Pracownia komputerowa Dariusz Wardecki, wyk. IX
Urządzenia do składowania danych Sk adowanie Sk adowanie danych danych Urzπdzenia do sk adowania danych Urzπdzenia do sk adowania danych Sk adowanie danych Urzπdzenia do sk adowania danych Sk adowanie (ang. (ang. storage) storage) Przechowywanie przez d ugi (nieokreúlony) czas. Sk adowanie Przechowywanie (ang. przez storage) d ugi (nieokreúlony) czas. Przechowywanie Urzπdzenia sk adujπce przez (ang. d ugi storage (nieokreúlony) devices) czas. Urzπdzenia sk adujπce (ang. storage devices) Urzπdzenia przeznaczone do sk adowania danych. Urzπdzeniask adujπce przeznaczone (ang. dostorage sk adowania devices) danych. Urzπdzenia Noúnik danych przeznaczone (ang. data carrier) do sk adowania danych. CzÍúÊ Noúnik urzπdzenia danych (ang. sk adujπcego, data carrier) w kótrej (lub na której) fizycznie Noúnik zapisywane CzÍúÊ urzπdzenia danych sπ dane. (ang. sk adujπcego, Moøe databyê carrier) wymienna w kótrej (np.(lub CD, na DVD, której) Compact fizycznie Flash) CzÍúÊ lub zapisywane wbudowana urzπdzenia sπ na dane. sk adujπcego, sta e Moøe (np.twarde byê wwymienna dyski). kótrej (lub (np. nacd, której) DVD, fizycznie Compact Flash) zapisywane lub wbudowana sπ dane. na sta e Moøe(np.twarde byê wymienna dyski). (np. CD, DVD, Compact Flash) lub wbudowana na sta e (np.twardedyski). Uk ady odczytujπco-zapisujπce Wspó pracujπ z noúnikami danych. Rafa J. Wysocki (rwys@fuw.edu.pl) Pracownia komputerowa 9 stycznia 2012 50/ 76 Rafa J. Wysocki (rwys@fuw.edu.pl) Pracownia komputerowa 9 stycznia 2012 50/ 76 Rafa J. Wysocki (rwys@fuw.edu.pl) Pracownia komputerowa 9 stycznia 2012 50/ 76
Komunikacja z urządzeniami składującymi Sk adowanie danych Sk adowanie danych Komunikacja z urzπdzeniami sk adujπcymi Komunikacja z urzπdzeniami sk adujπcymi Podzia na bloki (ang. block), urzπdzenia blokowe (ang. block devices) Podzia na bloki (ang. block), urzπdzenia blokowe (ang. block devices) 1 Rozmiary bloku od 512 B do 4 KiB. 1 Rozmiary bloku od 512 B do 4 KiB. 2 Odczyt i zapis ca ych bloków. 2 Odczyt i zapis ca ych bloków. 3 Po oøenie danych okreúlane z pomocπ sektorów (ang. sector) o 3 Po oøenie ustalonych danych numerach. okreúlane z pomocπ sektorów (ang. sector) o ustalonych numerach. 4 Ustalona, ca kowita liczba bloków w kaødym sektorze. 4 Ustalona, ca kowita liczba bloków w kaødym sektorze. Systemy po πczeò, zwane magistralami (ang. bus) PCI (ang. Peripheral Component Interconnect), PCI Express, HyperTransport SCSI (ang. Small Computer System Interface), SAS (ang. Serial Attached SCSI), SATA (ang. Serial AT Attachment) FireWire, USB (ang. Universal Serial Bus) Rafa J. Wysocki (rwys@fuw.edu.pl) Pracownia komputerowa 9stycznia2012 51/ 76 Rafa J. Wysocki (rwys@fuw.edu.pl) Pracownia komputerowa 9stycznia2012 51/ 76
Komunikacja z urządzeniami składującymi Sk adowanie danych Komunikacja z urzπdzeniami sk adujπcymi w PC Rafa J. Wysocki (rwys@fuw.edu.pl) Pracownia komputerowa 9 stycznia 2012 52/ 76
