Plan du cours. - Introduction - Emergence et évolution des systèmes d exploitation - Système de fichiers. introduction. FAT. NTFS - Ordonnancement

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1 Plan du cours - Introduction - Emergence et évolution des systèmes d exploitation - Système de fichiers. introduction. FAT. NTFS - Ordonnancement Systèmes d exploitation 1ère année p. 1

2 système fichiers utilité - stocker des informations de manière permanente - nommer des informations - partager des informations sous forme de fichiers sur une partition : 1 système de fichiers par partition Systèmes d exploitation 1ère année p. 2

3 système fichiers quelques systèmes de fichiers? FAT, NTFS, EXT,... Systèmes d exploitation 1ère année p. 3

4 système fichiers deux vues d un système de fichiers - quel service? (vue utilisateur du service) - comment est-il réalisé? ( mise en oeuvre du service) "comment" : la "vue système" Systèmes d exploitation 1ère année p. 4

5 fichiers - vue utilisateur le point de vue utilisateur : - noms de fichiers - structure des données - type de fichier - répertoire, fichiers texte/binaires,... - type d accès - séquentiel, aléatoire - attributs - opérations (appels système) - organisation - notion de répertoires/catalogues -... Systèmes d exploitation 1ère année p. 5

6 fichiers - vue utilisateur nom de fichiers le nom sert à retrouver le fichier règles ou conventions de nommage : caractères permis, nombre de caractères, suffixe... Systèmes d exploitation 1ère année p. 6

7 fichiers - vue utilisateur structure des données - suite d octets : fichiers ordinaires - suite d enregistrements : répertoires FAT,MFT(NTFS) - arborescence : répertoires NTFS (index) [TNB] Systèmes d exploitation 1ère année p. 7

8 fichiers - vue utilisateur type de fichier - fichier ordinaire (texte, binaire) (.java,.class) - répertoire - lien -... Systèmes d exploitation 1ère année p. 8

9 fichiers - vue utilisateur type d accès - séquentiel - aléatoire peut-on modifier la position courante de lecture écriture dans le fichier? en linux cela est fait par l Appel Système lseek man 2 lseek... Systèmes d exploitation 1ère année p. 9

10 fichiers - vue utilisateur attributs informations complémentaires : métadonnées - mot de passe, droits - créateur, propriétaire - archivage (backups), caché - tailles (logique, physique, maximum) - dates (création, modification, accès) - encrypté, comprimé -... Systèmes d exploitation 1ère année p. 10

11 fichiers - vue utilisateur l organisation en répertoires/catalogues linux, DOS, Windows ont choisi l organisation hiérarchique Systèmes d exploitation 1ère année p. 11

12 fichiers - vue utilisateur répertoires hiérarchiques - chemin absolu - depuis la racine (unique) - chemin relatif - depuis le répertoire courant Systèmes d exploitation 1ère année p. 12

13 fichiers -Questions - Comment voir les métadonnées d un fichier en linux? - Comment voir les métadonnées d un fichier en windows? - Comment modifier certaines de ces métadonnées? - Quelle opération écrit dans un répertoire? Systèmes d exploitation 1ère année p. 13

14 fichiers - mise en oeuvre réalisation du service organiser la partition : - fichiers - répertoires (organisation, métadonnées) - métadonnées des fichiers - métadonnées du système de fichiers (données hors fichier, fichiers remarquables : taille secteurs, localisation de la racine, taille des blocs,...) Systèmes d exploitation 1ère année p. 14

15 fichiers - mise en oeuvre rôle d un système de fichiers - allocation de l espace - implantation des fichiers et répertoires - gestion de l espace disque (espace libre,quotas,taille blocs,...) - fiabilité - performance - encryption, compactage -... Systèmes d exploitation 1ère année p. 15

16 fichiers - mise en oeuvre Un problème fondamental allocation de l espace aux fichiers/répertoires - allocation contiguë - allocation par blocs Systèmes d exploitation 1ère année p. 16

17 fichiers - allocation contiguë allocation contiguë Les données d un fichier sont consécutives sur la partition la lecture est rapide Systèmes d exploitation 1ère année p. 17

18 fichiers - allocation contiguë Tout fichier démarre à une frontière de secteur La taille du secteur est une métadonnée du Système de Fichiers Métadonnées du fichier pour sa localisation : - n de secteur de début - longueur en bytes Systèmes d exploitation 1ère année p. 18

19 fichiers - allocation contiguë Comment traduire "longueur en bytes" en "nombre de secteurs utilisés"? Remarquons l espace perdu dans le dernier bloc : fragmentation interne Systèmes d exploitation 1ère année p. 19

