Tuesday, 11 October 2011

Wie ein Betriebssystem der File System Works

Datei-Systeme sind ein integraler Bestandteil jedes Betriebssystem mit der Kapazität für die langfristige Lagerung. Es gibt zwei unterschiedliche Teile einer Datei-System, den Mechanismus für die Speicherung von Dateien und die Verzeichnisstruktur, in die sie organisiert sind. In modernen Betriebssystemen, wo sie für mehrere Benutzer möglich, die gleichen Dateien zugreifen gleichzeitig hat es auch notwendig geworden, für Funktionen wie Access Control und verschiedene Formen der Datei-Schutz implementiert werden.

Eine Datei ist eine Sammlung von binären Daten. Eine Datei könnte ein Programm, ein Dokument oder in manchen Fällen ein Teil des Dateisystems selber. In der modernen Datenverarbeitung ist es durchaus üblich für ihre auf verschiedene Speichergeräte an den gleichen Computer befinden. Eine gemeinsame Datenstruktur wie ein Dateisystem kann der Computer viele verschiedene Speichergeräte in der gleichen Weise zuzugreifen, zum Beispiel, wenn man sich den Inhalt einer Festplatte zu suchen oder eine CD Sie es sehen können über dieselbe Schnittstelle, obwohl sie völlig verschiedene Medien mit Daten über sie in ganz unterschiedlicher Weise zugeordnet. Dateien können sehr unterschiedliche Datenstrukturen innerhalb von ihnen haben aber alle mit den gleichen Methoden in das Dateisystem integrierte zugegriffen werden. Die Anordnung der Daten innerhalb der Datei wird dann durch das Programm zu schaffen beschlossen. Die Dateisysteme speichert außerdem eine Reihe von Attributen für die Dateien darin.

Alle Dateien haben einen Namen, mit denen sie vom Nutzer abgerufen werden kann. In den meisten modernen Dateisystemen der Name besteht aus drei Teilen, seinen eindeutigen Namen, einem Punkt und einer Erweiterung. Zum Beispiel die Datei "bob.jpg 'ist eindeutig durch das erste Wort' bob 'identifiziert, die Erweiterung jpg zeigt an, dass es sich um eine JPEG-Bilddatei ist. Die Datei-Erweiterung ermöglicht das Betriebssystem zu entscheiden, was mit der Datei tun, wenn jemand versucht, ihn zu öffnen. Das Betriebssystem führt eine Liste der Dateierweiterung Verbände. Sollte ein Benutzer versuchen, "bob.jpg" dann ist es sehr wahrscheinlich, in welcher die Systeme Standard-Bildbetrachter geöffnet werden zugreifen.

Das System speichert den Speicherort einer Datei. In einigen Dateisystemen Dateien können nur als ein zusammenhängender Block gespeichert werden. Dies hat vereinfacht die Speicherverwaltung und Zugriff auf die Datei, da das System dann nur noch wissen, wo die Datei beginnt auf der Festplatte und wie groß es ist. Es ist jedoch zu Komplikationen führen, wenn die Datei zu verlängern oder, wie es möglicherweise nicht genügend Platz vorhanden, um die größere Version der Datei angepasst werden entfernt werden. Die meisten modernen Dateisysteme dieses Problem zu umgehen, indem Sie verknüpfte Datei Allokation. Dadurch kann die Datei in eine beliebige Anzahl von Segmenten gespeichert werden. Das Dateisystem muss dann speichern, wo jeder Block der Datei ist und wie groß sie sind. Dies vereinfacht die Datei Raumprogramm ist aber langsamer als zusammenhängende Zuordnung, wie es für die Datei ist möglich, über die ganze Festplatte verteilt werden. Moderne Betriebssysteme overome dieses Manko durch die Bereitstellung eines Festplatten-Defragmentierer. Dies ist ein Dienstprogramm, das alle Dateien auf der Festplatte so, dass sie alle in zusammenhängende Blöcke sind umlagert.

Informationen über die Dateien Schutz ist auch in die Datei integriert. Der Schutz kann von der einfachen Systeme im FAT-System von Anfang Fenstern, in denen Dateien markiert werden konnten umgesetzt Bereich read-only oder versteckt auf die sichere Systeme in NTFS, wo die Datei Systemadministrator einrichten können getrennte Lese-und Schreibrechte für verschiedene umgesetzt Benutzer oder Benutzergruppen. Obwohl Dateischutz fügt ein hohes Maß an Komplexität und mögliche Schwierigkeiten ist es wichtig, in einer Umgebung, wo viele verschiedene Computer oder Benutzer Zugriff auf die gleichen Laufwerke über ein Netzwerk oder Zeit shared System wie raptor haben kann.

