Bölüm 9 : Dosya Sistemi

Bölüm 9: Dosya Sistemi

10.2 Silberschatz, Galvin and Gagne ©2005Operating System Concepts

Dosya Kavramı

Birleşik mantıksal adres aralığı Dosya: Dosya, bilgilerin ve programların saklandığı yerdir.

Dizin: Dizin, bilgiler ve programlarla birlikte dosyalarında saklanabildiği yerlerdir.

Dosya yönetimi işletim sisteminin sunduğu temel hizmetlerden biridir. Dosyalar, disk, disket, teyp gibi, çeşitli ikincil saklama alanlarında saklanır. Tüm bu saklama aygıtlarının kendine özel karakteristik yapısı vardır. İşletim sistemi, bu yapıya uygun dosya yönetimini gerekli aygıt üzerinde gerçekleştirir.


Dosya Nitelikleri-File Attributes

İsim- Name – only information kept in human-readable form Tanımlayıcı- Identifier – unique tag (number) identifies file within

file system Tür -Type – needed for systems that support different types Konum-Location – pointer to file location on device Büyüklük-Size – current file size Koruma-Protection – controls who can do reading, writing,

executing Tarih, Saat ve Kullanıcı Tamını- Time, date, and user

identification – data for protection, security, and usage monitoring Information about files are kept in the directory structure, which is

maintained on the disk


Dosya İşlemleri-File Operations

9.1.1 - Dosya İşlemleri İşletim sisteminin, dosyayla ilgili sunduğu hizmetler : 1- Dosya yaratılması Bir dosyanın yaratılması için iki adım vardır. Birincisi dosyanın disk

üzerinde yerleştirilebileceği boş bellek alanı bulunur. İkinci olarakta dosyanın yerleşeceği dizin belirtilerek dosyaya, bir dosya adı verilir.

2- Dosyanın yazılması :Dosyanın, disk üzerindeki bir dizin içine yazılabilmesi için, işletim sistemi dosyanın yerleştirileceği dizini bulur. Her dizin, içine yazılan dosya bilgilerini tutan bir yazma işaretleyicisine sahiptir. Bu işaretleyiciye göre dosyanın yerleşeceği adres bloğu bulunur ve dosya bu yere yazılır.


Dosya İşlemleri-File Operations

3- Dosyanın okunması Dosyanın disk üzerinde okunması için, işletim sistemi dosyanın yerleştiği dizini bulur. Her dizin, bir okuma işaretleyicisine sahiptir. Bu işaretleyici bilgisine göre dosya dizin üzerinden okunur. Bir çok işletim sisteminde, dizinlerde bulunan okuma ve yazma işaretleyicileri yerine “aktif dosya pozisyon” işaretleyicisi bulunur. Bu işaretleyici her iki işaretleyicinin yaptığı işi tek başına yapar.

4- Dosyanın yerinin yeniden düzenlenmesi Yeri yeniden düzenlenecek olan dosyaya ilişkin dizin bulunur. Bu dizinin aktif dosya işaretleyicisinde, belirtilen dosya ile konum bilgisi yeniden düzenlenir.


Açık Dosyalar

Açık dosyaları yönetmek için gereken bilgiler : Dosya Göstergeci-File pointer: pointer to last read/write

location, per process that has the file open File-open count- Dosyanın kaç defa açıldığı bilgisini tutar. Açık

dosya tablosundan silinmesi için, dosyayı kullanan tüm işlemlerin dosyayı kapatması gerekir. – to allow removal of data from open-file table when last

processes closes it Disk Konumu -Disk location of the file: cache of data access

information Erişim Hakları- Access rights: per-process access mode

information


Dosya Türleri, İsim, Uzantı File Types – Name, Extension


Erişim Metotları-Access Methods

Sıralı Erişim --Sequential Accessread nextwrite next resetno read after last write

(rewrite) Doğrudan Erişim-Direct Access

read nwrite nposition to n

read nextwrite next

rewrite nHer blok belli bir büyüklüğe sahip

n = relative block number


Sıralı Erişim

Dosya içerisine veriler belirli bir sıra ile yazılır. Her kayıt bir önceki kayıttan sonra gelir. Dosya yazma işlemi,

yazma işaretleyicisinin (writer pointer) bulunduğu noktadan itibaren gerçekleştirilir.

