Aquest sistemes son utilitzats habitualment en dispositius com CD-ROM o discs durs. Els sistemes d’arxius es manipulen de manera molt semblant a les bases de dades (fem operacions com: open, close, copy, rename, list, create, destroy).
El sistema de fitxers es un component important d’un SO y sol tenir:
Abans de fer un petit resum dels sistemes de fitxers esmentats a classe i fer una taula comparativa, us definiré alguns dels conceptes que apareixen en el document.
Vocabulari
i-node: Un i-node es una estructura de dades propia dels sistemes d'arxius tradicionalment empleats en els SO de tipus UNIX. Aquest inodes de disc emmagatzeman arxius regulars, directoris, i enllaços simbòlics. Un inode conté les característiques (persmisos, data, ubicació, pero no el NOM) d'un arxiu regular, directori, o qualsevol altre objecte que pugui contenir un sistema de fitxers.
Arbres-B: Es un tipus d'estructura de dades d'arbres. Representa una col·lecció de dades ordenades de manera que es permet una inserció i eliminació eficient dels elements.
Bifuració: Crida al sistema que crea una copia d'un procès.
Journaling: Es un mecanisme que permet implementar transaccions en un sistema informàtic. Es basa en portar un journal o registre de diari en el que s'emmagatzema la informació necessària per reestablir les dades afectades per la transacció en cas de que aquesta falli.
Tipus de sistemes de fitxers
FAT (File Allocation Table)
La FAT es una taula formada per elements que es corresponen amb cadascun dels clusters del disc. Es el sistema natiu de MS-DOS i Windows. GNU/Linux pot també llegir-lo i escriure’l, tot i que no l’utilitzi com natiu. Es utilitzat en disquets, memòries USB i altres dispositius d’emmagatzematge.
S’utilitza com mecanisme d’intercanvi de dades entre SO diferents que estan en el mateix ordinador (“multiarranque”).
Aquest sistema d’arxius va ser el principal de les edicions no empresarials de Microsoft Windows fins Windows Me.
Han aparegut diverses versions, sent la última la FAT32, que tot i que tenia la mateixa velocitat que la FAT16, utilitzava el disc dur de manera més eficient (clústers més petits).
Un dels principals inconvenients d’aquest sistema es que es necessita desfragmentar el disc freqüentment perquè no es redueixi la velocitat de lectura i escriptura.
NTFS
Aquest sistema de fitxers va ser dissenyat per ser un SO de xarxa i multitasca que, no tenia res de veure amb FAT, ja que es va crear des de cero per ser utilitzat en Windows NT.
NTFS es un sistema robust que permet la compressió de fitxers un a un. Aquest sistema esta molt desarrollat, i algunes de les seves caracteristiques son:
HFS es un sistema d’arxius jeràrquic desenvolupat per els ordinadors que treballen en Mac OS (Desarrollat per Apple Inc).
Originalment es va dissenyar per ser utilitzat en disc durs i disquets, tot i que també es pot trobar en dispositius de només lectura com els CD-ROM.
Més tard, va aparèixer una versió millorada anomenada HFS+, la qual suportava arxius molt més grans i utilitzava Unicode (en comptes de Mac OS Roman) per el nom d’arxius. Això permetia un màxim de 255 caràcters per els noms d’arxiu.
EXT2
El sistema de fitxers EXT2, té un tipus de taula FAT de grandària fixa. Les dades que estan en els fitxers, es guarden en blocs de dades. Aquests blocs de dades son tots de la mateix longitud,i tot i que la longitud pot variar entre diferents sistemes de fitxers, la grandària dels blocs es decideix quan es crea. La longitud de cada fitxer s’arrodoneix fins un numero sencer de blocs.
No tots els blocs del sistema contenen dades, alguns s’han d’utilitzar per mantenir la informació que descriu l’estructura del sistema de fitxers. EXT2 defineix la topologia del sistema de fitxer descrivint cadascun d’ells com una estructura de dades i-node.
Un i-node descriu que blocs ocupen les dades d’un fitxer i també els permisos d’accés del fitxer, les hores de modificació del fitxer i el tipus de fitxer. Aquest i-nodes es guarden junts en taules de i-nodes. Els directoris EXT2 son simplement fitxer especials, que contenen punters als i-nodes de les seves entrades de directori.
EXT 3
Extended 3 té una funcionalitat similar a EXT2. Aquest es el sistema d’arxius més utilitzat en distribucions Linux. Les principals diferencies amb l’anterior sistema, són les següents:
Es una millora del sistema EXT3. També utilitza el journaling però de manera millorada, utilitzant cheksums en el registre per augmentar la fiabilitat (Journal checksumming).
Algunes millores importants d’aquest sistema son:
Va ser el primer sistema de fitxers transaccional (journaling) de Linux. A part del journaling, també ens ofereix altres funcionalitats dels quals en destacaré dues:
Es la versió més recent del sistema d’arxius ReiserFS. Algunes de les seves característiques son les següents:
Es un sistema de fitxers desenvolupat per Sun Microsystems. ZFS es una nova classe de sistema de fitxers que proporciona una administració simple, semàntica transaccional, integritat de les dades, i una immensa escalabilitat.