Einige Dateisysteme auch Daten über die Benutzer erstellt eine Datei und zu welchem ​​Zeitpunkt sie geschaffen hat. Obwohl dies nicht unbedingt notwendig, den Betrieb des Dateisystems ist es sinnvoll, den Nutzern des Systems.

Um für ein Dateisystem, um richtig funktionieren, die sie benötigen eine Reihe von definierten Operationen zum Erstellen, Öffnen und Bearbeiten einer Datei. Fast alle Datei-Systeme bieten die gleichen grundlegenden Satz von Methoden zur Manipulation von Dateien.

Ein Dateisystem muss in der Lage, eine Datei zu erstellen. Dazu muss es genügend Platz auf der Festplatte, um die Datei fit bleiben. Es muss auch keine andere Datei in dem Verzeichnis, es ist, mit dem gleichen Namen platziert werden. Sobald die Datei erstellt das System eine Aufzeichnung aller Attribute oben.

Sobald eine Datei erstellt wurde, müssen wir eventuell zu bearbeiten. Dies kann einfach anhängen einige Daten an das Ende von ihm oder Entfernen oder Ersetzen von Daten, die bereits in sich gespeichert hat. Beachten Sie dabei das System hält einen Schreibzeiger Kennzeichnung, wo der nächste Schreibvorgang auf die Datei erfolgen soll.

Um nach einer Datei, nützlich zu sein, muss natürlich lesbar sein. Um dies zu tun alles was Sie brauchen, um den Namen und Pfad der Datei kennen. Von diesem Dateisystem feststellen kann, wo auf der Festplatte die Datei gespeichert ist. Beim Lesen einer Datei das System hält einen Lesezeiger. Dieser speichert die Teil des Antriebs wird als nächstes gelesen werden.

In einigen Fällen ist es nicht möglich, lesen Sie einfach alle Dateien in den Speicher. Dateisysteme können Sie auch die Lese-Zeiger innerhalb einer Datei neu zu positionieren. Um diesen Vorgang auszuführen, muss das System wissen, wie weit in die Datei, die Sie dem Lesezeiger springen wollen. Ein Beispiel, wo dies sinnvoll wäre ist ein Datenbank-System. Wenn eine Abfrage in der Datenbank ist es ist offensichtlich ineffizient, die gesamte Datei zu lesen bis zu dem Punkt, wo die benötigten Daten, anstatt die Anwendung die Verwaltung der Datenbank wäre festzustellen, wo in der Datei die erforderliche Daten-Bit und zu springen. Dieser Vorgang ist oft bekannt als Datei zu suchen.

Dateisysteme können Sie auch Dateien zu löschen. Dazu muss sie den Namen und Pfad der Datei kennen. Zum Löschen einer Datei den Systemen entfernt einfach den Eintrag aus der Verzeichnisstruktur und fügt alle Raum, den sie zuvor auf den freien Speicherplatz Liste (oder was auch immer andere Freiraum-Management-System nutzt) besetzt.

Dies sind die grundlegenden Funktionen von einem Dateisystem benötigt, um richtig funktionieren. Sie sind in allen modernen Computer-Dateisysteme, aber die Art, wie sie funktionieren kann variieren. Zum Beispiel, um die Datei löschen Betrieb in einem modernen Dateisystem wie NTFS, die Datei-Schutz in es wäre komplizierter, als die gleiche Operation in eine ältere Dateisystem wie FAT gebaut hat durchführen. Beide Systeme würden zunächst überprüfen, ob die Datei in Gebrauch, bevor Sie fortfahren, würde NTFS dann zu prüfen, ob der Benutzer gerade das Löschen der Datei die Erlaubnis hat, dies zu tun. Einige Dateisysteme erlauben auch mehrere Personen die gleiche Datei gleichzeitig öffnen und zu entscheiden haben, ob Benutzer die Erlaubnis, eine Datei zurück auf die Festplatte zu schreiben, wenn andere Benutzer gerade sie haben geöffnet haben. Wenn zwei Anwender Lese-und Schreibzugriff auf Dateien sollte man darf sie überschreiben, während die anderen noch zu öffnen hat? Oder wenn ein Benutzer hat Lese-Schreib-Erlaubnis und andere hat nur die Berechtigung auf eine Datei zu lesen sollte sich der Benutzer mit Schreibrechten erlaubt, diese zu überschreiben, wenn theres keine Chance, die andere Benutzer auch versucht, dies zu tun?

