งานนำเสนอกำลังจะดาวน์โหลด โปรดรอ

งานนำเสนอกำลังจะดาวน์โหลด โปรดรอ

การใช้งานระบบแฟ้ม การใช้งานระบบแฟ้ม File-System Implementation นงลักษณ์ พรมทอง และวิเชษฐ์ พลาย มาศ.

งานนำเสนอที่คล้ายกัน


งานนำเสนอเรื่อง: "การใช้งานระบบแฟ้ม การใช้งานระบบแฟ้ม File-System Implementation นงลักษณ์ พรมทอง และวิเชษฐ์ พลาย มาศ."— ใบสำเนางานนำเสนอ:

1 การใช้งานระบบแฟ้ม การใช้งานระบบแฟ้ม File-System Implementation นงลักษณ์ พรมทอง และวิเชษฐ์ พลาย มาศ

2 วิเชษฐ์ พลายมาศ | ระบบปฏิบัติการ (OS: Operating Systems) | การใช้งานระบบแฟ้ม (File-System Implementation) | 2 Chapter 12: File System Implementation n File System Structure n File System Implementation n Directory Implementation n Allocation Methods n Free-Space Management n Efficiency and Performance n Recovery n Log-Structured File Systems n NFS

3 วิเชษฐ์ พลายมาศ | ระบบปฏิบัติการ (OS: Operating Systems) | การใช้งานระบบแฟ้ม (File-System Implementation) | 3 โครงสร้างระบบแฟ้ม File-System Structure n File structure  หน่วยของหน่วยเก็บเชิงตรรกะ (Logical storage unit)  หน่วยรวมของข้อมูลที่เกี่ยวข้องกัน n ระบบแฟ้มเก็บอยู่บนหน่วยเก็บรอง-ดิสก์ (secondary storage- disks) n ระบบแฟ้มถูกจัดเก็บเป็นเลเยอร์ n File control block – โครงสร้างของหน่วยเก็บประกอบด้วย ข้อมูลเกี่ยวกับแฟ้ม

4 วิเชษฐ์ พลายมาศ | ระบบปฏิบัติการ (OS: Operating Systems) | การใช้งานระบบแฟ้ม (File-System Implementation) | 4 Layered File System

5 วิเชษฐ์ พลายมาศ | ระบบปฏิบัติการ (OS: Operating Systems) | การใช้งานระบบแฟ้ม (File-System Implementation) | 5 A Typical File Control Block

6 วิเชษฐ์ พลายมาศ | ระบบปฏิบัติการ (OS: Operating Systems) | การใช้งานระบบแฟ้ม (File-System Implementation) | 6 โครงสร้างระบบแฟ้มในหน่วยความจำ In-Memory File System Structures n ภาพต่อไปนี้ใช้แสดงถึงโครงสร้างที่จำเป็นของระบบแฟ้มที่ จัดเตรียมไว้โดย OS n Figure 12-3(a) อ้างถึงการเปิดแฟ้ม n Figure 12-3(b) อ้างถึงการอ่านแฟ้ม

7 วิเชษฐ์ พลายมาศ | ระบบปฏิบัติการ (OS: Operating Systems) | การใช้งานระบบแฟ้ม (File-System Implementation) | 7 In-Memory File System Structures

8 วิเชษฐ์ พลายมาศ | ระบบปฏิบัติการ (OS: Operating Systems) | การใช้งานระบบแฟ้ม (File-System Implementation) | 8 ระบบแฟ้มเสมือน Virtual File Systems n Virtual File Systems (VFS) เป็นวิธีการใช้งานระบบแฟ้มเชิง วัตถุ n VFS อนุญาตให้ระบบที่เหมือนกันสามารถเรียกส่วนต่อประสาน (Application Program Interface-API) ที่ใช้สำหรับระบบแฟ้ม ประเภทที่แตกต่างกันได้ n API ถือเป็นส่วนต่อประสานแบบระบบแฟ้มเสมือน (VFS interface), มากกว่าจะระบุให้เป็นระบบแฟ้มชนิดใดๆ

9 วิเชษฐ์ พลายมาศ | ระบบปฏิบัติการ (OS: Operating Systems) | การใช้งานระบบแฟ้ม (File-System Implementation) | 9 Schematic View of Virtual File System