Yazma tamamlandıktan sonra işaretleyici otomatik olarak bu kaydın sonuna gelir. Dosya okuma işleminde, okuma işaretleyicisinin (reader pointer) bulunduğu konumdan sonraki bilgi okunur.

İşaretleyicinin değeri otomatik olarak artar. Bu erişim türü “sıralı erişim” olarak bilinir. Bu erişim türünü kullanan bazı sistemlerde n kayıt ileri ya da n kayıt geri gidilebilir.


Doğrudan erişim

Doğrudan erişim tekniğinde disk üzerindeki her dosya numaralandırılmış blok sıralarına kaydedilir.

Bu erişim tekniğiyle rastgele seçilmiş bloklara ulaşılarak okunup - yazılabilir.


Simulation of Sequential Access on a Direct-access File


Relativ adresin İndekslenmesi

Kitaplardaki içindekiler kısmı gibi bir indeks aracılığı ile istenilen alana ulaşılması


İndeksli erişim

İndeksli erişim tekniğinde, disk üzerindeki dosyaların listesi bir blokta tutulur.

Bu bir kitabın indeks sayfasına benzetilebilir. Kitap içinde ulaşmak istediğimiz konuyu önce indeksten bulup oradan da sayfa numarasını alırız.

Bu yöntemde de ulaşılmak isteden dosya önce indeks bloğuna bakılarak yeri bulunur. Daha sonra dosyaya ulaşılır.


Dizin Yapısı-Directory Structure

Dosyalar hakkında bilgi içeren düğüm-node kolleksiyonu

F 1 F 2F 3

F 4

F n

Dizin-Directory

Dosya-Files

Dizin yapısı ve dosyalar diskte yer alırlar.


Dosya Sistemi Organizasyonu

Drectory kısmı o partition da yer alan dosyaların dosyaların isim, konum, büyüklük, tür gibi bilgilerini içermektedir.


Windows File System,NTFS


Windows File System,NTFS

Standard information: This attribute includes the information that was standard in the MS-DOS world: read/write permissions, creation time, last modification time, count of how many directories point to this this file (hard link

count. File Name: This attribute describes the file's name in the Unicode

character set. Multiple file names are possible, such as when: the file has multiple links, or the file has an MS-DOS short name.

Security Descriptor: This attribute lists which user owns the file and which users can access it (and how they can access it).

Data: This attribute either contains the actual file data in the case of a small file or points to the data (or points to the objects that point to the data) in the case of larger files.


Dizinde Yapılan İşlemlerOperations Performed on Directory

Arama- Search for a file Dosya Oluşturma-Create a file Dosya Silme-Delete a file İçerik Listeleme-List a directory Dosya Adlandırma-Rename a file Yedekleme-Traverse the file system


Tek-Düzey DizinSingle-Level Directory

Her kullanıcı için tek dizin

İsimlendirme ve gruplama problemi(Windows sisteminde dosya isimleri 255 karakter olabilir)


İki-Seviyeli DizinTwo-Level Directory

Her kullanıcıya ayrı dizin

Farklı kullanıcıların aynı dosya isimleri olabilir Etkili arama


İki-Seviyeli DizinTwo-Level Directory

. Sistemin Master Dosya Dizininde -Master File Directory (MFD)

kişisel dosya dizinleri için pointer bulunur.

Avantajları İsim çakışması problemini önler Kullanıcıları birbirinden ayırır. (Koruma). Etkin arama


Ağaç Yapılı DizinlerTree-Structured Directories

Kullanıcıya iç içe dizin yapma imkanı verir. Her dizin içeriğideki bit , girişin dosyamı, dizin mi olduğunu belirtir. 0 dosya, 1 alt dizin anlamındadır. Özel sistem çağrıları ile dizin oluşturma ve silme gerçekleştirilir. Her kullanıcı kendi dizin ve alt dizinlerini tanımlayabilir. Bu tür dizinlerde her dosya kendi konumunu belirleyen bir dizin

yoluna sahiptir. Bu yapıda, farklı dizinler içerisinde olmak kaydıyla aynı dosya ve alt dizin isimleri kullanılabilir.