Unterschiedliche Dateisysteme unterstützen auch verschiedene Zugriffsmöglichkeiten. Die einfachste Methode für den Zugriff auf Informationen in einer Datei ist sequenziellen Zugriff. Hier werden die Informationen in einer Datei ist von Anfang an einen Datensatz zu einem Zeitpunkt abgerufen. Um die Position in einer Datei kann es zurückgespult oder eine Anzahl von Datensätzen weitergeleitet oder wieder auf den Anfang der Datei. Dieser Zugang beruht auf Dateispeichersysteme für Bandlaufwerk basiert, funktioniert aber auch auf sequenziellen Zugriff Geräte (wie mordern DAT-Bandlaufwerke), wie es auf Random-Access-Ones (wie zB Festplatten) funktioniert. Obwohl diese Methode ist sehr einfach in der Bedienung und ideal für bestimmte Aufgaben wie das Abspielen von Medien geeignet ist es sehr ineffizient für komplexere Aufgaben wie Datenbank-Management. Ein modernerer Ansatz, dass eine bessere erleichtert das Lesen Aufgaben, die nicht geeignet sind, werden sequentielle es einen direkten Zugang. direkten Zugang ermöglicht Aufzeichnungen zu lesen oder über in beliebiger Reihenfolge die Anwendung erfordert geschrieben. Diese Methode der so einen Teil der Datei, die in beliebiger Reihenfolge gelesen werden ist besser, moderner Festplatten geeignet, da sie erlauben auch einen Teil des Antriebs in beliebiger Reihenfolge mit wenig Reduktion Übertragungsrate gelesen werden. Direkter Zugang ist besser, für die meisten Anwendungen als sequenziellen Zugriff geeignet, da es sich um die häufigste Speichermedium in Einsatz konzipiert heute als eine, die nicht verwendet werden, ist sehr viel mehr, außer für große offline Back-ups gegenüber. Angesichts der Art und Weise einen direkten Zugang Werken ist es auch möglich, andere Zugriffsmethoden auf der einen direkten Zugang wie sequenziellen Zugriff oder erstellen einen Index der alle Datensätze der Datei Beschleunigung zu beschleunigen Auffinden von Daten in eine Datei zu erstellen.

Oben auf Speichern und Verwalten von Dateien auf einem Laufwerk im Dateisystem unterhält auch ein System von Verzeichnissen, in denen die Dateien verwiesen wird. Moderne Festplatten speichern Hunderte von Gigabyte. Das Dateisystem hilft bei der Organisation dieser Daten, indem es bis in die Verzeichnisse. Ein Verzeichnis kann Dateien oder mehrere Verzeichnisse. Wie Dateien gibt es mehrere grundlegende Operation, die ein Dateisystem in eine Lage sein, auf dessen Verzeichnisstruktur durchzuführen, um einwandfrei funktionieren muss.

Es muss in der Lage, eine Datei zu erstellen. Dies wird auch durch die Übersicht über ETRIEB auf eine Datei erfasst, aber ebenso wie das Anlegen der Datei muss es die Verzeichnis-Struktur hinzugefügt werden.

Wenn eine Datei gelöscht wird der Raum durch die Datei aufgenommen, muss als Freiraum markiert werden. Die Datei selbst muss auch aus der Verzeichnisstruktur entfernt werden.

Dateien müssen umbenannt werden. Dies erfordert eine Änderung des Verzeichnis-Struktur, sondern die Datei selbst bleibt unverändert.

Liste ein Verzeichnis. Um die Festplatte richtig wird der Benutzer benötigen, um was ist in alle Verzeichnisse, die darauf gespeichert wissen. Am Anfang der Bedürfnisse der Nutzer in der Lage sein, um durch die Verzeichnisse auf der Festplatte zu durchsuchen.