10 วิเชษฐ์ พลายมาศ | ระบบปฏิบัติการ (OS: Operating Systems) | การใช้งานระบบแฟ้ม (File-System Implementation) | 10 Directory Implementation n รายการแบบเส้นตรง (Linear list) ของชื่อแฟ้มพร้อมพอยน์เตอร์ ที่ชี้ไปยังบล็อกข้อมูล (data blocks)  โปรแกรมอย่างง่าย  ใช้เวลาในการ execute n ตารางแฮช (Hash Table) – รยการแบบเส้นตรงพร้อมโครงสร้าง ข้อมูลแบบแฮช (hash data structure)  ลดเวลาค้นหา directory  การชนกัน (collisions) – สถานการณ์ที่ 2 แฟ้ม มีชื่อแฮชอยู่ ตำแหน่งเดียวกัน  ขนาดคงที่ (fixed size)

11 วิเชษฐ์ พลายมาศ | ระบบปฏิบัติการ (OS: Operating Systems) | การใช้งานระบบแฟ้ม (File-System Implementation) | 11 วิธีการจัดสรร Allocation Methods n วิธีการจัดสรร หมายถึง บล็อกของดิสก์จะถูกจัดสรรสำหรับแฟ้ม ต่างๆ ได้อย่างไร n การจัดสรรแบบต่อเนื่อง (Contiguous allocation) n การจัดสรรแบบเชื่อมโยง (Linked allocation) n การจัดสรรแบบดัชนี (Indexed allocation)

12 วิเชษฐ์ พลายมาศ | ระบบปฏิบัติการ (OS: Operating Systems) | การใช้งานระบบแฟ้ม (File-System Implementation) | 12 การจัดสรรแบบต่อเนื่อง Contiguous Allocation n แต่ละแฟ้มจะอยู่กันเป็นชุดของบล็อกที่เรียงต่อเนื่องกันบนดิสก์ n ง่าย – ต้องการเพียงบล็อกตำแหน่งเริ่มต้น (block #) และความ ยาวของบล็อก (number of blocks) เท่านั้น n การเข้าถึงแบบสุ่ม (Random access) n จะมีพื้นที่ใช้การไม่ได้มาก เกิดปัญหาการจัดสรรหน่วยเก็บแบบ พลวัต (dynamic storage-allocation problem) n แฟ้มไม่สามารถขยายได้ (Files cannot grow)

13 วิเชษฐ์ พลายมาศ | ระบบปฏิบัติการ (OS: Operating Systems) | การใช้งานระบบแฟ้ม (File-System Implementation) | 13 Contiguous Allocation of Disk Space

14 วิเชษฐ์ พลายมาศ | ระบบปฏิบัติการ (OS: Operating Systems) | การใช้งานระบบแฟ้ม (File-System Implementation) | 14 ระบบขยาย Extent-Based Systems n มีระบบแฟ้มใหม่ๆ จำนวนมาก (I.e. Veritas File System) ใช้ โครงสร้างการจัดสรรแบบต่อเนื่อง n Extent-based file systems จัดสรรบล็อกของดิสก์แบบขยาย (extents) n ส่วนขยาย (extent) คือขยายบล็อกของดิสก์แบบต่อเนื่อง โดย ส่วนที่ถูกขยายคือการจัดสรรแฟ้ม แฟ้มจะประกอบด้วยส่วนขยาย (extents) จำนวนหนึ่งหรือมากกว่าหนึ่ง

15 วิเชษฐ์ พลายมาศ | ระบบปฏิบัติการ (OS: Operating Systems) | การใช้งานระบบแฟ้ม (File-System Implementation) | 15 การจัดสรรแบบเชื่อมโยง Linked Allocation n แต่ละแฟ้มจะมีรายการเชื่อมโยง (linked list) ของบล็อกดิสก์ โดยที่บล็อกอาจเป็นการแบ่งส่วนใดๆก็ได้บนดิสก์ pointer block =

