dr inż. Jarosław Forenc

Transkrypt

1 Informatyka 2 Politechnika Białostocka - Wydział Elektryczny Elektrotechnika, semestr III, studia stacjonarne I stopnia Rok akademicki 2011/2012 Wykład nr 6 ( ) dr inż. Jarosław Forenc

2 Rok akademicki 2011/2012, Wykład nr 6 2/55 Plan wykładu nr 6 System operacyjny definicja systemu operacyjnego zarządzanie procesami zarządzanie dyskowymi operacjami we-wy strategie szeregowania żądań dostępu do dysku algorytmy: FCFS, SSTF, SCAN, C-SCAN metody przydziału pamięci dyskowej alokacja: ciągła, listowa, indeksowa systemy plików FAT (FAT12, FAT16, FAT32, exfat) NTFS

3 Rok akademicki 2011/2012, Wykład nr 6 3/55 System operacyjny - definicja System operacyjny - jest to program sterujący wykonywaniem aplikacji i działający jako interfejs pomiędzy aplikacjami (użytkownikiem) a sprzętem komputerowym system operacyjny powinien zapewnić: wygodną obsługę - praca z komputerem jest łatwiejsza wydajność - zasoby komputera są wykorzystywane efektywnie możliwość rozwoju - możliwość wprowadzanie nowych funkcji systemowych bez kolidowania z istniejącymi usługami (budowa modularna)

4 Rok akademicki 2011/2012, Wykład nr 6 4/55 Warstwy systemu operacyjnego użytkownik końcowy nie jest zainteresowany sprzętem, interesują go tylko aplikacje (programy użytkowe) aplikacje są tworzone przez programistów za pomocą języków programowania programiści korzystają z zestawu programów systemowych (narzędziowych) implementujących często wykorzystywane funkcje (tworzenie programu, zarządzanie plikami, sterowanie urządzeniami we-wy) system operacyjny ukrywa przed programistą szczegóły dotyczące sprzętu komputerowego, ale udostępnia zestaw odpowiednich funkcji do pracy z nimi

5 Rok akademicki 2011/2012, Wykład nr 6 5/55 System operacyjny System operacyjny zapewnia: wykonywanie programu - załadowanie programu do pamięci, inicjalizacja urządzeń we-wy, przygotowanie zasobów dostęp do urządzeń we-wy - ukrywa przed programistą szczegóły dotyczące sterowania urządzeniami we-wy dostarczając proste operacje zapisu i odczytu ograniczony dostęp do plików - mechanizmy ograniczenia dostępu do plików w systemach obsługujących wielu użytkowników dostęp do systemu - kontrola i ograniczenia dostępu do systemu i jego wybranych zasobów wykrywanie i obsługa błędów - odpowiednia reakcja na błąd przy jak najmniejszym wpływie na działające aplikacje statystyki - tworzenie statystyk wykorzystywanych zasobów oraz zdarzeń w systemie

6 Rok akademicki 2011/2012, Wykład nr 6 6/55 System operacyjny - definicja System operacyjny - administrator zasobów - zarządza i przydziela zasoby systemu komputerowego oraz steruje wykonaniem programu zasób systemu - każdy element systemu, który może być przydzielony innej części systemu lub oprogramowaniu aplikacyjnemu do zasobów systemu zalicza się: czas procesora pamięć operacyjną urządzenia zewnętrzne

7 Rok akademicki 2011/2012, Wykład nr 6 7/55 Procesy głównym zadaniem systemu operacyjnego jest zarządzanie procesami Co to jest proces? proces - program w trakcie wykonania proces - ciąg wykonań instrukcji wyznaczanych kolejnymi wartościami licznika rozkazów wynikających z wykonywanej procedury (programu) proces - jednostka, którą można przypisać procesorowi i wykonać proces - instancja programu uruchomiona w danym systemie Proces składa się z kilku elementów: kod programu - może być dzielony z innymi procesami wykonującymi ten sam program dane potrzebne programowi (zmienne, przestrzeń robocza, bufory) kontekst wykonywanego programu (stan procesu) - dane wewnętrzne, dzięki którym system operacyjny może nadzorować proces i nim sterować

8 Rok akademicki 2011/2012, Wykład nr 6 8/55 Blok kontrolny procesu struktura danych tworzona i zarządzana przez system operacyjny, a opisująca właściwości procesu dzięki niemu system operacyjny obsługuje wiele procesów oraz umożliwia jednoczesne przetwarzanie wielu zadań blok kontrolny procesu zawiera informacje wystarczające do przerwania uruchomionego procesu, a następnie wznowienia jego działania identyfikator - unikatowy numer skojarzony z procesem, dzięki któremu można odróżnić go od innych procesów stan procesu: nowy, gotowy, uruchomiony, zablokowany, anulowany priorytet - priorytet procesu w stosunku do innych procesów (np. niski, normalny, wysoki, czasu rzeczywistego)