Urządzenia blokowe i plikowe Urzπdzenia blokowe i systemy plikowe Urzπdzenia blokowei i systemy plikowe Pos ugiwanie sií numerami sektorów nie by oby wygodne dla ludzi. System plikowy (ang. file system) Pozwala na (stosunkowo) atwe atwe lokalizowanie sk adowanych sk adowanych danych zdanych z uøyciem Pozwala nazw (stosunkowo) i struktury atwe i drzewa lokalizowanie drzewa katalogowego sk adowanych (ang. directory danych z (ang. directory tree). z tree). Metadane (ang. (ang. metadata) UrzπdzeniaSk adowanie blokowe danych danychi systemy i systemy i systemy plikowe plikowe Systemy plikowe Pos ugiwanie sií numerami sektorów nie by oby wygodne dla ludzi. Pos ugiwanie sií numerami sektorównie nie by oby wygodne dla dla ludzi. ludzi. System plikowy (ang. file system) System plikowy (ang. file system) uøyciem nazwii struktury drzewa katalogowego (ang. (ang. directory tree). tree). Metadane (ang. metadata) Metadane (ang. metadata) Dane wykorzystywane do opisania po oøenia, rozmiarów oraz innych Dane wykorzystywane do opisania po oøenia, rozmiarów oraz innych Dane wykorzystywane do opisania do opisania po oøenia, po oøenia, rozmiarów rozmiarów oraz innych oraz innych w asnoúci danych danych zapisywanych zapisywanych przez przez przez uøytkowników, uøytkowników, czyli czyli danych czyli danych danych danych zapisywanych oraz przez i sposób uøytkowników, zapisu metadanych czyli danych uøytecznych. Rozmiary Rozmiary oraz oraz organizacja organizacja i sposób i sposób zapisu zapisu metadanych metadanych zaleøπ zaleøπ zaleøπ uøytecznych. od od rodzaju rodzaju systemu systemu Rozmiary plikowego. plikowego. oraz organizacja i sposób zapisu metadanych zaleøπ od rodzaju systemu plikowego. Kaødy rodzaj systemu plikowego wymaga innych metod odczytu i zapisu danych oraz odczytu i odúwieøania metadanych. Rafa J. Wysocki (rwys@fuw.edu.pl) Pracownia komputerowa 9stycznia2012 53/ 76 Rafa J. Wysocki (rwys@fuw.edu.pl) Pracownia Pracownia komputerowa komputerowa 9stycznia 9stycznia 2012 2012 53/ 76 53/ 76
Podział systemów plikowych Podzia systemów Sk adowanie danychplikowych i systemy plikowe Podzia systemów plikowych Róøne systemy plikowe dla róønych technologii sk adowania Twarde dyski rotacyjne np. ext2/ext3/ext4, NTFS, FAT. Twarde dyski rotacyjne i SSD (ang. Solid-State Disk) np.btrfs. PamiÍci flash np. JFFS2. Róøne systemy plikowe dla róønych technologii sk adowania Twarde dyski rotacyjne np. ext2/ext3/ext4, NTFS, FAT. Twarde dyski rotacyjne i SSD (ang. Solid-State Disk) np.btrfs. PamiÍci flash np. JFFS2. Dyski optyczne np. ISO9660, UDF. Dyski optyczne np. ISO9660, UDF. Róøne systemy plikowe dla róønych zastosowaò Macierze dyskowe np. XFS, JFS. Klastry (ang. cluster) np. GFS2, OCFS2. Sieciowe systemy plikowe np. NFS, CIFS. Rafa J. J. Wysocki Wysocki (rwys@fuw.edu.pl) (rwys@fuw.edu.pl) Pracownia Pracownia komputerowa komputerowa 9stycznia 9 2012 stycznia2012 54/ 76 54/ 76
Bufory dyskowe Bufory dyskowe Bufory dyskowe Operacje zapisu i odczytu dla urzπdzeò blokowych sπ czasoch onne Operacje Fizyczne zapisu manipulowanie i odczytu dla urzπdzeò noúnikami blokowych danych wymaga sπ czasoch onne czasu. Fizyczne Operacjemanipulowanie dotyczπ ca ych noúnikami bloków danych. wymaga czasu. Operacje Dane sπ przesy ane dotyczπ ca ych przez bloków systemy danych. po πczeò o róønej przepustowoúci. Dane sπ przesy ane przez systemy po πczeò o róønej przepustowoúci. Czas dostípu (ang. access time) Czas dostípu (ang. access time) åredni czas, po jakim