16 วิเชษฐ์ พลายมาศ | ระบบปฏิบัติการ (OS: Operating Systems) | การใช้งานระบบแฟ้ม (File-System Implementation) | 16 Linked Allocation (Cont.) n ง่าย– ต้องการเพียงที่อยู่เริ่มต้น (starting address) n ระบบการจัดการพื้นที่ว่าง (Free-space management system) – ไม่มีพื้นที่ว่างโดยเปล่าประโยชน์ n ไม่รองรับการเข้าแบบสุ่ม (random access) n ต้องแปลงส่ง (Mapping) บล็อกที่เข้าถึงคือ Qth block ในสายโยงใยของบล็อกที่แทนแฟ้ม Displacement into block = R + 1 File-allocation table (FAT) – การจัดสรรพื้นที่ว่างดิสก์ (disk-space allocation) ดังกล่าวนี้มีใช้โดย MS-DOS และ OS/2. LA/511 Q R

17 วิเชษฐ์ พลายมาศ | ระบบปฏิบัติการ (OS: Operating Systems) | การใช้งานระบบแฟ้ม (File-System Implementation) | 17 Linked Allocation

18 วิเชษฐ์ พลายมาศ | ระบบปฏิบัติการ (OS: Operating Systems) | การใช้งานระบบแฟ้ม (File-System Implementation) | 18 File-Allocation Table

19 วิเชษฐ์ พลายมาศ | ระบบปฏิบัติการ (OS: Operating Systems) | การใช้งานระบบแฟ้ม (File-System Implementation) | 19 การจัดสรรแบบดัชนี Indexed Allocation n นำ pointers ทั้งหมดเข้าไปเก็บไว้ด้วยกันใน index block. n มุมมองเชิงตรรกะ (Logical view) index table

20 วิเชษฐ์ พลายมาศ | ระบบปฏิบัติการ (OS: Operating Systems) | การใช้งานระบบแฟ้ม (File-System Implementation) | 20 Example of Indexed Allocation

21 วิเชษฐ์ พลายมาศ | ระบบปฏิบัติการ (OS: Operating Systems) | การใช้งานระบบแฟ้ม (File-System Implementation) | 21 Indexed Allocation (Cont.) n ต้องมีตารางดัชนี (index table) n เข้าถึงแบบสุ่ม (Random access) n การเข้าถึงแบบพลวัต (Dynamic access) โดยไม่มีการแตก กระจายแบบภายนอก (external fragmentation), แต่จะมี overhead ของ index block n การ Mapping จากเชิงตรรกะเป็นเชิงกายภาพในแฟ้มหนึ่งๆ สูงสุดขนาดไม่เกิน 256K words และ block size of 512 words ต้องใช้เพียง 1 block สำหรับ index table LA/512 Q R Q = displacement into index table R = displacement into block

22 วิเชษฐ์ พลายมาศ | ระบบปฏิบัติการ (OS: Operating Systems) | การใช้งานระบบแฟ้ม (File-System Implementation) | 22 Indexed Allocation – Mapping (Cont.) n Mapping จากเชิงตรรกะเป็นเชิงกายภาพในแฟ้มหนึ่งๆ นั้นไม่ผูก ติดกับความยาว (block size of 512 words) n โครงสร้างแบบโยง (Linked scheme) – Link blocks ของ index table (ไม่จำกัดขนาด) LA / (512 x 511) Q1Q1 R1R1 Q 1 = block of index table R 1 is used as follows: R 1 / 512 Q2Q2 R2R2 Q 2 = displacement into block of index table R 2 displacement into block of file:

23 วิเชษฐ์ พลายมาศ | ระบบปฏิบัติการ (OS: Operating Systems) | การใช้งานระบบแฟ้ม (File-System Implementation) | 23 Indexed Allocation – Mapping (Cont.) n ดัชนีแบบ 2 ระดับ (Two-level index) ขนาดไฟล์สูงสุดคือ LA / (512 x 512) Q1Q1 R1R1 Q 1 = displacement into outer-index R 1 is used as follows: R 1 / 512 Q2Q2 R2R2 Q 2 = displacement into block of index table R 2 displacement into block of file:

24 วิเชษฐ์ พลายมาศ | ระบบปฏิบัติการ (OS: Operating Systems) | การใช้งานระบบแฟ้ม (File-System Implementation) | 24 Indexed Allocation – Mapping (Cont.)  outer-index index table file

