zusammenfassungen/Writerside/topics/BS/16_Dateisysteme.md

Dateisysteme

Warum Dateisysteme

• Neben Verwaltung des Hauptspeichers und Cache
  • Verwaltung des Massenspeichers (bspw. SSD, Festplatte)
• Organisation der Ablage von Dateien
• Dateisysteme verwalten die Namen und Attribute (Metadaten) der Dateien
  • Bilden einen Namensraum
    • Hierarchie von Verzeichnissen und Dateien

Dateien

• Datei dient der Abstraktion
• Bietet Möglichkeit Informationen auf einer Platte zu speichern/lesen
  • Nutzer müssen Details der Speicherung verborgen bleiben
    • Wo und Wie
  • Wichtigstes Merkmal ist Art und Weise wie verwaltete Objekte benannt werden
• Wenn Prozess Datei erzeugt, vergibt er ihr einen Namen
• Bei einigen Systemen (bspw UNIX)
  • Dateiendungen lediglich Konventionen, die vom Betriebssystem nicht erzwungen
  • Datei file.txt kann Textdatei sein, Name dient mehr dazu den User zu erinnern
• Andererseits könnte ein C-Compiler darauf bestehen, dass Eingabedateien Endung ".c" haben
  • Für BS ist das egal
• Dateien können in verschiedenster Art und Weise strukturiert sein
  • Bytefolge
  • Datensätze
  • Baumstrukturen
• In den meisten Fällen werden Dateien als Bytefolgen angesehen
  • Maximum an Flexibilität
  • Interpretation der Inhalte erfolgt auf Anwendungsebene

Sequenzieller Dateizugriff

• Prozess kann alle Bytes oder Datensätze einer Datei nacheinander lesen
• Überspringen oder Zugriffe außerhalb der Reihenfolge nicht möglich
  • Sequenzielle Dateien konnten zurückgespult werden
    • können so oft wie nötig gelesen werden

Wahlfreier Dateizugriff

• Mit Einführung der Platte als Speichermedium
  • Möglichkeit die Bytes oder Datensätze in beliebiger Reihenfolge auslesen
    • über Schlüssel statt Positionsangabe zugreifen
    • Dateien, bei denen das geht = Dateien mit wahlfreiem Zugriff (random access file)
      • sind heute Voraussetzung für viele Anwendungen
        • bspw. für Datenbanksysteme

Dateiattribute

• Eigenschaften / Metadaten
• Können von BS / Dateisystem verwaltet werden
  • enthalten Größe, Erstellungsdatum, Zugriffsrechte ...

Dateioperationen

Create

• Datei wird ohne Datum erzeugt
  • Entstehung der Datei ankündigen und eigene Attribute festlegen

Delete

• Wird eine Datei nicht länger benötigt, muss sie gelöscht werden

Open

• Bevor eine Datei benutzt werden kann, muss ein Prozess sie öffnen
  • Open ermöglicht Laden in Arbeitsspeicher

Close

• Freigeben des internen Tabellenspeichers

Read

• Daten werden aus Datei gelesen
  • Bytes von der aktuellen Position
  • Aufrufer muss angeben wie viele Daten benötigt werden
    • Puffer für Daten zur Verfügung stellen

Write

• Wenn aktuelle Position an Ende der Datei
  • Dateigröße erhöht sich
• Befindet sich Position in der Mitte der Datei
  • vorhandene Daten werden überschrieben

Append

• Eingeschränkte Form von Write

Seek

• Bei Dateien mit wahlfreiem Zugriff
  • Von wo Daten holen?
• Seek positioniert Dateizeiger an einer bestimmten Stelle in der Datei
• Danach lesen/schreiben an Position

Rename

• Name der Datei ändern
• nicht zwingend notwendig
  • normalerweise in eine neue Datei mit anderem Namen umkopieren
  • alte löschen

Get attributes

Set attributes

Verzeichnisse

• Verzeichnissystem mit nur einer Ebene ist angemessen für sehr einfache Anwendungen
• 
• absolute Pfadnamen
  • Gesamter Pfad von Wurzel bis Datei
• relative Pfadnamen
  • In Verbindung mit dem Konzept des Arbeitsverzeichnisses
    • ./
      • aktuelles Verzeichnis
    • ../
      • übergeordnetes Verzeichnis
• 

Verzeichnisoperationen

Create (Verzeichnis)

Delete (Verzeichnis)

• Es kann immer nur ein leeres Verzeichnis gelöscht werden
  • (., .. dürfen enthalten sein)

Opendir

• Um beispielsweise alle Dateien in einem Verzeichnis aufzulisten

Closedir

Readdir

• Aufruf gibt nächsten Eintrag eines geöffneten Verzeichnisses zurück

Rename (Verzeichnis)

Link

• Durch Technik des Verlinkens können Dateien in mehr als einem Verzeichnis vorkommen
• Spezifiziert eine vorhandene Datei und erzeugt Verbindung von dieser Datei zu dem Namen

Unlink

• Verzeichniseintrag wird entfernt
  • Falls nur in einem Verzeichnis → löschen

Implementierung

• BIOS liest MBR ein, führt aus
  • MBR-Programm
    • lokalisiert aktive Partition
    • liest ersten Block (Boot-Block)
    • führt aus
      • lädt BS, das in Partition gespeichert ist
• Dateisystem enthält häufig noch Superblock
  • enthält alle Schlüsselparameter des Dateisystems
    • Magische Zahl
      • identifiziert Typ des DS
    • Anzahl der Blöcke
    • Weitere administrative Schlüsselinformationen
  • wird bei Start in den Speicher geladen
• Danach
  • Freie Blöcke
    • Bitmap oder Liste von Zeigern
  • I-Nodes
    • Feld von Datenstrukturen
      • Jede beinhaltet Informationen über je eine Datei
  • Wurzelverzeichnis
    • Spitze des Dateibaums
• 

Methoden zur Belegungsverkettung

Zusammenhängende Belegung