dane trafiajπ do pamiíci RAM (lub na noúnik przy zapisie), åredni czas, liczπc po jakim od momentu dane trafiajπ zlecenia do pamiíci przeprowadzenia RAM (lub operacji. na noúnik przy zapisie), liczπc od momentu zlecenia przeprowadzenia operacji. Bufor dyskowy (ang. disk buäer) lub schowek dyskowy(ang. disk cache) Bufor dyskowy (ang. disk buäer) lubschowekdyskowy(ang. disk cache) Obszar pamiíci RAM wykorzystywany do tymczasowego przechowywania Obszar pamiíci RAM wykorzystywany do tymczasowego przechowywania danych pochodzπcych z systemu plikowego w celu skrócenia czasu dostípu danych pochodzπcych z systemu plikowego w celu skrócenia czasu dostípu do nich. do nich. Rafa J. Wysocki (rwys@fuw.edu.pl) Pracownia komputerowa 99 stycznia 2012 55/ 76 76 Rafa J. Wysocki (rwys@fuw.edu.pl) Pracownia komputerowa 9stycznia2012 55/ 76
Bufory dyskowe Zapisywanie zmian z opóünieniem Zapisywanie zmian z opóźnieniem Zapisywanie zmian z opóünieniem Zapis zwrotny (ang. write back) Zapis zwrotny (ang. write back) Technika polegajπca na przechowywaniu zmodyfikowanych danych pochodzπcych z systemu plikowego wbuforzedyskowymtak d ugo, jak to jest moøliwe i zapisywaniu ich na noúniku wtedy, kiedy jest to konieczne lub kiedy moøna na to poúwiíciê czas. Technika polegajπca na przechowywaniu zmodyfikowanych danych pochodzπcych z systemu plikowego wbuforzedyskowymtak d ugo, jak to jest moøliwe i zapisywaniu ich na noúniku wtedy, kiedy jest to konieczne lub kiedy moøna na to poúwiíciê czas. 1 WpamiÍci odwzorowuje sií strukturí logicznπ danych uøytecznych i 1 WpamiÍci odwzorowuje sií strukturí logicznπ danych uøytecznych i metadanych. metadanych. 2 Przy modyfikacji zmieniane sπ tylko kopie przechowywane w pamiíci. 2 Przy modyfikacji zmieniane sπ tylko kopie przechowywane w pamiíci. 3 Dane i metadane z pamiíci sπ przenoszone na noúnik w blokach, 3 Dane i metadane z pamiíci sπ przenoszone na noúnik w blokach, kiedy jest to wygodne (zapis zwrotny). kiedy jest to wygodne (zapis zwrotny). 4 WystÍpuje opóünienie miídzy modyfikacjπ i pojawieniem sií zmian na 4 WystÍpuje opóünienie miídzy modyfikacjπ i pojawieniem sií zmian na noúniku danych. noúniku danych. Rafa J. Wysocki (rwys@fuw.edu.pl) Pracownia komputerowa 9 stycznia 2012 56/ 76
Bufory dyskowe Problem spójnoúci metadanych Problem spójności metadanych Przy nag ym wy πczeniu komputera tracimy zawartoúê buforów buforów dyskowych. Moøliwe jest naruszenie spójnoúci metadanych podczas przeprowadzania z oøonych operacji, np. podczas usuwania pliku: 1 Usuwanie plików w dwóch krokach: Najpierw trzeba usunπê nazwí zz katalogu. Póüniej oznacza sií sií bloki zajmowane przez przez plik plik plik jako jako jako wolne. wolne. 2 Jeúli miídzy pierwszym i i drugim krokiem wystπpi awaria awaria (np. zasilania), bloki zajmowane przezplik pliknie nie zostanπ zwolnione. (np. zasilania), bloki zajmowane przez plik nie zostanπ zwolnione. Naprawa Naprawa takich takich problemów problemów zwykle zwykle wymaga wymaga przejrzenia przejrzenia wszystkich wszystkich metadanych w systemie plikowymi i doprowadzeniaich ichdo do spójnego stanu stanu metadanych systemie plikowym i doprowadzenia ich do spójnego stanu (jest to bardzo czasoch onne). (jest to bardzo czasoch onne).
