Galvin, Gagne
Năm xuất bản	2006

Định dạng
Số trang	55
Dung lượng	1,24 MB