19. Логическая модель магнитного диска.

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).

Схема разбиения дискового пространства на разделы

Д ля 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. Разделение всего дискового пространства на разделы полезно по нескольким причинам. Например, это позволяет структурировать хранение данных и исключить (уменьшить) «дальние перемещения» головок чтения/записи и тем самым повысить скорость выполнения операций чтения и записи.

Очевидно, что для каждого раздела следует хранить информацию о его начале и конце (т.е. номера первого и последнего из задействованных в разделе цилиндров).

20. Файловые системы ос unix. Классификация фс

Классы ФС ОС UNIX:

1. Локальные ФС:

- S5 Классические ФС для UNIX

- ufs

- ext 2 (Linux)

- ext 3 -proc

Иерархия каталогов и файлов на локальном устройстве. Не занимает место на диске и используется для доступа к структуре процессов, которые в данный момент используются ОС.

2. Распределенные ФС:

а) NFS:

- фирма Sun Microsystem (сетевая ФС)

б) RFS:

- фирма AT&T (удаленная ФС) совместное использование удаленных файлов.

Может находиться не только на локальном устройстве, но и на удалённых устройствах.

Локальные ФС:1. псевдо - файловые системы(proc,sysfs). Располагаются в оперативной памяти.

2. «нормальные» (disk-based) файловые системы (s5, ufs, ext2, ext3, XFS)

21. Организация фс s5 и ufs.

Магнитные диски часто характеризуются совокупностью 3-х цифр: числом цилиндров, числом дорожек в цилиндре, числом секторов на дорожке (C/H/S). Эти цифры называют геометрией диска. Диск с геометрией C/H/S имеет объем C*H*S*512 байт. Диски являются блочными устройствами, т.е. считывание и запись информации происходит блоками, минимальный объем блока равен 1 сектору (512 байт). Для того чтобы записать информацию на диск, необходимо позицировать головку чтения/записи, т.е. указать контроллеру в какой сектор эту информацию записать. Сектора как раз и адресуются путем указания номера цилиндра, номера считывающей головки (дорожки) и порядкового номера сектора на дорожке.

Организация ФС s 5 и ufs. Разделы.

Физические диски принято разбивать на разделы. Для этого в нулевой сектор (MBR) стали записывать так называемую таблицу разбиений диска на разделы (Partition table). Каждый раздел может трактоваться как отдельный физический диск. В частности, в разные разделы могут быть установлены разные ОС.

Таблица разделов содержит 4 записи по 16 байт для 4-х разделов, которые называются первичными. Ну и так как в MBR только 4 строки для создания раздела, то число первичных разделов на диске с самого начала ограничено, т.е. их не может быть более 4-х. Тогда стало ясно, что 4-х разделов мало и были изобретены логические разделы. Для этого один из первичных разделов объявляется расширенным и в нем создаются логические разделы. Расширенные разделы сами по себе не используются, они могут лишь хранить логические разделы. Первый сектор расширенного раздела хранит таблицу разделов с 4-мя записями: одна используется для логического раздела, другая для еще одного расширенного раздела (более низкой иерархии), а две другие записи не используются, т.е. каждый расширенный раздел имеет свою таблицу разбиения. В которой используются только две записи, задающие один логический и один расширенный разделы. Таким образом, получена цепочка из таблиц разделов.

Выводы.

1. Число логических разделов не ограничено, т.к. каждый логический раздел может содержать таблицу разделов и вложенные логические разделы. Однако реально ограничение все же существует. #Linux может работать не более чем с 15 разделами на SCSI дисках и не более чем с 63 разделами на IDE дисках.

2. В Linux диск в целом, т.е. физический диск доступен по имени устройства, а именно /dev/had, /dev/hdb, …

3. Первичные разделы обозначают дополнительной цифрой в имени устройства: /dev/hda1, /dev/hda2, /dev/hda3, /dev/hda4

4. Логические разделы в Linux доступны по именам: /dev/hda5, /dev/hda6,…

5. Если в таблице MBR были созданы один первичный и один расширенные разделы, то будут пропущены имена /dev/hda2, /dev/hda3, /dev/hda4 и сразу после /dev/hda1 будет следовать /dev/hda5,…

6. Раздел диска может содержать ФС, которая рассматривается ОС как иерархия каталогов и файлов.

7. Раздел диска может содержать только одну ФС. Любая ФС не может занимать более одного раздела диска.

8. Раздел диска может не содержать ФС вообще, # раздел swap-область.

22. ФС ОС UNIX. Проблемы работы с магнитными дисками. Краткая характеристика.

Основные проблемы при работе с МД:

1. Скорость работы с файлами (дальнее перемещение головок чтения/записи)

s5 ---

ufs – концепция группы цилиндров

ext2 – концепция группы блоков

ext3 – концепция группы блоков

2. Эффективность использования дисковой памяти (внутренняя фрагментация). Файлы могут занимать порядка 5-10% целого блока (сектора) - получается, что оставшаяся часть блока остается незанятой.

s5 ---

ufs – концепция фрагментов

ext2 – переменный размер блоков

ext3 – переменный размер блоков

3. Эффективность восстановления файловой системы (для решения этой проблемы используется концепция журналирования).

s5 ----

ufs ----

ext2 ----

ext3 – концепция журналирования

4. Маленькие файлы ( £ 0,5 КБ). Хранение маленьких файлов в области метаданных.

s5 ---

ufs ----

ext2 ----

ext3 ----

Замечание: концепция группы блоков отличается от концепции группы цилиндров тем, что в ее основе лежит тот факт, что на современных магнитных дисках количество секторов на дорожке (track) уменьшается по мере приближения к центру магнитного диска.

23. ФС ОС UNIX. ФС s5. Структура ФС.

1 -область мета данных

2-область 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.

Суперблок – содержит самую общую информацию о ФС (размер ФС, размер области индексных дескрипторов, их число, список свободных блоков, свободные индексные дескрипторы и т. д.). Суперблок всегда находится в оперативной памяти. Различные версии ОС UNIX способны поддерживать разные типы файловых систем. Поэтому у структуры суперблока могут быть варианты (сведения о свободных блоках, например, часто хранятся не как список, а как шкала бит), но всегда суперблок располагается за загрузочным блоком.

Область индексных дескрипторов состоит из inode’ов. С каждым файлом связан один inode, но одному inode может соответствовать несколько файлов. В inode хранится вся информация о файле, кроме его имени. Область индексных дескрипторов имеет фиксированный формат и располагается непосредственно за суперблоком

Размер индексного дескриптора фиксирован - 128 байт.

Размер таблицы индексных дескрипторов задается при создании файловой системы на разделе.

Область данных – в ней расположены как обычные файлы, так и файлы каталогов (в том числе корневой каталог).

Структура адресной информации inode в системе S5 .

Д анный метод адресации задействован и в файловой системе NTFS, используемой в ОС Windows NT/2000/XP. Здесь он дополнен достаточно естественным приемом, сокращающим объем адресной информации: адресуются не блоки файлов, а непрерывные области, состоящие из смежных блоков диска.

Каждая такая область, называемая отрезком (run), или экстентом (extent), описывается с помощью двух чисел: начального номера кластера и количества кластеров в отрезке.

Так как для сокращения времени операции обмена ОС старается разместить файл в последовательных блоках, то в большинстве случаев количество последовательных областей файла будет меньше количества кластеров файла и объем служебной адресной информации в NTFS сокращается по сравнению со схемой адресации, используемой в различных версиях ОС UNIX.