Systemy plików z żurnalem zzøurnalem (ang. journaling file filesystems) z øurnalem (ang. journaling file systems) Øurnal Øurnal (ang. (ang. journal) journal) Øurnal Specjalny (ang. obszar journal) Specjalny obszar dysku, dysku, wwktórym którymz zwyprzedzeniem zapisuje zapisujesií siízmiany zmianydo do wprowadzenia. Specjalny wprowadzenia. obszar dysku, w którym zwyprzedzeniemzapisuje sií do wprowadzenia. WWprzypadku przypadkuawarii awarii øurnal øurnal jest jestodczytywany odczytywanyi zapisane i zapisanew wnim nimzmiany sπwsπ wprowadzane przypadku wprowadzane awarii we we w aúciwym øurnal w aúciwym jest systemie systemieplikowym. i zapisane w sπ Zmiany wprowadzane z øurnalawe muszπ w aúciwym byê albo systemie wprowadzone Zmiany z øurnala muszπ byê albo wprowadzone wwca oúci, ca oúci, albo albowcale nie Zmiany niewprowadzone z øurnala(aby muszπ (aby w aúciwe byê albometadane wprowadzone metadaneby y by y wzawsze ca oúci, spójne). spójne). albo nie (aby by y spójne). Nadal Nadal wwuøyciu uøyciusπsπsystemy systemyplikowe plikowebez bezøurnala Nadal FAT FAT w uøyciu (Uwaga: (Uwaga: sπ systemy uøywany uøywanyplikowe z zpendrive ami, bez kartami kartami Compact CompactFlash Flashitp.!) itp.!) FAT ext2 ext2 (Uwaga: uøywany z kartami Compact Flash ext2 Sieciowe Sieciowe systemy systemy plikowe. plikowe. Sieciowe systemy plikowe. Rafa J. Wysocki (rwys@fuw.edu.pl) Pracownia komputerowa 9stycznia2012 58/ 76 Rafa J. Wysocki (rwys@fuw.edu.pl) Pracownia komputerowa 9stycznia2012 58/ 76 Rafa J. Wysocki (rwys@fuw.edu.pl) Pracownia komputerowa 9 stycznia 2012 58/ 76
Montowanie i odmontowywanie systemu Montowanieii odmontowywanie systemu plikowego Montowanie (ang. mount) systemu plikowego 1 Jπdro systemu przygotowujesií siído do operowania danym systemem plikowym. adowanie sterownikado do pamiíci (jeúli trzeba). Odczyt metadanychi i tworzenie buforów dyskowych. Wprowadzanie zmianzz øurnala (jeúli trzeba). 2 2 Wskazany katalog w drzewie katalogowym stajesií sií punktem zaczepienia (ang. mount point) nowego systemu plikowego. Odmontowywanie (ang. unmount) systemu plikowego Od πczanie systemu plikowego od drzewa katalogowego: 1 Zapis zwrotny buforów dyskowych i wprowadzanie zmian z øurnala. 2 Punkt zaczepienia systemu plikowego z powrotem staje sií zwyk ym katalogiem. Rafa J. Wysocki (rwys@fuw.edu.pl) Pracownia komputerowa 9stycznia2012 59/ 76 Rafa J. Wysocki (rwys@fuw.edu.pl) Pracownia komputerowa 9stycznia2012 59/ 76