25 วิเชษฐ์ พลายมาศ | ระบบปฏิบัติการ (OS: Operating Systems) | การใช้งานระบบแฟ้ม (File-System Implementation) | 25 Combined Scheme: UNIX (4K bytes per block)

26 วิเชษฐ์ พลายมาศ | ระบบปฏิบัติการ (OS: Operating Systems) | การใช้งานระบบแฟ้ม (File-System Implementation) | 26 การจัดการพื้นที่ว่าง Free-Space Management n Bit vector (n blocks) … 012n-1 bit[i] =  0  block[i] free 1  block[i] occupied Block number calculation (number of bits per word) * (number of 0-value words) + offset of first 1 bit

27 วิเชษฐ์ พลายมาศ | ระบบปฏิบัติการ (OS: Operating Systems) | การใช้งานระบบแฟ้ม (File-System Implementation) | 27 Free-Space Management (Cont.) n Bit map ต้องการพื้นที่เพิ่มเติม Example: block size = 2 12 bytes disk size = 2 30 bytes (1 gigabyte) n = 2 30 /2 12 = 2 18 bits (or 32K bytes) n ง่ายต่อแฟ้มแบบต่อเนื่อง n Linked list (free list)  หาพื้นที่ต่อเนื่องได้ยาก  ไม่มีพื้นที่ไร้ประโยชน์ n Grouping n Counting

28 วิเชษฐ์ พลายมาศ | ระบบปฏิบัติการ (OS: Operating Systems) | การใช้งานระบบแฟ้ม (File-System Implementation) | 28 Free-Space Management (Cont.) n ต้องมีการป้องกัน (protect)  Pointer ไปยังรายการที่ว่าง (free list)  Bit map  ต้องเก็บบนดิสก์  สำเนาบนหน่วยความจำและบนดิสก์อาจคนละชุด  ไม่ยินยอมให้เกิดสถานการณ์สำหรับ block[i] โดยที่ bit[i] = 1 ในหน่วยความจำ และ bit[i] = 0 บนดิสก์  Solution:  Set bit[i] = 1 in disk.  Allocate block[i]  Set bit[i] = 1 in memory

29 วิเชษฐ์ พลายมาศ | ระบบปฏิบัติการ (OS: Operating Systems) | การใช้งานระบบแฟ้ม (File-System Implementation) | 29 Linked Free Space List on Disk

30 วิเชษฐ์ พลายมาศ | ระบบปฏิบัติการ (OS: Operating Systems) | การใช้งานระบบแฟ้ม (File-System Implementation) | 30 ความสะดวกและประสิทธิภาพ Efficiency and Performance n ความสะดวก (Efficiency) ขึ้นอยู่กับ:  อัลกอริธึมในการจัดสรรดิสก์และไดเรกทอรี  ชนิดของข้อมูลที่เก็บในรายการไดเรกทอรของแฟ้ม (file’s directory entry) n ประสิทธิภาพ (Performance)  ดิสก์แคช (disk cache) – แยกส่วนของหน่วยความจำสำหรับบล็อก ที่ถูกใช้งานบ่อย  free-behind and read-ahead – เป็นเทคนิคในการเข้าแบบลำดับ ได้เหมาะที่สุด (optimize sequential access)  การปรับปรุงประสิทธิภาพของพีซีโดยสร้าง dedicating section ของหน่วยความจำเหมือนกับดิสก์เสมือน หรือแรมดิสก์ (virtual disk, or RAM disk)

31 วิเชษฐ์ พลายมาศ | ระบบปฏิบัติการ (OS: Operating Systems) | การใช้งานระบบแฟ้ม (File-System Implementation) | 31 Various Disk-Caching Locations

32 วิเชษฐ์ พลายมาศ | ระบบปฏิบัติการ (OS: Operating Systems) | การใช้งานระบบแฟ้ม (File-System Implementation) | 32 Page Cache n เพจแคช (page cache) ใช้มากกว่าบล็อกดิสก์โดยใช้เทคนิค virtual memory n Memory-mapped I/O ใช้ page cache n Routine I/O ผ่าน file system ใช้ buffer (disk) cache n จะนำไปสู่ภาพในหน้าถัดไป

33 วิเชษฐ์ พลายมาศ | ระบบปฏิบัติการ (OS: Operating Systems) | การใช้งานระบบแฟ้ม (File-System Implementation) | 33 I/O Without a Unified Buffer Cache