Aynı düzeydeki dizinlerin isimleri birbirinden farklı olmak zorundadır.

Daha etkin arama yapılabilir





Absolute or relative path name Creating a new file is done in current directory Delete a file

rm <file-name> Creating a new subdirectory is done in current directory

mkdir <dir-name>Example: if in current directory /mail

mkdir count

mail

prog copy prt exp count

Deleting “mail” deleting the entire subtree rooted by “mail”


Disk yapısı

Bilgi, her iki yüzü manyetik bir materyalle kaplı olan diskler üzerine kaydedilir.

Yüksek hızlı bir motor diskleri okuma yazma kafası önünde döndürür.

Okuma yazma kafaları da bu diskler üzerinde bir kol yardımıyla hareket ederek istenilen bilgiye ulaşır.

Disk yüzeyi mantıksal olarak izlere(track) bölünmüştür. Bilgi okuma yazma kafasının altında bulunan ize otomatik olarak kaydedilir ya da o iz üzerinden okunur.


Disk yapısı


Yerleşim metotları,Allocation Methods

İkincil bellek üzerine bir çok dosya kaydedilir. Bu nedenle disk üzerindeki boş alanların yönetimi ne kadar

önemliyse, kaydedilecek dosyaların disk üzerine en verimli şekilde yerleştirilmesi de o derece önemlidir.

İşletim sistemlerinin ikincil bellek üzerine bilgi yerleştirmek için kullandıkları üç çeşit metod bulunmaktadır:

Bitişik , Contiguous allocation

Bağlantılı, Linked allocation

İndeksli, Indexed allocation



Bu yerleşim metodunda, her dosya disk üzerinde birbirini takip eden adreslerde bulunur.

Bu yerleşim yöntemiyle yerleştirilmiş olan dosya, ilk blok adresi ve uzunluğuyla tanımlanır. Örneğin bir dosya n blok uzunluğunda ve b adresinden başlayarak yerleştirilmişse, dosyanın yerleştiği alan b, b+1, b+2, …… ….b+(n-1).

Bu durum bir sonraki slayttaki şekilde görülmektedir. Örneğin, listedeki dene dosyası 14 nolu bloktan başlayarak, sıra ile

14,15,16 numaralı bloklarda yerleştirilmiştir. dene dosyası 14 nolu blok adresi ile başlamaktadır ve toplam uzunluğu üç bloktur



Each file occupies a set of contiguous blocks on the disk

Simple – only starting location (block #) and length (number of blocks) are required

Random access

Wasteful of space (dynamic storage-allocation problem)

Files cannot grow





Bağlantılı yerleşim tekniğinde, her dosya parçalara ayrılarak değişik yerlerdeki disk bloklarına yerleştirilebilir.

Dizinler dosyanın ilk ve son bloğunun bulunduğu adresleri gösteren bir işaretliyiciye(pointer) sahiptir.

Aynı zamanda, dosyanın yerleştiği her blok dosya bilgisinin yanında kendisinden sonra gelen bloğu gösteren bir işaretliyiciye de sahiptir.

Şekil de görülen araba dosyası 9 nolu bloktan başlayıp 23 nolu blokta sona ermektedir.

9 nolu blok kendinden sonraki 16 nolu bloğun numarasını tutar. Benzer şekilde, diğer bloklar da kendisiden sonra gelen bloğun numarasını tutarlar

File-allocation table (FAT), bağlantılı yerleşim yöntemini kullanmaktadır.



