Implementierung von Dateisystemen.md

• Wie sieht das Datenträgerlayout aus?
  • Master Boot Record (MBR)
  • Partitionstabelle
  • Partitionen
• Was ist das Master Boot Record?
  • wichtig beim Systemstart
  • am Ende des MBR - Partitionstabelle mit Verweis auf die aktive Partition
    • beim Start - erster Block (Boot Block) der aktiven Partition wird gelesen
    • Programm im Boot Block lädt das Betriebssystem
• Was beinhaltet eine Partition?
  • Boot Block: zum Laden des Betriebssystems
  • Superblock: Schlüsselparameter des Dateisystems
    • Größe des Dateisystems, Anzahl freier Blöcke, Zeiger auf Liste der freien Blöcke
  • Freispeicherverwaltung: Infos über freie Blöcke
  • I-Node-Liste: Infos über alle Dateien
  • Wurzelverzeichnis: Einstiegspunkt in Baumstruktur
  • Daten selbst
• Wie funktioniert die Implementierung von Dateien?
  1. Zusammenhängende Belegung
     • Abspeichern als zusammenhängende Menge von Blöcken
  2. Belegung durch verkettete Listen
     1. Zeiger auf nächsten Block am Anfang des Blocks
     2. Informationen in Tabelle (im Arbeitsspeicher)
  3. Indizierte Tabellen, I-Nodes
• Was ist die Zusammenhängende Belegung?
  • Abspeichern als zusammenhängende Menge von Blöcken
  • Vorteile:
    • einfache Implementierung
    • hervorragende Leseleistung
  • Nachteile:
    • beim Löschen - Fragmentierung der Festplatte
• Wie können die Nachteile der zusammenhängenden Belegung ausgeglichen werden?
  • Verdichtung (Verschiebung der Dateien um Lücken zu schließen) - aber sehr teuer
  • Verwaltung einer Liste mit freien Blöcken
    • Achtung: Bereits bei der Erzeugung einer Datei muss Größe bekannt sein. Leider nicht ganz realistisch
• Wofür wird die zusammenhängende Belegung verwendet?
  • ursprünglich: Magnetbänder
  • aktuell: CD-ROMs
• Was ist die Belegung durch verkettete Listen?
  • Datei liegt auf verschiedenen Blöcken
  • Erster Eintrag im Block: Zeiger auf nächsten Block
• Was sind Vorteile der Belegung durch verkettete Listen?
  • keine Fragementierung
  • Zugriffsparameter: Nummer des ersten Blocks
  • Sequentielles Lesen: straight forward
• Was sind Nachteile der Belegung durch verkettete Listen?
  • Speicherplatz pro Block um den Zeiger verringert
  • Wahlfreier Zugriff sehr teuer
• Was ist eine Lösung für die Nachteile der Belegung durch verkettete Listen?
  • Ablage der Zeiger in einer Tabelle im Arbeitsspeicher
• Wie heißt die Tabelle bei der Belegung durch verkettete Listen im RAM?
  • Datei-Allokationstabelle (File Allocation Table = FAT)
• Welche Vorteile hat die Belegung durch verkettete Listen im RAM?
  • gesamter Block steht zur Verfügung
  • schneller wahlfreier Zugriff, da Infos im RAM
  • Zugriffsparameter: Nummer des ersten Blocks
• Welche Nachteile hat die Belegung durch verkettete Listen im RAM?
  • Tabelle benötigt RAM
    • Annahme: 200 GiB Festplatte, 1 KiB Blockgrüße, 4 Byte pro Tabelleneintrag -> 800 MiB für Tabelle
  • nicht für große Platten geeignet
• Wie funktionieren Indizierte Tabellen, I-Nodes?
  • Konzept: jede Datei entspricht einer I-Node
  • Infos in einer I-Node
    • Dateiattribute (z.B. Dateigröße, aber nicht den Namen)
    • Datenblockadressen (Unix: 15 Stück)
      • 1-12 -> direkt auf Datenblock
      • 13 -> einfach indirekter Verweis
      • 14 -> doppelter indirekter Verweis
      • 15 -> dreifacher indirekter Verweis
• Wie können Indizierte Tabellen, I-Nodes implementiert werden? ![[Pasted image 20230511093849.png]]
• Wie werden Indizierte Tabellen, I-Nodes bei unterschiedlichen Dateisystemen erzeugt?
  • ext2/ext3 -> bei Anlage des Dateisystems
  • ReiserFS -> bei Bedarf
• Welche Vorteile haben Indizierte Tabellen, I-Nodes?
  • alle Blöcke zu einer Datei bekannt
  • Infos über Datei nur im Speicher, wenn Datei geöffnet
  • Reservierter Speicher nur von Anzahl der offenen Dateien abhängig
• Welche Vorteile haben Indizierte Tabellen, I-Nodes?
  • Speicheroverhead für die Tabellen
  • begrenzte Größe von Dateien (abhängig von Blockgröße)
• Wie werden Verzeichnisse implementiert?
  • Verzeichnis: Datei mit Tabelle mit Verzeichniseinträgen
  • Verzeichniseintrag:
    • Info zum Auffinden der Inhalte (Dateien und Unterverzeichnisse)
    • evtl. Infos über Attribute der Datei
  • Ziel: Abbildung der Namen auf Datei-Infos
    • bei zusammenhängender Belegung: Adresse und Größe
    • bei verketteten Listen: Nummer des ersten Blocks
    • bei indizierten Tabellen: Nummer des I-Nodes
• Wie können gemeinsam genutzte Dateien (shared files) umgesetzt werden?
  • Hard Links
    • Verzeichniseintrag in beiden Verzeichnissen auf gleiche I-Node
    • Probleme:
      • Wer ist der Besitzer?
      • Was passiert beim Löschen?
  • Symbolische Links
    • Neue I-Node vom Typ "Link" mit Inhalt des Pfades zu verlinkten Datei
    • Vorteil: Nur Besitzer kann Datei löschen
    • Nachteil: extra Overhead
• Wie kann die Blockgröße bestmöglich implementiert werden?
  • Größe Blöcke verschwenden Platz, wenn viele kleine Dateien
  • Kleine Blöcke verschwenden Zeit, durch viele Zugriffe
  • Optimum abhängig von "üblichen Größe" der Dateien
• Welche Optionen der Freiblockverwaltung gibt es?
  • Bitmap
  • Verkettete Liste
  • Verkettete Liste -> gruppiert
  • Speichere Anfangsadressen und Größen von zusammenhängenden freien Blöcken