34 วิเชษฐ์ พลายมาศ | ระบบปฏิบัติการ (OS: Operating Systems) | การใช้งานระบบแฟ้ม (File-System Implementation) | 34 Unified Buffer Cache n A unified buffer cache ใช้เพจแคชเดียวกันสำหรับเป็นแคชทั้ง หน่วยความจำ memory-mapped pages และ ordinary file system I/O

35 วิเชษฐ์ พลายมาศ | ระบบปฏิบัติการ (OS: Operating Systems) | การใช้งานระบบแฟ้ม (File-System Implementation) | 35 I/O Using a Unified Buffer Cache

36 วิเชษฐ์ พลายมาศ | ระบบปฏิบัติการ (OS: Operating Systems) | การใช้งานระบบแฟ้ม (File-System Implementation) | 36 การกู้คืน Recovery n การตรวจสอบความสอดคล้องกัน (Consistency checking) – เปรียบเทียบข้อมูลในโครงสร้างไดเรกทอรีด้วยบล็อกข้อมูลบน ดิสก์ และพยายามแก้ไขความไม่สอดคล้องกัน n ใช้ system programs ในการ back up สำรองข้อมูลจากดิสก์ ไปยังอุปกรณ์หน่วยเก็บอื่นๆ (floppy disk, magnetic tape). n กู้แฟ้มหรือดิสก์ที่เสียหาย โดยเรียกคืน restoring ข้อมูลจาก ระบบสำรอง

37 วิเชษฐ์ พลายมาศ | ระบบปฏิบัติการ (OS: Operating Systems) | การใช้งานระบบแฟ้ม (File-System Implementation) | 37 Log Structured File Systems n Log structured (หรือ journaling) ทำการบันทึกระบบแฟ้มที่ ถูกปรับปรุงแต่ละครั้งไปยังระบบแฟ้มในลักษณะของธุรกรรม (transaction) n ทุกธุรกรรมจะถูกเขียนลงบน log ธุรกรรมหนึ่งๆ จะบันทึกว่า สำเร็จ (committed) หลังจากที่ถูกเขียนบน log เสร็จแล้ว อย่างไรก็ตาม file system อาจปรับปรุงยังไม่แล้วเสร็จก็ได้ n ธุรกรรมใน log เป็นถูกเขียนแบบไม่พร้อมกัน (asynchronously written) บน file system เมื่อ file system ถูกแก้ไข ธุรกรรมก็ จะถูกลบออกจาก log n ถ้าระบบแฟ้มล่ม (crashes) ธุรกรรมที่ยังเหลืออยู่ใน log จต้อง ยังคงใช้การต่อได้

38 วิเชษฐ์ พลายมาศ | ระบบปฏิบัติการ (OS: Operating Systems) | การใช้งานระบบแฟ้ม (File-System Implementation) | 38 The Sun Network File System (NFS) n An implementation and a specification of a software system for accessing remote files across LANs (or WANs). n The implementation is part of the Solaris and SunOS operating systems running on Sun workstations using an unreliable datagram protocol (UDP/IP protocol and Ethernet.

39 วิเชษฐ์ พลายมาศ | ระบบปฏิบัติการ (OS: Operating Systems) | การใช้งานระบบแฟ้ม (File-System Implementation) | 39 NFS (Cont.) n Interconnected workstations viewed as a set of independent machines with independent file systems, which allows sharing among these file systems in a transparent manner.  A remote directory is mounted over a local file system directory. The mounted directory looks like an integral subtree of the local file system, replacing the subtree descending from the local directory.  Specification of the remote directory for the mount operation is nontransparent; the host name of the remote directory has to be provided. Files in the remote directory can then be accessed in a transparent manner.  Subject to access-rights accreditation, potentially any file system (or directory within a file system), can be mounted remotely on top of any local directory.

40 วิเชษฐ์ พลายมาศ | ระบบปฏิบัติการ (OS: Operating Systems) | การใช้งานระบบแฟ้ม (File-System Implementation) | 40 NFS (Cont.) n NFS is designed to operate in a heterogeneous environment of different machines, operating systems, and network architectures; the NFS specifications independent of these media. n This independence is achieved through the use of RPC primitives built on top of an External Data Representation (XDR) protocol used between two implementation- independent interfaces. n The NFS specification distinguishes between the services provided by a mount mechanism and the actual remote- file-access services.