Bitiş





İndeksli yerleşimde her dosya için bir indeks bloğu oluşturulmuştur. Dizinler dosyaların indeks blok adresini tutar. Bu indeks bloğunda

dosyanın yerleşmiş olduğu her bloğun adresi vardır. Böylece her bloğa direkt olarak ulaşabilir. Şekilde görülen deneme

dosyasının indeks bloğu 19 nolu bloktur. 19 nolu blokta deneme dosyasının yerleşmiş olduğu blokların

numaraları bulunmaktadır.




Boş Alan Yönetimi

Disk üzerinde bulunan dosyalar silindiğinde, silinen dosyaların boşalttığı alanları tekrar kullanılması gerekmektedir.

Bu nedenle, işletim sistemleri disk üstündeki boş alanların yönetimiyle ilgili bir "boş alan listesi" tutar.

Bir dosya, kaydedilmek istendiğinde işletim sistemi bu liste üzerinden dosyanın yerleşeceği en uygun boşluğu bulur ve dosya buraya kaydedilir.

Daha sonra bu alan boş alan listesinden çıkartılır. Bir dosya silindiğinde ise, silinen dosyanın boşalttığı alan boş alan

listesine eklenir. İkincil bellek üzerindeki boş alanların listesini tutmak için işletim

sistemlerinde kullanılan çeşitli yöntemler vardır.


Boş Alan Yönetimi

Bit Vektör Yöntemi Bağlantılı Liste Yöntemi Gruplama Yöntemi Sayma Yöntemi


Bit Vektör Yöntemi

Bit vektör yönteminde boş alan listesi bir bit haritası şeklinde tutulur.

Bilgi bulunan yerler 0, boş olan yerler 1 ile gösterilir (Bazı işletim sistemlerinde bunun tersi de olabilir).

Örneğin disk üstünde 2, 3, 4, 5, 8, 9, 10, 11, 12, 13, 17,18, 25, 26, and 27 nolu alanların boş olduğunu kabul edilirse, bu yönteme göre bit vektörü şu şekilde olur. 001111001111110001100000011100000 Bu yöntemin temel avantajı basit olması ve ardarda gelen boş alanların kolaylıkla bulunabilmesidir.


Bağlantılı Liste Yöntemi

Boş alanların tutulması ile ilgili işletim sistemlerinin kullandığı diğer bir yöntem ise bağlantılı liste yöntemidir. Bu yönteme göre boş alan kendisinden sonra gelen boş alanı gösteren bir işaretleyici(pointer) tutar.


Gruplama, Grouping Yöntemi

Kullanılan bir diğer yöntem de gruplamadır.

Bu yöntemde birbirlerini takip eden boş alanlar gruplanır ve grubun ilk elemanın adresi bir önceki boş alan grubunun son elamanında tutulur. Grubun ilk elemanı kendisinden sonra kaç tane boş alan olduğu bilgisini tutar.


Sayma Yöntemi

İkinci bellek üzerinde bulunan ilk boşluk alanda, tüm boş alanların ve bunları takip eden boşlukların adres ve sayıları tutulur.


Örnek



Disk Planlama (Disk Scheduling)

İkincil bellek üzerinde çok sayıda okuma/yazma işlemi yapılmaktadır. Okuma/yazma işlemlerinin çok hızlı gerçekleştirilmesi gerekmektedir.

Disk hızını belirleyen 3 etken vardır :

1. Sistem öncelikle kafayı uygun iz ya da silindir üzerine hareket ettirir. Bu harekete ”Arama”, geçen süreye de ”Arama Süresi” denir.

2. Kafa uygun track(iz) üzerindeyken, doğru sektöre gelene kadar geçen süreye de ”Rotasyonel Gecikme (Rotational Delay)” denir.