9 Rok akademicki 2011/2012, Wykład nr 6 9/55 Blok kontrolny procesu licznik programu - adres kolejnego rozkazu w programie, który ma zostać wykonany wskaźniki pamięci - wskaźniki do kodu programu oraz danych skojarzonych z tym procesem oraz dodatkowe bloki pamięci dzielone z innymi procesami dane kontekstowe - dane znajdujące się w rejestrach procesora, gdy proces jest wykonywany informacje na temat stanu żądań we-wy - informacje na temat urządzeń we-wy przypisanych do tego procesu, listę plików wykorzystywanych przez proces, itp. informacje ewidencyjne - dane o wykorzystanym czasie procesora oraz zegara, ograniczeniach czasowych, liczbach ewidencyjnych

10 Rok akademicki 2011/2012, Wykład nr 6 10/55 Dwustanowy model procesu system operacyjny powinien mieć określony model naprzemiennego wykonywania procesów oraz alokowania zasobów w celu dalszej pracy najprostszy model polega na tym, że w dowolnej chwili proces jest wykonywany przez procesor (uruchomiony) lub nie (nie uruchomiony) Program przydzielający Wejście Proces nie uruchomiony Uruchomiony proces Wyjście Przerwa system operacyjny tworząc nowy proces, tworzy blok kontrolny procesu po czym wprowadza proces do systemu jako nie uruchomiony w pewnym momencie aktualnie wykonywany proces zostaje przerwany i program przydzielający wybiera inny proces do wykonania stan poprzednio uruchomionego procesu jest zmieniany z uruchomionego na nie uruchomiony

11 Rok akademicki 2011/2012, Wykład nr 6 11/55 Dwustanowy model procesu procesy, które nie są uruchomione czekają w kolejce na wykonanie jeśli wykonywanie procesu zostało anulowane lub zakończone, to opuszcza on system, a program przydzielający wybiera kolejny proces z kolejki, który zostanie wykonany

12 Rok akademicki 2011/2012, Wykład nr 6 12/55 Tworzenie procesu w celu utworzenia nowego procesu system operacyjny buduje strukturę danych, która jest wykorzystywana do zarządzania procesem i alokuje przestrzeń adresową w pamięci operacyjnej dla procesu przyczyny tworzenia nowych procesów: nowe zadanie wsadowe - w środowisku wsadowym proces jest tworzony jako reakcja na przesłane zadanie interaktywne logowanie - w środowisku interaktywnym proces jest tworzony, gdy użytkownik loguje się do systemu udostępnienie usługi przez system - system operacyjny tworzy nowy proces w celu wykonania funkcji w imieniu programu użytkownika bez zmuszania użytkownika do czekania utworzenie przez proces istniejący - program użytkownika żąda utworzenia określonej liczby procesów (przetwarzanie równoległe) proces tworzący inny proces nazywa się procesem macierzystym, a nowoutworzony proces - procesem potomnym

13 Rok akademicki 2011/2012, Wykład nr 6 13/55 Zakończenie procesu przyczyny zakończenia pracy procesów: normalne zakończenie - proces wykonuje wywołanie systemowe, aby poinformować system, że jego działanie zostało zakończone przekroczenie limitu czasu - proces działał zbyt długo niż określony dla niego limit czasu pracy brak pamięci - proces żąda więcej pamięci niż system może przydzielić naruszenie pamięci - proces odwołuje się do obszaru pamięci, do którego nie ma prawa dostępu błąd ochrony - proces próbuje wykorzystać zasoby takie jak pliki, do których nie ma prawa lub próbuje je wykorzystać w niewłaściwy sposób błąd arytmetyczny - wykonanie przez proces niedozwolonej operacji arytmetycznej (np. dzielenie przez zero) błąd we-wy - błąd odczytu lub zapisu po przekroczeniu maksymalnej liczby prób lub niedozwolonych operacji

14 Rok akademicki 2011/2012, Wykład nr 6 14/55 Zakończenie procesu przyczyny zakończenia pracy procesów: błędny rozkaz - proces próbuje wykonać nieistniejące rozkazy rozkaz uprzywilejowany - proces próbuje wykonać rozkaz zarezerwowany dla systemu operacyjnego interwencja operatora lub systemu operacyjnego - z bliżej nieznanego powodu operator lub system operacyjny zakończył proces zakończenie procesu macierzystego - kiedy proces macierzysty ulega zakończeniu system operacyjny może automatycznie zakończyć wszystkie jego procesy potomne żądanie wystosowane przez proces macierzysty - proces macierzysty zwykle ma prawo zakończyć swoje procesy potomne

15 Rok akademicki 2011/2012, Wykład nr 6 15/55 Pięciostanowy model procesu w dwustanowym modelu procesu kolejka działa na zasadzie FIFO, a procesor wykonuje procesy cyklicznie z kolejki problem pojawia się w przypadku, gdy kolejny proces pobierany do wykonania z kolejki jest zablokowany, gdyż oczekuje na zakończenie operacji we-wy rozwiązaniem powyższego problemu jest podział procesów nieuruchomionych na gotowe do wykonania i zablokowane

16 Rok akademicki 2011/2012, Wykład nr 6 16/55 Pięciostanowy model procesu uruchomiony - proces aktualnie wykonywany gotowy - proces gotowy do wykonania przy najbliższej możliwej okazji zablokowany - proces oczekujący na zakończenie operacji we-wy nowy - proces, który właśnie został utworzony (ma utworzony blok kontrolny procesu, nie został jeszcze załadowany do pamięci), ale nie został jeszcze przyjęty do grupy procesów oczekujących na wykonanie anulowany - proces, który został wstrzymany lub anulowany z jakiegoś powodu