Pliki Pliki Plik Plik (ang. (ang. file) file) Zbiór danych uøytecznych w systemie systemieplikowym. W asnoúci pliku 1 Rozmiary mogπ zmieniaê sií siíw czasie. Liczba zajmowanych bloków moøe sií siízmieniaê (musi (musi byê byêcoconajmniej jeden). 2 Zpunktuwidzeniauøytkownika stanowi ciπg bajtów. Bajtom wchodzπcym w sk ad pliku moøna nadaê kolejne numery. Pierwszy bajt w pliku ma numer 00 (konwencja). 3 Nie musi zajmowaê ciπgu sektorów ookolejnych numerach. MiÍdzy sektorami zajmowanymi przez plik mogπ znajdowaê sií sií sektory zajmowane przez inne pliki lub lubsektory niewykorzystane. 4 Jest identyfikowany przez úcieøkí (ang. path). Rafa J. J. Wysocki (rwys@fuw.edu.pl) Pracownia komputerowa 9stycznia 9stycznia 2012 2012 60/ 60/ 76 76
Katalogi Katalogi Katalogi Katalog (ang. directory), folder Katalog Lista nazw (ang. plików, directory), katalogów folder i innych obiektów z informacjami Lista umoøliwiajπcymi nazw plików, znalezienie katalogówzajmowanych i innych obiektów przez znie informacjami sektorów. umoøliwiajπcymi znalezienie zajmowanych przez nie sektorów. 1 Katalogi (podobnie, jak pliki) sπ identyfikowane z pomocπ úcieøek. 1 2 Katalogi Aby ustaliê (podobnie, które sektory jak pliki) zajmuje sπ identyfikowane plik (lub katalog), z pomocπ trzeba úcieøek. znaleüê 2 Aby katalog ustaliê z jego które nazwπ. sektory zajmuje plik (lub katalog), trzeba znaleüê 3 katalog åcieøkazjest jegozbiorem nazwπ. nazw katalogów, które trzeba kolejno 3 åcieøka odczytywaê, jest zbiorem bywkoòcu nazwdotrzeê katalogów, do informacji które trzeba o po oøeniu kolejno pliku. odczytywaê, Informacje byowpo oøeniu koòcu dotrzeê nastípnego do informacji katalogu nao úcieøce po oøeniu znajdujπ pliku. sií w Informacje poprzednim o katalogu. po oøeniu nastípnego katalogu na úcieøce znajdujπ sií w Informacje o po oøeniu pierwszego katalogu na úcieøce znajdujπ sií w poprzednim katalogu. katalogu g ównym (ang. root directory), którego nazwπ jest /. Informacje o po oøeniu pierwszego katalogu na úcieøce znajdujπ sií w katalogu g ównym (ang. root directory), którego nazwπ jest /. Rafa J. Wysocki (rwys@fuw.edu.pl) Pracownia komputerowa 9 stycznia 2012 61/ 76 Rafa J. Wysocki (rwys@fuw.edu.pl) Pracownia komputerowa 9 stycznia 2012 61/ 76
Własności plików i katalogów W asnoúci katalogówi iplików Podkatalog (ang. subdirectory) Katalog, którego nazwajest jest zapisana w winnym innymkatalogu, katalogu, zwanym zwanym katalogiem nadrzídnym (ang. parent directory) w stosunku w stosunku do niego. do niego. Katalogi nie zawierajπ informacji o o w asnoúciach plików, plików, takich takich jak prawa jak prawa dostípu, czas ostatniej modyfikacji itp. itp. 1 W asnoúci plików, poza poza nazwπ, sπ sπ przechowywane poza poza katalogami. katalogami. 2 W asnoúcitete zaleøπod odrodzaju systemu systemu plikowego. plikowego. 3 Systemyplikowe plikowemogπ mogπnak adaê ograniczenia ograniczenia na nazwy nazwy plików plików i ichi ich rozmiary. rozmiary. Nie kaødy ciπg znaków moøe byê poprawnπ nazwπ pliku lub katalogu w Nie kaødy ciπg znaków moøe byê poprawnπ nazwπ pliku lub katalogu w kaødym systemie plikowym (moøe tozaleøeê od zbioru znaków). kaødym systemie plikowym (moøe tozaleøeê od zbioru znaków). Zwykle systemy plikowe nak adajπ górne ograniczenie na rozmiary pojedynczego Zwykle systemy pliku. plikowe nak adajπ górne ograniczenie na rozmiary pojedynczego pliku. Rafa J. Wysocki (rwys@fuw.edu.pl) Pracownia komputerowa 9 stycznia 2012 62/ 76
