Operační systémy 2. Struktura odkládacích zařízení Přednáška číslo 10

Operační systémy 2

Struktura odkládacích zařízení Přednáška číslo 10

Základní pojmy ●

●

●

Paměťové médium – periferní  zařízení  nejvyšší důležitosti – samotný OS je  obvykle uložen na paměťovém zařízení. Proto je správa paměťového média  jeden z nejdůležitějších úkolů OS Paměťové médium – periferní zařízení k  ukládání dat (též zvané úložiště). – –

pevné – pevný disk vyměnitelná – diskety, USB flash disk, CD  ROM

Základní pojmy ●

Média se dělí podle přístupu na: – –

●

sekvenční – pásky s přímým přístupem – disky

Disky obsahují: – –

– – –

stopy – soustředné kružnice sektory – výseče kruhu (obsahují 512 B).  U novějších disků je na vnějších stopách více  sektorů. desky a povrchy hlavy – čtecí zařízení cylindry – stopy nad sebou

Základní pojmy ●

●

●

Fyzická adresa – buď [povrch, stopa, sektor] anebo  [cylindr, hlava, sektor] – pracuje s ní hardware. OS  pracuje s logickou adresou. Cluster – jeden nebo více sektorů. Nejmenší část  disku se kterou dokáže pracovat OS. Formátování – příprava média k použití – –

Nízkoúrovňové (low level) – příprava stop a sektorů,  opakované zbytečné může médium zničit. Vysokoúrovňové – příprava struktury dle zvoleného  formátu dat (FAT, NTFS, ext3 ...)

Adresářová struktura ● ● ●

●

Data se nalézají v souborech Soubory se slučují do adresářů Adresáře tvoří rovněž strukturu. Adresář, který  obsahuje vše co se na disku nachází se  nazývá kořenový (root). Adresářové struktury dělíme na: – –

Jednoúrovňová struktura – existuje pouze adresář  root a vše je v něm (CP/M) Dvouúrovňová struktura – v rootu jsou adresáře,  ale ty už nemohou obsahovat další adresáře jen  soubory (RSX)

Adresářová struktura –

–

–

Stromová – v každém adresáři mohou být  další soubory i adresáře. Připomíná to  strom s kořenem (root). (DOS, Windows) Acyklická – soubory a adresáře mohou být  ve více adresářích – nesmí tam být ale  cykly. Snadný přístup k témuž souboru z  více adresářů (linky). (UNIX) Cyklická struktura – může obsahovat cykly

Soubor ●

●

Základní organizační jednotka pro  uchování dat Operace se souborem – – – – –

Vytvoření Čtení Zápis Změna pozice v souboru Smazání 

Vlastnosti souborů ●

Druhy souborů – – – –

●

●

Standardní – dokumenty, programy Adresáře Simulované – přístup k I/O zařízením Odkládací soubory – virtuální paměť

Přístupová práva – dle daného  souborového systému Fragmentace – –

vnější – soubory jsou rozkouskované po disku vnitřní – velký počet malých souborů – volná místa  v clusterech

Soubory podle přístupu ● ● ●

Sekvenční (magnetická páska) Přímý (CD, disk) Indexový (magnetická páska s  přeskakováním)

Historická zařízení ● ●

Děrné štítky Děrné pásky – – – –

●

Pětistopé – 32 znaků (nebo 16 + parita) Osmistopé – 256 (anebo 128) Čtené opticky Čtené mechanicky

Magnetické pásky

Děrný štítek

Děrná páska

Děrná páska – optická čtečka

Magnetická páska

Terminál

Magnetická  páska – stojan

Harddisk

Struktura disku ●

●

V současných počítačích je odkládací  zařízení magnetický disk. Na informace na disku se odkazujeme  pomocí adresy, která se skládá z: – – – –

●

jednotky (drive) strany (surface) stopy (track) sektoru (sector)

Stopy na různých stranách přístupné bez  posunu hlavy tvoří cylinder.