17 Rok akademicki 2011/2012, Wykład nr 6 17/55 Pięciostanowy model procesu podział procesów nieuruchomionych na gotowe do wykonania i zablokowane wymaga zastosowania minimum dwóch kolejek gdy pojawia się zdarzenie system operacyjny musi przejrzeć kolejkę szukając procesów, który związane są z danym zdarzeniem w celu zapewnienia większej wydajności lepiej jest gdy dla każdego zdarzenia istnieje oddzielna kolejka

18 Rok akademicki 2011/2012, Wykład nr 6 18/55 Pięciostanowy model procesu system z wieloma kolejkami procesów oczekujących na zdarzenie

19 Rok akademicki 2011/2012, Wykład nr 6 19/55 Zarządzanie dyskowymi operacjami we/wy operacje na dyskach twardych są obecnie o kilka rzędów wielkości wolniejsze niż operacje na pamięci operacyjnej wydajność systemu przechowywania danych ma zatem bardzo duży wpływ na wydajność całego systemu komputerowego Parametry wydajności dysku: odczytanie lub zapisanie danych na dysku wymaga ustawienia głowicy na wybranej ścieżce oraz w początkowym obszarze sektora na ścieżce czas potrzebny do ustawienia głowicy na ścieżce nosi nazwę czasu wyszukiwania (seek time) - dla dysków 3,5 calowych <10ms czas potrzebny, by początek sektora zrównał się z głowicą nosi nazwę opóźnienia rotacyjnego (rotational delay) dysku - średnio ok. 2 ms łączny czas wyszukiwania oraz opóźnienia rotacyjnego równa się czasowi dostępu (access time) czas potrzebny do zrealizowania samej operacji transferu danych (odczyt/zapis) nosi nazwę czasu transferu (transfer time)

20 Rok akademicki 2011/2012, Wykład nr 6 20/55 Strategie szeregowania żądań dostępu do dysku zmniejszenie średniego czasu wyszukiwania można osiągnąć poprzez zastosowanie odpowiedniej strategii szeregowania żądań dostępu do dysku zazwyczaj w systemie istnieje wiele procesów zgłaszających żądanie operacji odczytu/zapisu różnych ścieżek na dysku załóżmy, że wymagany jest dostęp (odczyt lub zapis ścieżek) o następujących numerach: 98, 183, 37, 122, 14, 124, 65, 67 Algorytmy szeregowania: FIFO (znany także jako FCFS) SSTF SCAN C-SCAN

21 Rok akademicki 2011/2012, Wykład nr 6 21/55 Strategie szeregowania żądań dostępu do dysku Algorytm FIFO (First-In-First-Out) najprostsza forma szeregowania, elementy są przetwarzane w kolejności sekwencyjnej algorytm nazywany także algorytmem FCFS - First Come First Served zalety: prosty w implementacji wady: długi czas wyszukiwania przykład: 98, 183, 37, 122, 14, 124, 65,

22 Rok akademicki 2011/2012, Wykład nr 6 22/55 Strategie szeregowania żądań dostępu do dysku Algorytm SSTF (Shortest Service Time First) polega na wyborze żądania operacji dyskowej we-wy, która wiąże się z najkrótszym przesunięciem głowicy z jej bieżącej lokalizacji inne tłumaczenie skrótu SSTF - Short Seek Time First zalety: lepsza wydajność od algorytmu FIFO wady: zagłodzenie żądań przy dużej liczbie napływających żądań przykład: 98, 183, 37, 122, 14, 124, 65, 67

23 Rok akademicki 2011/2012, Wykład nr 6 23/55 Strategie szeregowania żądań dostępu do dysku Algorytm SCAN głowica porusza się od prawej strony do lewej (i na odwrót) obsługując żądania, które napotka algorytm ten nazywany jest także skanowaniem lub algorytmem windy przykład: 98, 183, 37, 122, 14, 124, 65, 67

24 Rok akademicki 2011/2012, Wykład nr 6 24/55 Strategie szeregowania żądań dostępu do dysku Algorytm C-SCAN głowica porusza się od lewej do prawej obsługując żądania, które napotka po dojściu do ostatniej ścieżki ramię powraca do drugiego końca dysku i rozpoczyna od nowa zmniejsza się w ten sposób maksymalne opóźnienie związane z nowymi żądaniami przykład: 98, 183, 37, 122, 14, 124, 65,

25 Rok akademicki 2011/2012, Wykład nr 6 25/55 Metody przydziału pamięci dyskowej Alokacja ciągła każdy plik zajmuje ciąg kolejnych bloków na dysku plik zdefiniowany jest przez adres pierwszego bloku i ilość kolejnych zajmowanych bloków zalety: małe opóźnienia w transmisji danych, łatwy dostęp do dysku wady: trudność w znalezieniu miejsca na nowy plik

