Prezentatsia_Microsoft_PowerPoint

Основные определения в OC UNIX.
1.Пользователь – зарегистрированное в среде UNIX лицо, которому после надлежащей проверки разрешается работать в системе.
2.Терминал ( ~ интерфейс) – основной инструмент пользователя для работы с системой в интерактивном режиме.
3.Процесс – акт выполнения заранее подготовленной программы (задачи) в отдельном адресном пространстве.
Файл – в ОС UNIX – это универсальная абстракция, означающая структурированную, именованную область внешней памяти и / или последовательность байт, служащую для определения и обращения к физическим устройствам компьютера, либо для связи процессов.

Что такое файловая система в UNIX.
• В ОС UNIX термин «файловая система» в основном используется в смысле иерархии каталогов и файлов.
• Иерархия каталогов и файлов в ОС UNIX представляет единое дерево, которое создаётся с помощью использования концепций монтирования (команда mount - монтирование).

Файловые системы UNIX.
иерархия каталогов и файлов на локальном устройстве.
иерархия каталогов и файлов не только на локальном устройстве, но и на удалённых устройствах
S5.
UFS.
Proc.
NFS (Sun Microsystems).
RFS (AT&T).
Принято различать следующие типы (классы) файловых систем:

Локальные файловые системы UNIX.
В локальных файловых систем (ФС) выделяют группы:
Примерами псевдо файловых систем являются: proc, sysfs…
Примеры «нормальных» файловых систем: s5, ufs, ext2(LINUX), ext3(LINUX), XFS (LINUX)
Псевдо - файловые системы располагаются в оперативной памяти.

Локальные файловые системы UNIX.
• Файловые системы современных версий ОС UNIX имеют сложную архитектуру (различную для различных версий), но все они используют базовые идеи, заложенные разработчиками UNIX.
Примеры файловых систем :
• /proc – псевдо файловая система, которая используется в качестве интерфейса к структурам данных в ядре. Большинство расположенных в ней файлов доступны только для чтения, но некоторые файлы позволяют изменить переменные ядра.
• /tmpfs – псевдо файловая система, которая позволяет некоторые файлы не записывать на физические диски. Эти файлы (являются временными) формируются в оперативной памяти, а затем удаляются. Поддерживает работу с виртуальной памятью
• /devfs – файловая система, хранящая информацию о виртуальных консолях.
• /sysfs – используется для получения информации о всех устройствах и драйверах

Основное запоминающее устройство UNIX.
В качестве основного запоминающего устройства в ОС UNIX используются жёсткие магнитные диски (МД).
OC
Драйвер
Контроллер
МД
Связь с МД осуществляется через дисковый контроллер (электронная плата, присоединённая к шине периферийных устройств). Контроллер управляет операциями низкого уровня (пересылка данных, чтение/запись, ошибки ).
Основные термины для структуры МД:
1. S - сектор ( блок - 512 байт)
2. H – головка (дорожка)
3. C - цилиндр физический адрес (С- № цилиндра, Н - № дорожки в цилиндре, S - № сектора)

Основное запоминающее устройство UNIX.
Основные проблемы, которые возникают при работе с МД:
1.Скорость работы с файлами (дальнее перемещение головок чтения/записи)
2. Эффективность использования дисковой памяти (внутренняя фрагментация). Файлы могут занимать порядка 5-10% целого блока (сектора) - получается, что оставшаяся часть блока остается незанятой.
3. Эффективность восстановления файловой системы (для решения этой проблемы используется концепция журналирования).
4. «Маленькие» файлы ( ≤ 0,5 КБ).

Основное запоминающее устройство UNIX.
Способы решения проблем мд в разным файловых системах UNIX(LINUX):

Основное запоминающее устройство UNIX.
Логическая модель магнитного диска.
“Объём” секторов МД
“Пространство” дисковой памяти
Главная загрузочная запись
MBR (boot-сектор)- CHS = 001
………
001
NNN
Логическая модель диска основана на том, что вся совокупность (объём) секторов диска представляется в формате линейного пространства, т.е. как последовательность номеров секторов ( 001 ÷ NNN). Распределение ресурсов. 1. Единица распределения ресурсов кратна размеру сектора (В UNIX’е – блок, в DOS’е - кластер).
2. Состояние единицы распределения ресурса (либо занято, либо свободно).
Все пространство дисковой памяти разделено на части (разделы).
Любая («нормальная») файловая система создается в одном разделе (т.е. файловая система не может располагаться в нескольких разделах).