Struktura disku ●

●

●

Sektor je nejmenší jednotka informace,  která může být čtena nebo zapisována na  disk (32 až 4096 B, obvykle 512 B) Čas vyhledávání (seek time) – doba než se  hlava nastaví nad správnou stopu Čekací doba (latency time) – doba než se  požadovaný sektor natočí pod hlavu

Struktura disku ●

●

●

Přenos disk – paměť je organizován v  blocích.  Disk je trojrozměrné pole bloků (stopa,  strana, sektor), OS zpracovává  jednorozměrné pole bloků Jednorozměrná a trojrozměrná adresa  se musí vzájemně převést

Struktura disku ● ● ● ● ● ● ●

b = k +s * (j + i * t) b – jednorozměrná adresa i – číslo cylindru t – počet stop v cylindru j – strana s – počet sektorů v stopě k ­ sektor

Plánování disku ●

●

Snaha zvýšit průměrnou vybavovací  dobu disku pomocí plánování Rychlost disku ovlivňují tři faktory – – –

doba vyhledávání (seek time) – vyhledání  správné stopy doba čekání (latency time) – než se natočí  správný sektor čas přenosu (transfer time) – doba  přenosu mezi diskem a pamětí

Plánování disku ●

●

Plánování FCFS (First­Come First­Served) – nejdřív vyřízen první požadavek na disk – problém – velké přesuny disku Plánování SSTF (Shortest­Seek­Time­First) – nejprve vyřízen ten požadavek který vyvolá  nejmenší posun hlavy – problém – hlava se může pohybovat tam a zpět,  dlouhá doba na vyřízení některých požadavků

Plánování disku ●

SCAN plánování – – –

●

hlava projíždí disk tam a zpět z jednoho  konce na druhý cestou vyřizuje požadavky elevator algoritmus (podobá se výtahu)

C­SCAN – –

hlava se po dojetí na konec vrátí na  začátek jako by začátek navazoval na konec

Management disku Tři funkce OS 1. Počáteční iniciace disku 2. Bootování z disku 3. Práce s vadnými bloky

Formátování disku ●

●

●

Fyzické formátování – rozdělení na  sektory a stopy Každý sektor má hlavičku, která  obsahuje číslo sektoru error correcting  code – kontrolní součet bytů v sektoru Logické formátování – podle OS, např.  vytvoření FAT tabulky, …

Boot block ●

●

●

●

Bootstrap program – inicializační program  umístěný v ROM, po iniciaci počítači zavádí  OS z disku Zaváděcí program OS musí být umístěn na  předem daném místě na disku (boot blok) Disk na kterém je umístěn – bootovací  (systémový) disk Při více OS na počítači je zde umístěn  nějaký manažér OS (GRUB, LILO), který  vyhledá potřebné jádro zvoleného OS

Vadné bloky ●

●

●

Vadné bloky musí být označeny aby je  počítač již nepoužíval u PC s IDE jsou označeny při formátu,  data v nich jsou ztracena u SCSI se seznam obnovuje během  používání disku, např. při zjištění  vadného kontrolního součtu

RAID ●

● ●

●

● ●

Redundant Arrays of Inexpensive/Independent Disks ­  Redundantní řady levných/nezávislých disků RAID 0 (stripping) – data střídavě ukládána na dva disky RAID 1 (mirroring) – stejná data ukládána na dva nebo více  disků RAID 5 – data ukládána střídavě na více disků a jeden  použit na ukládání parity. Při výpadku kteréhokoliv disku je  možná výměna disku za běhu a doplnění dat na nový disk Různé další kombinace – různá jména u různých výrobců Softwarový a hardwarový RAID

Další pojmy LVM

●

– –

Logical Volume Manager – vytvoření logických disků  z fyzických Možnost změny za chodu systému bez restartu

VFS

●

– –

–

Virtual File System Definice operací, které musí zvládnout každý  souborový systém bez ohledu na skutečné  umístění Vlastně abstrakce FS

Management swapovacího  prostoru ● ● ●

●

●

Swapovací (odkládací) prostor Pro odkládání částí paměti (virtuální paměť) Přístup k disku je pomalejší než k paměti, proto je  tomuto třeba věnovat pozornost Je to buď soubor (Windows) nebo samostatný disk  (Linux) Vhodnější je samostatný disk – rychlost, swap disk  používá speciální algoritmus přístupu

Konec