26 Rok akademicki 2011/2012, Wykład nr 6 26/55 Metody przydziału pamięci dyskowej Alokacja listowa każdy plik jest listą powiązanych ze sobą bloków dyskowych, które mogą znajdować się w dowolnym miejscu na dysku w katalogu dla każdego pliku zapisany jest wskaźnik do pierwszego i ostatniego bloku pliku każdy blok zawiera wskaźnik do następnego bloku

27 Rok akademicki 2011/2012, Wykład nr 6 27/55 Metody przydziału pamięci dyskowej Alokacja indeksowa każdy plik ma własny blok indeksowy, będący tablicą adresów bloków dyskowych w katalogu zapisany jest dla każdego pliku adres bloku indeksowego

28 Rok akademicki 2011/2012, Wykład nr 6 28/55 System plików FAT (File Allocation Table) opracowany na przełomie lat 70. i 80. dla systemu MS-DOS występuje w czterech wersjach: FAT12, FAT16, FAT32 i exfat (FAT64) numer występujący po słowie FAT oznacza liczbę bitów przeznaczonych do kodowania (numeracji) jednostek alokacji pliku (JAP), tzw. klastrów (ang. cluster) w tablicy alokacji plików 12 bitów w systemie FAT12 16 bitów w systemie FAT16 32 bity w systemie FAT32 64 bity w systemie exfat (FAT64) ogólna struktura dysku logicznego / dyskietki w systemie FAT: Rekord ładujący + sektory zarezerwowane Tablica rozmieszczenia plików - FAT Kopia FAT Katalog główny (FAT12 i FAT16) Miejsce na pliki i podkatalogi

29 Rok akademicki 2011/2012, Wykład nr 6 29/55 FAT12 system plików FAT12 przeznaczony jest dla nośników o małej pojemności obsługuje 2 12 =4096 jednostek alokacji, max. rozmiar partycji to 16 MB rekord ładujący zajmuje pierwszy sektor dyskietki lub dysku logicznego rekord ładujący zawiera następujące dane: instrukcja skoku do początku programu ładującego (3 bajty) nazwa wersji systemu operacyjnego (8 bajtów) struktura BPB (ang. BIOS Parametr Block) - blok parametrów BIOS (25 bajtów) rozszerzony BPB (ang. Extended BPB, 26 bajtów) wykonywalny kod startowy uruchamiający system operacyjny (448 bajtów) znacznik końca sektora - 55AAH (2 bajty)

30 Rok akademicki 2011/2012, Wykład nr 6 30/55 FAT12 - Rekord ładujący Bajty Rozmiar Zawartość 00H-02H 3 Instrukcja skoku do początku programu ładującego 03H-0AH 8 Nazwa wersji systemu (w znakach ASCII) 0BH-0CH 2 Rozmiar jednego sektora w bajtach 0DH 1 Liczba sektorów w jednostce alokacji plików (JAP) 0EH-0FH 2 Liczba sektorów zarezerwowanych, poprzedzających FAT 10H 1 Liczba tablic FAT 11H-12H 2 Maksymalna liczba plików w katalogu głównym 13H-14H 2 Całkowita liczba sektorów na dysku (do 32 MB) 15H 1 Bajt identyfikacji nośnika 16H-17H 2 Liczba sektorów zajętych przez tablicę FAT 18H-19H 2 Liczba sektorów na ścieżce 1AH-1BH 2 Liczba głowic (stron) dysku 1CH-1FH 4 Liczba sektorów ukrytych 20H-23H 4 Całkowita liczba sektorów na dysku (jeśli dysk jest większy niż 32 MB) 24H 1 Numer mechanizmu dyskowego 25H 1 Zarezerwowane 26H 1 Znacznik rozszerzonego rekordu ładującego (wartość 29H) 27H-2AH 4 Numer seryjny dysku 2BH-35H 11 Etykieta 36H-3DH 8 Typ systemu plików 3EH-1FDH 448 Wykonywalny kod startowy uruchamiający system operacyjny 1FEH-1FFH 2 Znacznik końca sektora (55AAH)

31 Rok akademicki 2011/2012, Wykład nr 6 31/55 FAT12 tablica rozmieszczenia plików FAT tworzy swego rodzaju mapę plików zapisanych na dysku za tablicą FAT znajduje się jej kopia, która nie jest wykorzystywana za kopią tablicy FAT znajduje się katalog główny zajmujący określoną dla danego typu dysku liczbę sektorów

32 Rok akademicki 2011/2012, Wykład nr 6 32/55 FAT12 katalog główny zawiera 32-bajtowe pola mogące opisywać pliki, podkatalogi lub etykietę dysku Zawartość pola: Atrybuty pliku: Bajty Rozmiar Zawartość Bit Znaczenie 00H-07H 8 Nazwa pliku w kodach ASCII 0 Plik tylko do odczytu (read only) 08H-0AH 3 Rozszerzenie nazwy pliku 1 Plik ukryty (hidden) 0BH 1 Atrybuty pliku 2 Plik systemowy (system) 0CH-15H 10 Zarezerwowane 3 Etykieta dysku (volume label) 16H-17H 2 Czas utworzenia lub aktualizacji pliku 4 Podkatalog 18H-19H 2 Data utworzenia lub aktualizacji pliku 5 Plik archiwalny (archive) 1AH-1BH 2 Numer pierwszej JAP 6,7 Nie wykorzystywane 1CH-1DH 2 Mniej znaczące słowo rozmiaru pliku 1EH-1FH 2 Bardziej znaczące słowo rozmiaru pliku