Com en altres casos, ZFS no es una millora d’una tecnologia existent, es una nova tecnologia a l’administració/gestió de les dades.
ZFS presenta un model d’emmagatzematge que elimina totalment el concepte de volums i els problemes associat de particions, de l’aprovisionament, l’ample de banda perdut i de l’emmagatzematge immobilitzat.
No hi ha límit de fitxers. Tots els sistemes de fitxers poden escriure’s en un pool d’emmagatzematge comú, cadascú consumin solament tan espai com realment necessiti.
L’ample de banda combinat de E/S de tots els dispositius en el pool esta sempre disponible per tots els fitxers. Totes les operacions son transaccions “copia-en-escritura”, així que l’estat de les dades en disc sempre son vàlids. Cada bloc es comprovat per prevenir la corrupció silenciosa de dades i aquests son comprovats en configuracions replicades. Si es fa mal bé una còpia, ZFS la detectarà i utilitzarà un altre copia per reparar-la.
XFS
Es un sistema de fitxers de 64 bits d’alt rendiment amb journaling creat per SGI per implementar a sistemes UNIX.
Aquest sistema es el mes antic dels sistemes de fitxers amb journaling (inici al 1993). De les seves característiques cal destacar:
El sistema de fitxers es un component important d’un SO y sol tenir:
- Mètodes d’accés relacionat amb la manera d’accedir a les dades guardades en arxius.
- Administració d’arxius, son els mecanismes necessaris perquè els arxius siguin emmagatzemats, reverenciats, compartits i assegurats.
- Integritat de l’arxiu per garantir la integritat de la informació de l’arxiu.
Abans de fer un petit resum dels sistemes de fitxers esmentats a classe i fer una taula comparativa, us definiré alguns dels conceptes que apareixen en el document.
Vocabulari
i-node: Un i-node es una estructura de dades propia dels sistemes d'arxius tradicionalment empleats en els SO de tipus UNIX. Aquest inodes de disc emmagatzeman arxius regulars, directoris, i enllaços simbòlics. Un inode conté les característiques (persmisos, data, ubicació, pero no el NOM) d'un arxiu regular, directori, o qualsevol altre objecte que pugui contenir un sistema de fitxers.
Arbres-B: Es un tipus d'estructura de dades d'arbres. Representa una col·lecció de dades ordenades de manera que es permet una inserció i eliminació eficient dels elements.
Bifuració: Crida al sistema que crea una copia d'un procès.
Journaling: Es un mecanisme que permet implementar transaccions en un sistema informàtic. Es basa en portar un journal o registre de diari en el que s'emmagatzema la informació necessària per reestablir les dades afectades per la transacció en cas de que aquesta falli.
Tipus de sistemes de fitxers
FAT (File Allocation Table)
La FAT es una taula formada per elements que es corresponen amb cadascun dels clusters del disc. Es el sistema natiu de MS-DOS i Windows. GNU/Linux pot també llegir-lo i escriure’l, tot i que no l’utilitzi com natiu. Es utilitzat en disquets, memòries USB i altres dispositius d’emmagatzematge.
S’utilitza com mecanisme d’intercanvi de dades entre SO diferents que estan en el mateix ordinador (“multiarranque”).
Aquest sistema d’arxius va ser el principal de les edicions no empresarials de Microsoft Windows fins Windows Me.
Han aparegut diverses versions, sent la última la FAT32, que tot i que tenia la mateixa velocitat que la FAT16, utilitzava el disc dur de manera més eficient (clústers més petits).
Un dels principals inconvenients d’aquest sistema es que es necessita desfragmentar el disc freqüentment perquè no es redueixi la velocitat de lectura i escriptura.
NTFS
Aquest sistema de fitxers va ser dissenyat per ser un SO de xarxa i multitasca que, no tenia res de veure amb FAT, ja que es va crear des de cero per ser utilitzat en Windows NT.
NTFS es un sistema robust que permet la compressió de fitxers un a un. Aquest sistema esta molt desarrollat, i algunes de les seves caracteristiques son:
- Conté una estructura de dades complexa, que accelera l’accés els fitxers i redueix la fragmentació (arbres-B).
- Tot el que te a veure amb els fitxer, es guarda en forma de metadades.
- Te un sistema d’operacions basat en transaccions.
- Possibilitat de ajuntar les capacitats de dos unitats en un sol disc.
- Una de les coses que cal destacar, es la tecnologia que incorpora per evitar pèrdues de dades anomenada Journaling.
HFS es un sistema d’arxius jeràrquic desenvolupat per els ordinadors que treballen en Mac OS (Desarrollat per Apple Inc).
Originalment es va dissenyar per ser utilitzat en disc durs i disquets, tot i que també es pot trobar en dispositius de només lectura com els CD-ROM.
Més tard, va aparèixer una versió millorada anomenada HFS+, la qual suportava arxius molt més grans i utilitzava Unicode (en comptes de Mac OS Roman) per el nom d’arxius. Això permetia un màxim de 255 caràcters per els noms d’arxiu.