20 fichiers - allocation contiguë localiser le byte N (N<longueur)? - n de secteur qui contient le byte N? - position du byte N dans le secteur? n secteur = n secteur début + N DIV TailleSecteur position dans le secteur = N MOD TailleSecteur Systèmes d exploitation 1ère année p. 20

21 fichiers - allocation contiguë Et si on modifie un peu les fichiers? - supprimer D,F - augmenter la taille de B? - ajouter des données au milieu de A? Systèmes d exploitation 1ère année p. 21

22 fichiers - allocation contiguë avantages - inconvénients (+) rapidité d accès en lecture (-) lenteur inadmissible suite à des modifications (fragmentation externe) -> ne convient pas à tout système de fichiers! Systèmes d exploitation 1ère année p. 22

23 fichiers - allocation par blocs allocation par blocs Fichiers et espace disque découpés en blocs de taille fixe - bloc = nombre entier de secteurs (cluster windows) - bloc = unité d allocation et d accès logique - l espace alloué aux fichiers est non nécessairement contigu - ajout/suppression de données plus aisé Systèmes d exploitation 1ère année p. 23

24 fichiers - allocation par blocs - Tout bloc physique est numéroté et commence à la frontière d un secteur - Le premier bloc ne démarre pas toujours au secteur 0 - Le n de bloc physique détermine son adresse (n de secteur) - Le bloc physique n P commence au secteur n "début du bloc 0" + P x "nb secteurs par bloc" - Le byte N d un fichier se trouve dans son bloc n F=(N DIV TailleBloc) Systèmes d exploitation 1ère année p. 24

25 fichiers - allocation par blocs métadonnées du système de fichiers : - taille du secteur - nombre de secteurs par bloc taille du bloc - début du bloc 0 Systèmes d exploitation 1ère année p. 25

26 fichiers - allocation par blocs Tout fichier démarre à une frontière de bloc Début et longueur ne suffisent plus à localiser le byte N -> Il faut en plus, localiser chaque bloc du fichier : - blocs chainés - table d index Systèmes d exploitation 1ère année p. 26

27 fichiers - allocation par blocs implantation des fichiers : blocs chainés le bloc F du fichier est renseigné dans le bloc F-1 du fichier Systèmes d exploitation 1ère année p. 27

28 fichiers - allocation par blocs métadonnées nécessaires pour localiser? : système de fichiers : - taille du secteur - nombre de secteurs par bloc taille du bloc - début du bloc 0 fichier : - bloc physique associé au premier bloc - longueur Systèmes d exploitation 1ère année p. 28

29 fichiers - allocation par blocs localiser le byte N? -> traduire : (byte N) en position dans le secteur n x 1. bloc du fichier contenant le byte N : F = N DIV taillebloc 2. blocphysique correspondant à F : P = (*) 3. premier secteur du bloc physique P = P x nbsecteursparbloc (+ début du bloc 0) 4. x = 3 + ((N MOD taillebloc) DIV taillesecteur) 5. position du byte N dans x = N MOD taillesecteur (*) parcourir les F-1 blocs sur la partition pour localiser le bloc F du fichier Systèmes d exploitation 1ère année p. 29

30 fichiers - allocation par blocs pour localiser le bloc n F du fichier il faut avoir lu le F-1 et donc le F-2,..., et donc le 0 -> on perd l avantage de l accès aléatoire! Systèmes d exploitation 1ère année p. 30

31 fichiers - allocation par blocs implantation des fichier : table d index un index est également stocké sur la partition il permet de chainer les blocs alloués à un fichier Systèmes d exploitation 1ère année p. 31

32 fichiers - allocation par blocs table d index <-> une entrée par bloc de la partition l entrée 10 de l index donne le bloc suivant de A (11) la valeur -1 marque la fin du fichier reconstituons le fichier A à partit de son premier bloc physique... Systèmes d exploitation 1ère année p. 32

33 fichiers - allocation par blocs Les blocs d un même fichier sont éparpillés : pour un accès rapide : la table d index est chargée en RAM au démarrage! Systèmes d exploitation 1ère année p. 33

34 fichiers - allocation par blocs métadonnées nécessaires pour localiser? : système de fichiers : - taille du secteur - nombre de secteurs par bloc taille du bloc - début du bloc 0 - table d index du système de fichiers fichier : - bloc physique associé au premier bloc - longueur Systèmes d exploitation 1ère année p. 34

35 fichiers - allocation par blocs localiser le byte N? -> traduire : (byte N) en position dans le secteur n x 1. bloc du fichier contenant le byte N : F = N DIV taillebloc 2. blocphysique correspondant à F : P = (*) 3. premier secteur du bloc = P x nbsecteursparbloc + début du bloc 0 4. x = 3 + ((N MOD taillebloc) DIV taillesecteur) 5. position du byte N dans x = N MOD taillesecteur (*) P est trouvé grâce à l index Systèmes d exploitation 1ère année p. 35