Seit dem ersten Verzeichnis-Strukturen entworfen wurden sie durch mehrere große Entwicklungen gegangen. Vor Verzeichnisstrukturen wurden angewandt, um Dateisysteme alle Dateien waren auf der gleichen Ebene gespeichert. Dies ist im Grunde ein System mit einem Verzeichnis, in dem alle Dateien aufbewahrt werden. Der nächste Fortschritt auf diesem, die als das erste Verzeichnis Struktur wäre die Zwei-Ebenen-Verzeichnis. In diesem gibt es einen singe Liste von Verzeichnissen, die alle auf dem gleichen Niveau. Die Dateien werden dann in diesen Verzeichnissen gespeichert. Dadurch können verschiedene Benutzer und Anwendungen zu speichern gibt es Dateien separat. Danach kam das erste Verzeichnis Strukturen, wie wir sie heute kennen, Verzeichnisstrukturen. Baumstruktur Verzeichnissen verbessert auf zwei Ebenen Verzeichnisse, indem Verzeichnisse sowie Dateien in Verzeichnissen gespeichert werden. Alle modernen Dateisysteme verwenden Baumstruktur Verzeichnisse, aber viele haben zusätzliche Funktionen wie Sicherheit auf ihnen gebaut.

Der Schutz kann in vielerlei Hinsicht umgesetzt werden. Einige Dateisysteme können Sie passwortgeschützte Verzeichnisse haben. In diesem System. Das Dateisystem gewohnt können Sie auf ein Verzeichnis zuzugreifen, bevor sie einen Benutzernamen und ein Passwort für den es gegeben ist. Andere dehnen dieses System gegeben durch verschiedene Benutzer oder Gruppen Zugriffsberechtigungen. Das Betriebssystem muss der Benutzer in, bevor Sie den Computer anmelden und dann beschränken den Zugang zu Bereichen they dont haben die Erlaubnis für. Die von der Informatik-Abteilung für Speicherplatz und Kursarbeit Vorlage auf raptor verwendet ist ein gutes Beispiel dafür. In einem Dateisystem wie NTFS alle Arten von Speicherplatz, Netzwerk-Zugang und die Nutzung der Geräte wie Drucker können auf diese Weise gesteuert werden. Andere Arten der Zugriffskontrolle können auch außerhalb des Dateisystems implementiert werden. Zum Beispiel Anwendungen wie win zip können Sie mit einem Passwort schützen Dateien.

Es gibt viele verschiedene Dateisysteme derzeit zur Verfügung stehen Sie uns auf vielen verschiedenen Plattformen und in Abhängigkeit von der Art der Anwendung und der Größe der Festplatte verschiedene Situationen anzupassen anderes Dateisystem. Wenn Sie ein Dateisystem für ein Band-Backup-System-Design wurden dann ein Sequential Access Method wäre besser geeignet als ein direkter Zugang Methode angesichts der Zwänge der Hardware. Auch wenn Sie eine kleine Festplatte auf einem Computer zu Hause hatte, dann gäbe es keinen wirklichen Vorteil bei der Verwendung einer komplexeren Dateisystem mit Funktionen wie Schutz, da es wahrscheinlich nicht notwendig sein. Wenn ich eine Datei für eine 10 Gigabyte Festplatte i verbunden Allokation über zusammenhängende verwenden würde, um die effizienteste Nutzung der Speicherplatz und die Zeit beschränken, Design waren nötig, um das Laufwerk zu erhalten. Ich würde auch Design einen direkten Zugang Methode über einen sequenziellen Zugriff man die Nutzung der Stärken der Hardware vornehmen. Die Verzeichnis-Struktur würde Baum basiert auf eine bessere Organisation der Daten auf der Festplatte ermöglichen und für azyklische Verzeichnisse erleichtern mehrere Benutzer am gleichen Projekt arbeiten zu ermöglichen. Es wäre auch eine Datei Schutz-System, das für unterschiedliche Zugriffsrechte für verschiedene Gruppen von Nutzern und Passwortschutz für Verzeichnisse und individuelle files.Several Dateisysteme, die bereits zu implementieren Funktionen, die ich oben schon als ideal beschrieben für eine 10Gig Festplatte erlaubt sind derzeit verfügbar, sind diese NTFS für Windows NT und XP-Betriebssystemen und ext2, die in Linux verwendet wird.

Mit freundlichen Grüßen,

Sam Harnett MSc MBCS

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