Разделы (partitions) диска.
1 раздел
…
Раздел i
…
Раздел k
Для распределения совокупности секторов дисковой памяти в линейное пространство необходима единица размещения. Единицу размещения дисковой памяти принято называть блоком (в системах типа Windows –кластером).
• Блок включает один или несколько секторов.
• Все линейное дисковое пространство обычно делится на несколько частей – разделов (partitions). В один раздел объединяется группа смежных цилиндров.
• Очевидно, что для каждого раздела следует хранить информацию о его начале и конце.
Схема разбиения дискового пространства на разделы

Элементы файловой системы
Файловая система каждого из разделов диска состоит из нескольких структурных элементов: загрузчик, суперблок, таблица индексных дескрипторов, блоки описания файлов, каталоги и собственно файлы.
1 раздел
…
Раздел i
…
Раздел k
1.Загрузчик
2.Суперблок
Область индексных дескрипторов (inode)
….
Файлы каталогов Файлы данных
….
Загрузочный блок (boot block) - это, как правило, часть метки диска (disk label). В загрузочном блоке записана маленькая программа, которая при старте системы загружает ядро ОС с диска в оперативную память. Загрузочный блок располагается в первом секторе диска. Загрузочный блок имеет смысл только для первого раздела жесткого диска, однако место для него резервируется в каждом разделе.

Файловая система (англ. file system ) — порядок, определяющий способ организации, хранения и именования данных на носителях информации. Она определяет формат содержимого и физического хранения информации, которую принято группировать в виде файлов. Конкретная файловая система определяет размер имени файла (папки), максимальный возможный размер файла и раздела, набор атрибутов файла.
Файловые системы для ОС LINUX.
На данный момент, для ОС семейства Linux ( *nix ) существует порядка 13-ти используемых Файловых Систем: xfs, jfs, ReiserFS, Reiser4, ext, ext2, ext3, ext4, BtrFS, tux2, tux3, XiaFS, ZFS

Файловые системы для ОС LINUX.
XFS — начало разработки 1993 год, фирма Silicon Graphics, в мае 2000 года предстала в GNU GPL, для пользователей большинства Linux систем стала доступна в 2001-2002 гг. Отличительная черта системы — прекрасная поддержка больших файлов и файловых томов, 8 эксбибайт — 1 байт (8*260-1 байт) для 64-х битных систем. Ко всему прочему обладает другими немаловажными особенностями — непрерывные области дискового пространства, задержка выделения пространства и онлайн дефрагментация. Является одной из старейших журналируемых файловых систем для *nix, и содержит в себе наиболее отлаженный, в этом контексте, исходный код.
Журналируемая файловая система — это файловая система, в которой осуществляется ведение журнала, хранящего список изменений и, в той или иной степени, помогающего сохранить целостность файловой системы при сбоях.
XFS

Файловые системы для ОС LINUX.
ReiserFS (Reiser3) — одна из первых журналируемых файловых систем под Linux, разработана Namesys. Имеет некоторые врождённые головные боли, но в целом неплохая система, ведущая отсчёт дней своих с 2001 года. Оговорюсь, что смысл журналируемых систем заключается в дисковых транзакциях, которые последовательно пишутся в специальную зону диска (журнал, он же лог), перед тем как данные попадают в конечные точки файловой системы. Максимальный объём тома для этой системы равен 16 тебибайт (16*240 байт).

