Betriebssysteme (Betriebssystemtheorie) - Kapitel 8 - Dateisystem

Inhalte von Dr. E. Nadobnyh

8.1. Begriffsdefinition

Sekundärspeicher

Der Speicher eines Rechners ist unterteilt in Primärspeicher und Sekundärspeicher. In der Speicherhierarchie steht der Sekundärspeicher weiter vom Prozessor als Primärspeicher.



1) Der Primärspeicher (interner Speicher) ist der Hauptspeicher (Arbeitsspeicher) für aktiven Programmen, welche vom Prozessor ausgeführt werden.

2) Der Sekundärspeicher (externer Speicher) ist die dauerhafte Datenablage auf Massenspeichern.

Beispiele:
Plattenspeicher (Harddisc), Magnetbänder, CD.

Eigenschaften im Vergleich:

1. Der Sekundärspeicher ist nichtflüchtig (persistent), d.h. zulässt eine dauerhafte Speicherung.

1. Der Sekundärspeicher ist meist billiger, langsamer und größer als Primärspeicher.

Datei und Dateisystem

Daten in einem Sekundärspeicher werden zu Dateien zusammengefasst.

Eine Datei (file) ist ein logisches Betriebsmittel, welches eine endliche Menge zusammengehöriger Daten beinhaltet. Dateien existieren, um Daten zu speichern und später wieder abzurufen.

Ein Dateisystem (file system, Dateiverwaltung) ist ein Teil des Betriebssystems, der der Verwaltung von Daten auf einem Sekundärspeicher dient.

Alle Dateisysteme zielen auf Geräteunabhängigkeit ab, d. h ein Programm muss sich nicht darum kümmern, ob eine Datei sich auf Platte, Magnetband oder einem anderen Massenspeicher befindet.

⇒ Demo 1

8.2. Dateiattribute

Logische Organisation

Eine Datei besteht aus zwei Teilen:

1) Eine logische Datei ist eine Einheit von Daten, die vom Dateisystem abgelagert wird. Eine physische Datei ist eine Implementierung davon und kann in mehrere Abschnitte aufgeteilt werden und sogar auf mehreren Datenträgern gespeichert werden.

2) Ein Dateideskriptor ist eine Tabelle mit Dateiattributen. Dateideskriptoren werden vom Dateisystem auf dem Datenträger abgelegt.

Dateiattribute sind dateispezifische Informationen für der Verwaltung von Dateien. Einige Dateiattribute sind;
1) Dateiname
2) Dateityp
3) Ablageort
4) Datum der Erstellung usw.

⇒ Demo 2.

Metadaten

Als Metadaten bezeichnet man allgemein Daten, die Informationen über andere Daten enthalten.

Beispiele:

1. Der Name des Autors und die Auflage zu einem Buch.

1. Attribute zu einer Datei.

Da im Dateideskriptor nur eingeschränkter Platz für die Attribute zur Verfügung steht, können Metadaten zusätzlich direkt in die Datei integriert werden.



Beispiel: ID3-Tags in MP3-Dateien.

Dateinamen

Eine Datei ist bei der Erzeugung zu bezeichnen. Unter ihrem Namen kann eine Datei von verschiedenen Prozessen benutzt werden.

Die Dateinamenserweiterung (filename extension, Dateierweiterung, Dateiendung, Dateisuffix) ist der letzte Teil eines Dateinamens und wird gewöhnlich mit einem Punkt abgetrennt, z.B.: „prog.c“.

Die Erweiterung ist optional und wird oft eingesetzt, um das Format einer Datei erkennbar zu machen, ohne die Datei vorher einlesen zu müssen.

⇒ Demo 3.

Dateitypen und Dateizuordnung

Ein Dateityp (Dateiformat) ist eine Definition der Syntax und Semantik von Daten innerhalb einer Datei. Die Erkennung des Formats einer Datei ist notwendig, um Datei-Inhalte richtig interpretieren zu können.

Jedes Betriebssystem muss zwei Varianten von Dateitypen unterscheiden:

1) ausführbare Programme, die in Form von Dateien (executable files) gespeichert werden. Bei der Auswahl wird dieses Programm gestartet, z.B.: „prog.exe“.

2) nicht ausführbare Dateien (Daten, Dokumente). Diese Dateien werden vom Betriebssystem nicht interpretiert, sondern Anwendungsprogrammen zugeordnet, die die Dateien interpretieren können.

Nach der Art des Inhaltes werden unterschieden:

1) Binärdateien enthalten beliebige Bytewerte (auch nicht-alphabetische Zeichen) und können in der Regel nur durch entsprechende Anwendungen gelesen werden. Dazu gehören auch ausführbare Dateien.
Beispiele: a.xls, a.exe, a.obj.

2) Textdateien (ASCII-Dateien) enthalten nur reinen Text und einfache Steuerzeichen, z.B. Zeilenumbruch. Viele Steuerdateien sind Textdateien.
Beispiele: a.htm , a.txt, a.bpr.

Dateityp-Ermittlung

Das Dateiformat kann auf drei verschiedene Arten automatisch ermittelt werden:

1) Die Ermittlung durch Dateinamenserweiterung ist häufig verwendete Methode.

Beispiel: Beim Doppelklick auf buch.doc startet Windows das zugeordnete Programm Microsoft Word mit dieser Datei als Parameter.

2) Die Ermittlung durch Dateiinhalte. Dabei wird auf bekannte Muster untersucht, z.B.: UNIX identifiziert den Dateityp durch die so genannten „magischen Zahlen“.

3) Die Ermittlung durch Metadaten ist die zuverlässigste Methode, weil das Dateiformat zusammen mit der Datei abgelegt ist.


Die Dateityp-Ermittlung durch die Dateinamenserweiterung kann als Anlockung von Würmer benutzt werden.

1) Beim Umbenennen einer Dateinamenserweiterung ändert sich schließlich nur der Dateiname, das Dateiformat bleibt dabei erhalten.

2) Bei Windows werden einige Dateinamenserweiterung standardmäßig nicht angezeigt, z.B. „.exe“.

3) Ein Benutzer kann z.B. per e-mail die ausführbare Datei „Name.jpg.exe“ erhalten, die beim Aufruf Schaden anrichten kann.

4) Der Benutzer wird so in die Irre geführt, da er den Namen „Name.jpg“ sieht und tatsächlich eine ausführbare Datei statt einer Bilddatei aktivieren kann.

⇒ Demo 4

8.3. Dateioperationen

Datei-Spezifikation

Eine Spezifikation einer logischen Datei (abstrakter Datentyp, ADT-Datei) ist eine formalisierte Beschreibung der grundlegenden Dateioperationen unabhängig vom konkreten Dateisystem.

Es wird von der tatsächlichen Implementierung der Operationen abstrahiert. Die Abbildung der logischen Datei auf reale Speichergeräte (Platte, Band, Drucker, etc.) erfolgt durch das Dateisystem.

Eine logische Datei wird vom Dateisystem wie ein langer char-Vektor behandelt:

1) Eine logische Datei ist ein Behälter für eine Reihenfolge von Bytes.
2) Der Dateiinhalt ist beliebig, da er vom Dateisystem nicht interpretiert wird.
3) Die Dateilänge ist nicht im Voraus abzusehen.

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