EXT2
El sistema de fitxers EXT2, té un tipus de taula FAT de grandària fixa. Les dades que estan en els fitxers, es guarden en blocs de dades. Aquests blocs de dades son tots de la mateix longitud,i tot i que la longitud pot variar entre diferents sistemes de fitxers, la grandària dels blocs es decideix quan es crea. La longitud de cada fitxer s’arrodoneix fins un numero sencer de blocs.
No tots els blocs del sistema contenen dades, alguns s’han d’utilitzar per mantenir la informació que descriu l’estructura del sistema de fitxers. EXT2 defineix la topologia del sistema de fitxer descrivint cadascun d’ells com una estructura de dades i-node.
Un i-node descriu que blocs ocupen les dades d’un fitxer i també els permisos d’accés del fitxer, les hores de modificació del fitxer i el tipus de fitxer. Aquest i-nodes es guarden junts en taules de i-nodes. Els directoris EXT2 son simplement fitxer especials, que contenen punters als i-nodes de les seves entrades de directori.
EXT 3
Extended 3 té una funcionalitat similar a EXT2. Aquest es el sistema d’arxius més utilitzat en distribucions Linux. Les principals diferencies amb l’anterior sistema, són les següents:
- Ext3 treballa amb journaling.
- Utilitza arbre AVL. Aquest es un tipus especial d’arbre binari auto-balanceable, es a dir que els nodes sempre estan equilibrats sense que l’altura de la rama esquerra sigui superior a la rama dreta o a l’inversa.
- Incorpora assignador de blocs de disc Orlov. Aquest fa que millori el rendiment.
- Creixement en línea.
Es una millora del sistema EXT3. També utilitza el journaling però de manera millorada, utilitzant cheksums en el registre per augmentar la fiabilitat (Journal checksumming).
Algunes millores importants d’aquest sistema son:
- Utilitza extents, en comptes de blocs. Ens ajuda a disminuir la fragmentació, augmentar la velocitat i el rendiment amb fitxer grans.
- Compatibilitat en les diverses versions.
- Reserva de memòria retardada: Retarda la reserva de blocs de memòria fins que la informació estigui apunt de ser escrita en el disc.
- Permet assignar diversos blocs per a un fitxer en una sola operació.
Va ser el primer sistema de fitxers transaccional (journaling) de Linux. A part del journaling, també ens ofereix altres funcionalitats dels quals en destacaré dues:
- Re-particionament amb el sistema de fitxer muntat i desmuntat. Podem augmentar la grandària del sistema de fitxers m’entres el tenim online i offline. Namesys proporciona les eines necessàries per fer aquestes operacions.
- Tail packing es un esquema per reduir la fragmentació interna.
Es la versió més recent del sistema d’arxius ReiserFS. Algunes de les seves característiques son les següents:
- Journaling més eficient gràcies a la tècnica de “wandering log”.
- Suport més eficient d’arxius petits, en termes de espai en disc i velocitat gràcies a “tail packing”.
- Administració més rapida de directoris amb un numero elevat de fitxers.
- Infraestructura de plugins més flexible.
- Suport transaccional.
- Optimació dinàmica de la estructura del disc a traves del mètode “allocate-on-flush”.
- Transaccions atòmiques.
- Integració de metadades en el espai de noms del sistema de arxius.
Es un sistema de fitxers desenvolupat per Sun Microsystems. ZFS es una nova classe de sistema de fitxers que proporciona una administració simple, semàntica transaccional, integritat de les dades, i una immensa escalabilitat.
Com en altres casos, ZFS no es una millora d’una tecnologia existent, es una nova tecnologia a l’administració/gestió de les dades.
ZFS presenta un model d’emmagatzematge que elimina totalment el concepte de volums i els problemes associat de particions, de l’aprovisionament, l’ample de banda perdut i de l’emmagatzematge immobilitzat.
No hi ha límit de fitxers. Tots els sistemes de fitxers poden escriure’s en un pool d’emmagatzematge comú, cadascú consumin solament tan espai com realment necessiti.
L’ample de banda combinat de E/S de tots els dispositius en el pool esta sempre disponible per tots els fitxers. Totes les operacions son transaccions “copia-en-escritura”, així que l’estat de les dades en disc sempre son vàlids. Cada bloc es comprovat per prevenir la corrupció silenciosa de dades i aquests son comprovats en configuracions replicades. Si es fa mal bé una còpia, ZFS la detectarà i utilitzarà un altre copia per reparar-la.
XFS
Es un sistema de fitxers de 64 bits d’alt rendiment amb journaling creat per SGI per implementar a sistemes UNIX.
Aquest sistema es el mes antic dels sistemes de fitxers amb journaling (inici al 1993). De les seves característiques cal destacar:
- Capacitat: Soporta un sistema d’arxius de fins 9 exabytes, tenint en compte que aixo pot variar depenent del SO utilitzat.
- LVM: Es capaç d’augmentar la capacitat de sistemes de fitxers XFS.
- Grups d’assignacio: Aquest sistemes estan particionats internament en grups d’assignacio, que son regions de la mateixa grandaria. Cada grup gestiona els seus inodes i el seu espai lliure de forma independent, proporcionant escalabilitat i paral•lelisme.