41 วิเชษฐ์ พลายมาศ | ระบบปฏิบัติการ (OS: Operating Systems) | การใช้งานระบบแฟ้ม (File-System Implementation) | 41 Three Independent File Systems

42 วิเชษฐ์ พลายมาศ | ระบบปฏิบัติการ (OS: Operating Systems) | การใช้งานระบบแฟ้ม (File-System Implementation) | 42 Mounting in NFS Mounts Cascading mounts

43 วิเชษฐ์ พลายมาศ | ระบบปฏิบัติการ (OS: Operating Systems) | การใช้งานระบบแฟ้ม (File-System Implementation) | 43 NFS Mount Protocol n Establishes initial logical connection between server and client. n Mount operation includes name of remote directory to be mounted and name of server machine storing it.  Mount request is mapped to corresponding RPC and forwarded to mount server running on server machine.  Export list – specifies local file systems that server exports for mounting, along with names of machines that are permitted to mount them. n Following a mount request that conforms to its export list, the server returns a file handle—a key for further accesses. n File handle – a file-system identifier, and an inode number to identify the mounted directory within the exported file system. n The mount operation changes only the user’s view and does not affect the server side.

44 วิเชษฐ์ พลายมาศ | ระบบปฏิบัติการ (OS: Operating Systems) | การใช้งานระบบแฟ้ม (File-System Implementation) | 44 NFS Protocol n Provides a set of remote procedure calls for remote file operations. The procedures support the following operations:  searching for a file within a directory  reading a set of directory entries  manipulating links and directories  accessing file attributes  reading and writing files n NFS servers are stateless; each request has to provide a full set of arguments. n Modified data must be committed to the server’s disk before results are returned to the client (lose advantages of caching). n The NFS protocol does not provide concurrency-control mechanisms.

45 วิเชษฐ์ พลายมาศ | ระบบปฏิบัติการ (OS: Operating Systems) | การใช้งานระบบแฟ้ม (File-System Implementation) | 45 Three Major Layers of NFS Architecture n UNIX file-system interface (based on the open, read, write, and close calls, and file descriptors). n Virtual File System (VFS) layer – distinguishes local files from remote ones, and local files are further distinguished according to their file-system types.  The VFS activates file-system-specific operations to handle local requests according to their file-system types.  Calls the NFS protocol procedures for remote requests. n NFS service layer – bottom layer of the architecture; implements the NFS protocol.

46 วิเชษฐ์ พลายมาศ | ระบบปฏิบัติการ (OS: Operating Systems) | การใช้งานระบบแฟ้ม (File-System Implementation) | 46 Schematic View of NFS Architecture

47 วิเชษฐ์ พลายมาศ | ระบบปฏิบัติการ (OS: Operating Systems) | การใช้งานระบบแฟ้ม (File-System Implementation) | 47 NFS Path-Name Translation n Performed by breaking the path into component names and performing a separate NFS lookup call for every pair of component name and directory vnode. n To make lookup faster, a directory name lookup cache on the client’s side holds the vnodes for remote directory names.

48 วิเชษฐ์ พลายมาศ | ระบบปฏิบัติการ (OS: Operating Systems) | การใช้งานระบบแฟ้ม (File-System Implementation) | 48 NFS Remote Operations n Nearly one-to-one correspondence between regular UNIX system calls and the NFS protocol RPCs (except opening and closing files). n NFS adheres to the remote-service paradigm, but employs buffering and caching techniques for the sake of performance. n File-blocks cache – when a file is opened, the kernel checks with the remote server whether to fetch or revalidate the cached attributes. Cached file blocks are used only if the corresponding cached attributes are up to date. n File-attribute cache – the attribute cache is updated whenever new attributes arrive from the server. n Clients do not free delayed-write blocks until the server confirms that the data have been written to disk.


ดาวน์โหลด ppt การใช้งานระบบแฟ้ม การใช้งานระบบแฟ้ม File-System Implementation นงลักษณ์ พรมทอง และวิเชษฐ์ พลาย มาศ.

งานนำเสนอที่คล้ายกัน


Ads by Google