Przonośność danych Standardowe formaty plików Dlaczego standardy sπ potrzebne PrzenoúnoúÊ danych Dane zapisane w plikach powinny byê moøliwe do odczytana w róønych systemach operacyjnych i z uøyciem róønych programów. 1 U atwia to komunikacjí. 2 Pozwala uøytkownikom komputerów korzystaê z oprogramowania pochodzπcego z róønych üróde (np. od róønych dostawców). 3 Teoretycznie gwarantuje moøliwoúê odtworzenia informacji zawartych w plikach w dowolnie odleg ej przysz oúci. Programy uøyte do stworzenia tych plików mogπ byê wówczas niedostípne. 4 Stymuluje rozwój oprogramowania (do pewnego stopnia). Tworzone sπ nowe programy s uøπce do tych samych celów (np. oprogramowanie biurowe, przeglπdarki WWW) i kaødy z nich moøe byê uøyty do odczytu i modyfikacji tego samego pliku z danymi. Rafa J. Wysocki (rwys@fuw.edu.pl) Pracownia komputerowa 9 stycznia 2012 63/ 76
Pliki tekstowe Pliki tekstowe Plik tekstowy (ang. text file) Pliki tekstowe Standardowe formaty plików Pliki tekstowe i metatekstowe Standardowe formaty plików Pliki tekstowe i metatekstowe Zawiera dane zakodowane w postaci kodów znaków, które powinny byê Plik interpretowane tekstowy (ang. zgodnie text z file) ustalonym zbiorem znaków. 1 Zawiera Tzw. dane znaki zakodowane sterujπce (ang. w postaci control kodów characters) znaków, odpowiadajπ które powinny byê interpretowane specjalnymzgodnie kodom okreúlajπcym z ustalonym sposób zbioremformatowania znaków. wydruku (np. znaki ASCII o kodach 0 31). 1 Tzw. znaki sterujπce (ang. control characters) odpowiadajπ 2 Pliki specjalnym tekstowe kodom nie zawierajπ okreúlajπcym informacji sposób o tym formatowania jaki zbiór znaków wydruku jest odpowiedni (np. znaki ASCII do interpretacji o kodach ich 0 zawartoúci 31). (program drukujπcy tekst lub uøytkownik powinien to okreúliê). 2 Pliki tekstowe nie zawierajπ informacji o tym jaki zbiór znaków jest odpowiedni do interpretacji ich zawartoúci (program drukujπcy tekst Pliki tekstowe majπ ograniczone zastosowania lub uøytkownik powinien to okreúliê). 1 Mogπ zawieraê tylko tekst (brak grafiki, tabel, odnoúników itp.). 2 Pliki Nie tekstowe zawierajπ majπinformacji ograniczone o kroju zastosowania i wielkoúci czcionki, kolorach itp. 1 Mogπ zawieraê tylko tekst (brak grafiki, tabel, odnoúników itp.). Rafa J. Wysocki (rwys@fuw.edu.pl) Pracownia komputerowa 9 stycznia 2012 64/ 76 2 Nie zawierajπ informacji o kroju i wielkoúci czcionki, kolorach itp. Rafa J. Wysocki (rwys@fuw.edu.pl) Pracownia komputerowa 9 stycznia 2012 64/ 76
Pliki binarne Przykład - bitmapa Zobacz na wiki