33 Rok akademicki 2011/2012, Wykład nr 6 33/55 FAT12 przykładowa zawartość katalogu głównego: F IO SYS! C0 32-BF 1C F F D F MSDOS SYS! C0 32-BF 1C FA R F 4D 4D 41 4E F 4D COMMAND COM C0 32-BF 1C 9D D u ATTRIB EXE C0 32-BF 1C C8 2B pierwszy bajt nazwy pliku określa również stan pola katalogu: Wartość 00H E5H Pozycja dotychczas nieużywana Plik skasowany Znaczenie 05H 2EH Inna wartość Plik skasowany - jeśli pierwszym znakiem nazwy pliku jest E5H 2EH - kropka. Oznacza podkatalog, jeśli następnym znakiem jest również kropka, to pole Numer pierwszej JAP zawiera JAP katalogu nadrzędnego danego katalogu (0 - jeśli katalogiem nadrzędnym jest katalog główny) Pierwszy znak nazwy pliku

34 Rok akademicki 2011/2012, Wykład nr 6 34/55 FAT12 pozostałą część dysku zajmuje miejsce na pliki i podkatalogi miejsce na dysku przydzielane jest plikom w jednostkach alokacji - JAP podkatalogi nie są ograniczone co do wielkości, zapisywane są na dysku w sposób identyczny jak pliki użytkowe i także zawierają 32-bajtowe pola

35 Rok akademicki 2011/2012, Wykład nr 6 35/55 FAT12 - położenie pliku na dysku w katalogu, w 32-bajtowym polu każdego pliku wpisany jest początkowy numer JAP numer ten określa logiczny numer sektora, w którym znajduje się początek pliku ten sam numer JAP jest jednocześnie indeksem do miejsca w tablicy FAT, w którym wpisany jest numer kolejnej JAP numer wpisany we wskazanym miejscu tablicy rozmieszczenia plików wskazuje pierwszy sektor następnej części pliku i równocześnie położenie w tablicy FAT numeru następnej JAP w ten sposób tworzy się łańcuch, określający położenie całego pliku jeśli numer JAP składa się z samych FFF, to oznacza to koniec pliku

36 Rok akademicki 2011/2012, Wykład nr 6 36/55 FAT12 - struktura dyskietki (1,44 MB) całkowita liczba sektorów na dyskietce: 2880 max. liczba plików w katalogu głównym: 224 liczba sektorów systemowych: 33 liczba sektorów na pliki i podkatalogi: = 2847 dostępne miejsce na pliki i podkatalogi: 2847 x 512 = bajty Rekord ładujący + sektory zarezerwowane Tablica rozmieszczenia plików - FAT Kopia FAT Katalog główny (FAT12 i FAT16) Miejsce na pliki i podkatalogi 1 sektor 9 sektorów 9 sektorów 14 sektorów 2847 sektorów

37 Rok akademicki 2011/2012, Wykład nr 6 37/55 FAT16 po raz pierwszy pojawił się w systemie MS-DOS 3.3 ogólna struktura dyskietki / dysku logicznego w systemie FAT16 jest taka sama jak w przypadku FAT12 do numeracji jednostek alokacji pliku (JAP) przeznaczonych jest 16 bitów maksymalna liczba jednostek alokacji ograniczona jest do 2 16 czyli gdyby rozmiar JAP wynosił jeden sektor, to dysk mógłby zawierać nie więcej niż bajtów czyli 32 MB w systemach DOS i Windows 95 maksymalny rozmiar JAP to 2 15 bajtów czyli 32 kb, stąd maksymalny rozmiar dysku logicznego w tych systemach to kb czyli ok. 2 GB w systemie Windows 2000 górna granica rozmiaru JAP wynosi 2 16 bajtów (64 kb), czyli rozmiar dysku logicznego zwiększa się do 4 GB

38 Rok akademicki 2011/2012, Wykład nr 6 38/55 FAT32 po raz pierwszy wprowadzony w systemie Windows 95 OSR2 do adresowania JAP stosuje się, obcięty o 4 najstarsze bity, adres 32-bitowy i dlatego dysk z FAT32 może zawierać maksymalnie 2 28 JAP jeśli rozmiar JAP wynosi od 4 kb do 32 kb, to teoretycznie dysk może mieć rozmiar 8 TB, ale praktycznie ograniczenie to liczba 2 32 sektorów, czyli 2 TB system Windows 2000 obniża tę wartość do 32 GB, gdyż umożliwia to zapis całej tablicy FAT w pamięci podręcznej, co poprawia wydajność systemu w systemie FAT32 można formatować tylko dyski, nie można natomiast zainstalować go na dyskietkach systemy DOS i Windows 95/NT nie mogą odczytywać partycji FAT32 ogólna struktura systemu FAT32 jest taka sama jak w FAT12/FAT16 - nie ma tylko miejsca przeznaczonego na katalog główny