3. Son olarak bilgi diskten okunarak ana belleğe transfer edilinceye kadar geçen süreye de ”Transfer Süresi” denir.


Disk Planlama (Disk Scheduling)

Bir diskin okuma/yazma isteğine cevap vermesi bu üç sürenin toplamıyla bulunur. Arama süresinin kısa olması ve kafanın istenilen bloğa hızlı ulaşabilmesi için, çeşitli disk çizelgeleme algoritmaları geliştirilmiştir. Bunlardan bazıları :

FCFS İlk gelen ilk hizmet disk çizelgeleme algoritması SSTF disk çizelgeleme algoritması SCAN disk çizelgeleme algoritması C-LOOK disk çizelgeleme algoritması C-SCAN disk çizelgeleme algoritması


FCFS, İlk Gelen İlk Hizmet Disk Planlama

İlk gelen ilk hizmet disk planlama en basit disk çizelgelemesidir. Disk kuyruğundaki sıraya göre okuma-yazma kafası izler üzerinde hareket ettirilir.

Örnek : Disk kuyruğu : 68,123, 57, 128, 44, 184, 95, 32

Okuma-Yazma Kafası başlama konumu: 78 izde. Bu algoritmaya göre gerçekleştirilecek olan işlem şu sırayla olacaktır.

78. izde bulunan okuma-yazma kafası önce 68. ize sonra sırayla 123, 57, 128, 44, 184, 95 ve 32 izlere hareket edecektir.


FCFS

Illustration shows total head movement of 640 cylinders.


Shortest-seek-time-first (SSTF) algorithm.

SSTF disk çizelgeleme algoritmasında okuma yazma kafası bulunduğu konumdan (başlama konumu), arama zamanının en düşük olduğu iz üzerine hareket ederek işlemlerini gerçekleştirir.

.SSTF algoritması disk başlığının ilk durumuna en yakın olan silindiri ilk işlem için seçecektir.

Örnek : Disk kuyruğu : 68,123, 57, 128, 44, 184, 95, 32

Okuma-Yazma Kafası başlama konumu: 78 iz. Bu algoritmaya göre gerçekleştirilecek olan işlem şu sırayla

olacaktır. 78. izde bulunan okuma-yazma kafası arama zamanı en düşük olan 68. ize hareket eder.

Daha sonra sırasıyla 57, 44 ve 32 izler yönüde hareket eder. 32 izden sonra arama zamanı en düşük olan 95 ize hareket eder.

Buradan da sırası ile 123, 128 ve 184’üncü izlere hareket eder.


SSTF (Cont.)



SCAN Algoritması

Bu algoritmada disk başlık kolu diskin bir ucundan başlayarak diğer ucuna (kenarına) gidene kadar hareket eder ve karşılaştığı silindirler üzerinde işlem yapar.

Sonra diğer kenardan ters yönde hareket eder ve aynı işlemleri yapar.

Böylelikle kuyruktaki tüm silindirlerin taranması için diskin önce ileri sonra geri hareketi gerekiyor.

Burada önemli olan, disk başlığının hareket yönü belirlenmelidir. Sometimes called the elevator algorithm. Illustration shows total head movement of 208 cylinders.


SCAN (Cont.)



C-Scan (Circular SCAN scheduling)

C-Scan disk çizelgeleme algoritmasında okuma-yazma kafası bulunduğu konumdan son iz yönünde hareket ederek bu alan içinde bulunan işlemleri gerçekleştirir.

Daha sonra, son ize ulaştığında buradan hızlı bir şekilde ilk ize dönerek, ilk iz ile ilk konumu arasında kalan işlemleri yapar.


C-SCAN (Cont.)


C-LOOK

Version of C-SCAN Arm only goes as far as the last request in each direction, then reverses

direction immediately, without first going all the way to the end of the disk.


C-LOOK (Cont.)


C-LookC-Scan

Scan Look

Go until the last request

Go until thelast cylinder

Service in only one direction

Service both directions

Direction

Go until


Selecting a Disk-Scheduling Algorithm

SSTF is common and has a natural appeal SCAN and C-SCAN perform better for systems that place a

heavy load on the disk. Performance depends on the number and types of requests. Requests for disk service can be influenced by the file-allocation

method. The disk-scheduling algorithm should be written as a separate

module of the operating system, allowing it to be replaced with a different algorithm if necessary.

Either SSTF or LOOK is a reasonable choice for the default algorithm.

Documents

Bölüm 9 : Dosya Sistemi