36 fichiers - exemple si début vaut 22, N vaut 3000 et un bloc mesure 1Kb, dans l exemple on aura : 1. bloc fichier? F = 3000b DIV 1Kb = 2 2. bloc partition? P = bloc premier secteur du bloc 15? 15 x 2 (+ n secteur de début du bloc 0) 4. position du secteur sur la partition :3 + (3000b MOD 1Kb) DIV décalage en bytes dans le dernier secteur : 3000 MOD 512 le byte N est dans le secteur 4 à la position 5 Systèmes d exploitation 1ère année p. 36

37 fichiers - taille des blocs fragmentation interne le dernier bloc n est pas toujours entièrement rempli fragmentation interne = espace perdu à l intérieur des derniers blocs des fichiers choisir la taille à donner aux blocs : un choix stratégique - grands blocs -> perte de place - petits blocs -> perte de temps exemple : bloc = 8 secteurs (4k) Systèmes d exploitation 1ère année p. 37

38 fichiers - taille des blocs taille des blocs - taille d 1 bloc = n secteurs partition (n >= 1) - choix de n fait au formatage y-a-t-il une meilleure valeur pour n? le bon compromis dépend de l utilisation Systèmes d exploitation 1ère année p. 38

39 fichiers - taille des blocs 2 à 4 Kb = taille moyenne des fichiers sur un système Unix [TNB] [TNB] avec des blocs de 8Kb 1/2 de l espace disque est perdu! avec des blocs de 64Kb 9/10! Systèmes d exploitation 1ère année p. 39

40 fichiers - taille des blocs "avec des partitions > 1Tb il peut être préférable d augmenter la taille des blocs à 64Kb et d accepter un gaspillage de l espace disque" [TNB] dans ce cas, 1Tb -> +/-100 Gb utiles! Systèmes d exploitation 1ère année p. 40

41 fichiers - taille des blocs fragmentation des fichiers allocation par blocs -> fichiers fragmentés (blocs éparpillés) -> beaucoup de déplacements des têtes -> LENT -> solutions : - réorganisation systèmatique (adopté par linux) - outils de défragmentation fournis (Xp, vista) Systèmes d exploitation 1ère année p. 41

42 fichiers - répertoires implantation des fichiers : répertoires répertoire : fichier particulier qui contient quelques métadonnées des fichiers - permet de localiser les fichiers qu il "contient" - permet de traduire chemin -> adresses sur la partition Systèmes d exploitation 1ère année p. 42

43 fichiers - répertoires exemple de métadonnées d un fichier : - nom - adresse de début (n du premier bloc) - longueur du fichier - attributs divers - n de l entrée de la MFT (NTFS) - n d inode (EXT) -... Systèmes d exploitation 1ère année p. 43

44 fichiers - répertoires localiser un fichier? -> lire le répertoire parent un répertoire est un type de fichier localiser un répertoire? -> idem localiser le répertoire racine? ->? ext, FAT, NTFS utilisent des conventions - position fixe (EXT : inode 2) - position calculable ou renseignée à un endroit calculable (FAT, NTFS) Systèmes d exploitation 1ère année p. 44

45 fichiers - répertoires lire le fichier /home/mba/test en linux demande de localiser, et lire 4 fichiers : / / home / home / mba Ce dernier donnera les informations qui permettent de localiser et finalement lire le fichier test Systèmes d exploitation 1ère année p. 45

46 fichiers - open / close appel système open en linux open localise un fichier avant toute lecture/écriture open mémorise l emplacement dans : la table des descripteurs de fichiers ouverts en RAM et retourne l indice de la description du fichier dans la table Systèmes d exploitation 1ère année p. 46

47 fichiers - open / close la position courante est également mémorisée dans la table et mise à jour par les autres appels système (read, seek, write,...) l appel système close libère l entrée de la table Systèmes d exploitation 1ère année p. 47

48 fichiers - Questions - en allocation de l espace par blocs, une plus grande taille de bloc augmente la fragmentation externe[v-f] - localiser un répertoire demande de lire le parent [V-F] - quelle différence y a-t-il entre fragmentation externe - interne - des fichiers? - localisez les bytes n 0, 512, 1702, 2500 d un fichier qui démarre au secteur 204 et qui contient 1900 bytes en allocation continue - soit un fichier de bytes et une taille de bloc de 4Kb en allocation par blocs. Combien de blocs occupe ce fichier? Quel pourcentage du dernier bloc est utilisé? Systèmes d exploitation 1ère année p. 48

49 fichiers - Questions étant donné la table d index suivante et des blocs de 1Kb : localisez le byte 1400 (n secteur-position) dans le fichier qui démarre au bloc 4 Systèmes d exploitation 1ère année p. 49