39 Rok akademicki 2011/2012, Wykład nr 6 39/55 FAT32 w systemie FAT32 katalog główny może znajdować się w dowolnym miejscu na dysku i może zawierać maksymalnie pliki i katalogi Bajty Rozmiar Zawartość 00H-07H 8 Nazwa pliku w kodach ASCII 08H-0AH 3 Rozszerzenie nazwy pliku 0BH 1 Atrybuty pliku 0CH 1 Wielkość liter nazwy i rozszerzenia pliku 0DH 1 Czas utworzenia w milisekundach 0EH-0FH 2 Czas utworzenia 10H-11H 2 Data utworzenia 12H-13H 2 Czas ostatniego dostępu 14H-15H 2 Numer pierwszej JAP (16 starszych bitów) 16H-17H 2 Czas utworzenia lub aktualizacji pliku 18H-19H 2 Data utworzenia lub aktualizacji pliku 1AH-1BH 2 Numer pierwszej JAP (16 młodszych bitów) 1CH-1DH 2 Mniej znaczące słowo rozmiaru pliku 1EH-1FH 2 Bardziej znaczące słowo rozmiaru pliku

40 Rok akademicki 2011/2012, Wykład nr 6 40/55 FAT - wady systemu plików FAT fragmentacja wewnętrzna - nawet najmniejszy plik zajmuje całą JAP - gdy rozmiar klastra jest duży, a na dysku znajduje się dużo małych plików - pewna część miejsca jest tracona fragmentacja zewnętrzna - silna fragmentacja plików pomiędzy wiele klastrów o bardzo różnym fizycznym położeniu na dysku (konieczność okresowej defragmentacji przy użyciu specjalnych narzędzi programowych) duże prawdopodobieństwo powstawania błędów zapisu, polegających na przypisaniu jednego klastra dwóm plikom (tzw. crosslinks), co kończy się utratą danych z jednego lub obu skrzyżowanych plików typowym błędem, pojawiającym się w systemie FAT, jest również pozostawianie tzw. zagubionych klastrów (lost chains), tj. jednostek alokacji nie zawierających informacji, ale opisanych jako zajęte brak mechanizmów ochrony - praw dostępu

41 Rok akademicki 2011/2012, Wykład nr 6 41/55 exfat (FAT64) stworzony przez Microsoft na potrzeby pamięci Flash po raz pierwszy pojawił się w listopadzie 2006 roku w Windows Embedded CE 6.0 i Windows Vista SP1 obsługiwany także przez Windows 7, Windows Server 2008, Windows Server 2003, Windows XP SP2/SP3, Linux może być używany wszędzie tam, gdzie NTFS nie jest najlepszym rozwiązaniem ze względu na dużą nadmiarowość struktury danych podstawowe cechy: maksymalna wielkość pliku to 2 64 = 16 EB maksymalna wielkość klastra - do 32 MB nieograniczona liczba plików w pojedynczym katalogu prawa dostępu do plików i katalogów bezpieczny transfer danych (TFAT - Transaction Safe FAT File System) szybszy zapis plików na nośniku dzięki funkcji Free Space Bitmap

42 Rok akademicki 2011/2012, Wykład nr 6 42/55 NTFS (New Technology File System) wersja 1.0 (połowa 1993 r.) - Windows NT 3.1 wersja 1.1 (jesień 1994 r.) - Windows NT 3.5 wersja 1.2 (NTFS 4) - Windows NT 3.51 (1995 r.), Windows NT 4.0 (1996 r.) wersja 3.0 (NTFS 5) - Windows 2000, dużo zmian w stosunku do poprzedniej wersji wersja 3.1 (NTFS 5.1) - Windows XP, Server 2003, Vista, Windows 7 w systemie Windows 2000 obsługę NTFS 3.1 wprowadzono w SP1, zaś w systemie Windows NT 4.0 w SP4 teoretyczny rozmiar partycji NTFS wynosi klastrów, ale Windows potrafi obsłużyć tylko klastrów (dla klastra 64 kb - ok. 256 TB) tabela partycji w MBR dysku twardego ogranicza rozmiar partycji do 2 TB teoretyczna wielkość pliku wynosi 2 64 bajtów minus 1 kb, ale Windows ogranicza ten rozmiar do 2 44 bajtów minus 64 kb (ok. 16 TB)

43 Rok akademicki 2011/2012, Wykład nr 6 43/55 NTFS struktura wolumenu (dysku) NTFS: Boot Sector rozpoczyna się od zerowego sektora partycji i może zajmować 16 kolejnych sektorów znajdują się w nim następujące dane: instrukcja skoku do początku programu ładującego (3 bajty) nazwa wersji systemu operacyjnego - OEM ID (8 bajtów) struktura BPB - blok parametrów BIOS (25 bajtów) rozszerzony BPB (48 bajtów) wykonywalny kod startowy uruchamiający system operacyjny (426 bajtów) znacznik końca Boot Sectora - 55AAH (2 bajty)