Файловые системы для ОС LINUX.
JFS (Journaled File System) — файловая система, детище IBM, явившееся миру в далёком 1990 году для ОС AIX (Advanced Interactive eXecutive). В виде первого стабильного релиза, для пользователей Linux, система стала доступна в 2001 году. Из плюсов системы — неплохая масштабируемость. Из минусов — не особо активная поддержка на протяжении всего жизненного цикла. Максимальный рамер тома 32 пэбибайта (32*250 байт).
JFC

Файловые системы для ОС LINUX.
ext (extended filesystem) — появилась в апреле 1992 года, это была первая файловая система, изготовленная специально под нужды Linux ОС. Разработана Remy Card с целью преодолеть ограничения файловой системы Minix.
ext2 (second extended file system) — была разработана Remy Card в 1993 году. Не журналируемая файловая система, это был основной её недостаток, который исправит ext3. Файловая система ext2 по-прежнему используется на флеш-картах и SSD, так как отсутствие журналирования является преимуществом при работе с накопителями, имеющими ограничение на количество циклов записи.
EXT 1,2

Файловые системы для ОС LINUX.
ext3 (third extended filesystem) — по сути расширение исконной для Linux ext2, способное к журналированию. Разработана Стивеном Твиди (Stephen Tweedie) в 1999 году, включена в основное ядро Linux в ноябре 2001 года. На фоне других своих сослуживцев обладает более скромным размером пространства, до 4 тебибайт (4*240 байт) для 32-х разрядных систем. На данный момент является наиболее стабильной и поддерживаемой файловой системой в среде Linux.
EXT 3

Файловые системы для ОС LINUX.
ext4 (fourth extended file system, ext4fs) — журналируемая файловая система, созданная на базе ext3 в 2006 году. Позже добавились возможности — непрерывные области дискового пространства, задержка выделения пространства, онлайн дефрагментация и прочие. Обеспечивается прямая совместимость с системой ext3 и ограниченная обратная совместимость.
Основные изменения в ext4 по сравнению с ext3:
Увеличен максимальный объём одного раздела диска до 1 эксбибайт (260 байт) при размере блока 4 кибибайт;
Увеличен размера одного файла до 16 тебибайт (244 байт);
Введён механизм протяжённой (extent) записи файлов, уменьшающий фрагментацию и повышающий производительность (новая информация добавляется в конец области диска, выделенной заранее по соседству с областью, занятой файлом);
Поднято ограничение на число вложенных каталогов с 32 000 подкаталогов до 65 535.
EXT 4

Файловые системы для ОС LINUX.
Reiser4 — первая попытка создать файловую систему нового поколения для Linux. Впервые представленная в 2004 году, система включает в себя такие передовые технологии как транзакции, задержка выделения пространства, а так же встроенная возможность кодирования и сжатия данных. Ханс Рейзер (Hans Reiser), главный разработчик системы, рекламировал использовать своё детище непосредственно как БД с улучшенными метаданными. После того, как Ханс Рейзер был осуждён за убийство в 2008 году, дальнейшая судьба системы стала сомнительной.
Reiser4

Файловые системы для ОС LINUX.
Tux2 — известная, но так и не анонсированная публично файловая система. Создатель Дэниэл Филипс (Daniel Phillips), система базируется на алгоритме «Фазового Дерева», который как и журналирование защищает файловую систему от сбоев. Организована как надстройка на ext2.
Tux3 — наступая на пятки Btrfs, представлена новая файловая система. Система создана на основе FUSE (Filesystem in Userspace), специального модуля для создания файловых систем на *nix платформах. Данный проект ставит перед собой цель избавиться от привычного журналирования, взамен предлагая версионное восстановление (состояние в определённый промежуток времени). Преимуществом используемой в данном случае версионной системы, является способ описания изменений, где для каждого файла создаётся изменённая копия, а не переписывается текущая версия. Такой подход позволяет более гибко управлять версиями.

Файловые системы для ОС LINUX.
ZFS (Zettabyte File System) — изначально созданная в Sun Microsystems файловая система, для небезызвестной операционной системы Solaris в 2005 году. Отличительные особенности — отсутствие фрагментации данных как таковой, возможности по управлению снапшотами (snapshots), пулами хранения (storage pools), варьируемый размер блоков, 64-х разрядный механизм контрольных сумм, а так же способность адресовать 128 бит информации! В Linux системах может использоваться посредствам FUSE.