44 Rok akademicki 2011/2012, Wykład nr 6 44/55 NTFS - Struktura BPB i rozszerzonego BPB Bajty Rozmiar Zawartość 0BH-0CH 2 Rozmiar jednego sektora w bajtach (512 bajtów) 0DH 1 Liczba sektorów w jednostce alokacji plików (JAP) 0EH-0FH 2 Liczba sektorów zarezerwowanych na początku dysku - zawsze 0 10H-12H 3 Zawsze 0 13H-14H 2 Nieużywane w NTFS - zawsze 0 15H 1 Bajt identyfikacji nośnika (zawsze F8 - dysk twardy) 16H-17H 2 Zawsze 0 18H-19H 2 Liczba sektorów na ścieżce 1AH-1BH 2 Liczba głowic (stron) dysku 1CH-1FH 4 Liczba sektorów ukrytych 20H-23H 4 Nieużywane w NTFS 24H-27H 4 Nieużywane w NTFS 28H-2FH 8 Całkowita liczba sektorów 30H-37H 8 Numer klastra logicznego pliku $MFT 38H-3FH 8 Numer klastra logicznego pliku $MFTMirr 40H-43H 4 Liczba jednostek alokacji w rekordzie MFT 44H-47H 4 Wielkość indeksu MFT (liczba jednostek alokacji) 48H-4FH 8 Numer seryjny woluminu 50H-53H 4 Suma kontrolna

45 Rok akademicki 2011/2012, Wykład nr 6 45/55 NTFS struktura wolumenu (dysku) NTFS: BIOS Parameter Block (BPB) zawiera dane o systemie plików i geometrii dysku, pozwalające kodowi wykonywalnemu zawartemu w sektorze startowym na: odnalezienie pliku NTLDR załadowanie go do pamięci operacyjnej przekazanie mu kontroli celem uruchomienia systemu Windows rozszerzony BPB umożliwia odnalezienie MFT - jeśli uszkodzeniu ulegną klastry należące do MFT, to mogą one zostać przeniesione w inne miejsce dysku, a informacja o tym zostanie zapisana w rozszerzonym MFT

46 Rok akademicki 2011/2012, Wykład nr 6 46/55 NTFS struktura wolumenu (dysku) NTFS: MFT (Master File Table) - specjalny plik, niewidoczny dla użytkownika, pełniący rolę tablicy alokacji plików w systemie FAT - są w nim zapisane wszystkie dane niezbędne do odczytania pliku z dysku MFT - hierarchiczna, obiektowa baza danych, składająca się z rekordów o stałej długości 1 kb - 4 kb w każdym rekordzie zapisane są atrybuty, które jednoznacznie określają położenie i zawartość odpowiadających im plików lub katalogów pierwsze 16 (NTFS 4) lub 26 (NTFS 5) rekordów jest zarezerwowane dla tzw. metaplików

47 Rok akademicki 2011/2012, Wykład nr 6 47/55 NTFS - Metapliki w MFT (1/2) Plik systemowy Główna tablica plików Główna tablica plików 2 Plik dziennika (log operacji dyskowych) Nazwa pliku Rekord MFT $Mft 0 $MftMirr 1 $LogFile 2 Wolumin $Volume 3 Definicje atrybutów Indeks katalogu głównego Funkcja pliku Zawiera jeden bazowy rekord dla każdego pliku w woluminie NTFS. Jeżeli informacje dotyczące pliku lub katalogu są zbyt duże, aby zmieściły się w pojedynczym rekordzie, to alokowane są rekordy dodatkowe - w MFT lub poza nim. Kopia pierwszych czterech rekordów w MFT. Plik ten gwarantuje dostęp do MFT w przypadku awarii pojedynczego sektora. W starszych systemach umieszczany był w połowie woluminu, zaś w nowszych - na jego końcu. Zawiera listę kroków transakcji, używaną przez funkcje związane z odzyskiwaniem NTFS, a mówiąc prościej są to informacje o wszystkich operacjach wykonywanych na plikach i katalogach, np. kopiowanie i kasowanie plików, przenoszenie katalogów, itp. Rozmiar pliku dziennika zależy od rozmiaru woluminu i może osiągać do 4 MB. Plik ten jest używany przez Windows 2000 do przywracania spójności systemu plików po awarii systemu. Zawiera informacje o woluminie, takie jak jego etykieta, rozmiar i wersja NTFS użyta do formatowania dysku. $AttrDef 4 Tabela nazw atrybutów, ich numerów i opisów. $ 5 Katalog główny.

48 Rok akademicki 2011/2012, Wykład nr 6 48/55 NTFS - Metapliki w MFT (2/2) Plik systemowy Mapa bitowa klastrów Nazwa pliku Rekord MFT $Bitmap 6 Sektor startowy $Boot 7 Plik błędnych klastrów Plik zabezpieczeń Tabela wielkich znaków Plik rozszerzeń NTFS Funkcja pliku Reprezentacja woluminów, ilustrująca które klastry są zajęte. Jednemu klastrowi odpowiada jeden bit rekordu $Bitmap. Zawiera informacje używane podczas instalowania woluminu oraz dodatkowy kod ładujący, używany jeżeli wolumin jest startowy. $BadClus 8 Zawiera listę uszkodzonych klastrów w woluminie. $Secure 9 $UpCase 10 $Extend 11 Zawiera unikalne deskryptory zabezpieczeń dla wszystkich plików w woluminie, czyli mówiąc prościej - informacje o prawach dostępu. Służy do konwersji małych znaków na odpowiadające im wielkie znaki w standardzie Unicode. Wykorzystywany przez różnorodne opcjonalne rozszerzenia, takie jak przydziały, dane punktów specjalnych i identyfikatory obiektów Zarezerwowane dla przyszłych zastosowań.

49 Rok akademicki 2011/2012, Wykład nr 6 49/55 NTFS struktura wolumenu (dysku) NTFS: pozostała część pliku MFT przeznaczona jest na rekordy wszystkich plików i katalogów umieszczonych na dysku (ok. 12,5% miejsca na dysku) jeśli pierwszy rekord MFT jest uszkodzony to system automatycznie odczytuje drugi rekord, w którym zapisana jest kopia pierwszego położenie obu metaplików $Mft i $MftMirr zapisane jest w sektorze startowym partycji

50 Rok akademicki 2011/2012, Wykład nr 6 50/55 NTFS struktura wolumenu (dysku) NTFS: system NTFS traktuje każdy plik jako zbiór atrybutów elementy takie jak nazwa, prawa dostępu, a nawet dane są atrybutami wszystkie atrybuty mają dwie części składowe: nagłówek i blok danych nagłówek zawiera informacje opisujące atrybut, np. całkowitą liczbę bajtów zajmowanych przez atrybut, rozmiar bloku danych atrybutu, położenie bloku danych, znacznik czasu, wskaźniki stanu w bloku danych atrybutu znajdują się informacje zgodne z przeznaczeniem atrybutu

51 Rok akademicki 2011/2012, Wykład nr 6 51/55 NTFS - Wybrane atrybuty plików Kod atrybutu Typ atrybutu Numer atrybutu $Standard_Information Informacje standardowe 16 / 0x10 $Attribute_List Lista atrybutów 32 / 0x20 $File_Name Nazwa pliku 48 / 0x30 $Security_Descriptor Deskryptor zabezpieczeń 80 / 0x50 $Data Dane 128 / 0x80 Opis Zawiera atrybuty pliku (R, S, A, H), liczniki aktualizacji i połączeń oraz znaczniki określające datę i czas utworzenia pliku, modyfikacji danych, modyfikacji atrybutów i ostatniego dostępu do pliku. W NTFS 5.1 są to także prawa dostępu. Zawiera lokalizację wszystkich rekordów atrybutów, które nie mieszczą się w rekordzie MFT. Atrybut powtarzalny dla długich i skróconych nazw plików. Długa nazwa pliku może składać się z maksymalnie 255 znaków w standardzie Unicode. Skrócona nazwa pliku jest zapisywana w formacie 8.3 i niewrażliwa na wielkość znaków. Identyfikuje właściciela pliku oraz użytkowników, którzy mogą z danego pliku korzystać. Usunięty w NTFS 5.1. Dane pliku. System NTFS zezwala na występowanie wielu atrybutów danych dla jednego pliku: jeden nienazwany atrybut danych + jeden lub więcej nazwanych atrybutów danych, z których każdy posiada indywidualną składnię. Atrybut $Data jest zmieniany podczas kompresji i szyfrowania.

52 Rok akademicki 2011/2012, Wykład nr 6 52/55 NTFS - Pliki pliki w systemie NTFS są reprezentowane w MFT przez rekord zawierający atrybuty: $Standard_Information $File_Name $Security_Descriptor $Data w przypadku małych plików wszystkie jego atrybuty zapisywane są bezpośrednio w MFT $Standard_Information (Informacje standardowe) $File_Name (Nazwa pliku) $Security_Descriptor (Opis praw dostępu) $Data (Dane) jeśli wszystkie atrybuty mieszczą się wewnątrz pojedynczego rekordu MFT, wówczas nazywane są rezydentnymi

53 Rok akademicki 2011/2012, Wykład nr 6 53/55 NTFS - Pliki jeśli atrybuty pliku są duże (najczęściej dotyczy to atrybutu $Data), to w rekordzie w MFT umieszczany jest tylko nagłówek atrybutu oraz wskaźnik do jego bloku danych, a sam blok danych przenoszony jest na dysk poza MFT atrybuty niemieszczące się całkowicie w MFT nazywane są nierezydentnymi blok danych takiego atrybutu zapisywany jest w przyległych klastrach jeśli nie jest to możliwe, to dane zapisywane są w kilku ciągach jednostek alokacji i wtedy każdemu ciągowi odpowiada wskaźnik w rekordzie MFT

54 Rok akademicki 2011/2012, Wykład nr 6 54/55 NTFS - Katalogi katalogi reprezentowane są przez rekordy zawierające trzy takie same atrybuty jak pliki: $Standard_Information $File_Name $Security_Descriptor zamiast atrybutu $Data umieszczone są trzy atrybuty przeznaczone do tworzenia list, sortowania oraz lokalizowania plików i podkatalogów $Index_Root $Index_Allocation $Bitmap

55 Rok akademicki 2011/2012, Wykład nr 6 55/55 Koniec wykładu nr 6 Dziękuję za uwagę!