Správa diskového prostoru - oddíly, souborové systémy, zajištění konzistence dat

Souborové systémy

umožňují uchovávání většího množství dat
data jsou perzistentní (přežijí proces)
k datům je umožněn souběžný přístup
řešení: ukládání dat na vnější paměť (např. disk), data jsou ukládána do souborů tvořící souborový systém

každý fyzický disk se obvykle skládá z jedné nebo více logické části (partition)
v každém oddílu může existovat souborový systém (svazek)
v Unix každý svazek připojen jako adresář
ve Windows jednotlivé svazky označeny (a:, b:, c:,…)

VFS : Virtual File System:
- využití abstrakce: umožňuje kombinovat různé FS do jednoho VFS
- možnost připojit běžný soubor jako svazek
- kompatibilita síťových disků

Příklad VFS

LVM

kombinuje několik fyzických diskových jednotek do jednoho logického úložiště
cílem je zvýšit spolehlivost, rychlost a kapacitu diskového úložiště
RAID 0 (stripping) - Data jsou rozdělena na bloky a distribuována rovnoměrně mezi disky bez redundantních dat.
RAID 1 (mirroring) - Data jsou zrcadlena
RAID 5 (stripping with parity) -
- Data a paritní informace jsou rozloženy mezi tři nebo více disků.
- Parita umožňuje obnovu dat z ostatních disků v případě selhání jednoho disku.
RAID 6 (stripping with double parity) -
- jako 5, ale podporuje strátu dvou disků
a různé kombinace… například RAID 10, RAID 60, …

často je soubor chápán jako proud bytů
- občas jiná struktura, jako třeba multimediální soubor (více proudů)
macOS: každý soubor má dva proudy (data, prostředky)
NT: umožňuje k proudu přidat libovolný počet proudů
s daty jsou k souboru připojena metadata (vlastník, přístupová práva, velikost souboru, čas vytvoření, čas posledního přístupu, …)

data se zapisují v transakcích
často se žurnálují jen metadata
Algoritmus:
1. nejdříve se změna zapíše do žurnálu
2. po zapsání do žurnálu je záznam označen speciální značkou
3. data se zapíší na cílové místo na disku
4. po zapsání na disk je záznam z žurnálu smazán
při připojení FS se kontroluje stav žurnálu
- zápis záznamu do žurnálu nebyl dokončen (chybí značka) $\to$ transakce se neprovede
- jinak: transakce se zopakuje podle instrukcí v žurnálu
žurnál je cyklický (při zaplnění maže začátek)
potřeba atomický zápis na disk

Copy-on-Write

FAT
- FS původně pro MS-DOS
- jednoduchý design
- soubory a adresáře ve tvaru $8 + 3$
- nemá ochranu proti poškození dat
- varianty: FAT12, FAT16, FAT32, VirtualFAT, exFAT
UFS: Unix File System
- reálně používané varianty UFS obvykle obsahují navzájem nekompatibilní rozšíření
- využívá strukturu i-node
  - $15$ ukazatelů na bloky na disku:
  - $0 - 11$ ukazují na bloky na disku
  - $12$ nepřímý blok $1.$ úrovně
  - $13$ nepřímý blok $2.$ úrovně
  - $14$ nepřímý blok $3$ . úrovně
  - nepřímé bloky odkazují do datové části

struktura i-node

NTFS
- hlavní souborový systém Windows NT
- oproti FAT ochrana před poškozením, práva žurnálování a transakce
ZFS
- kombinuje prvky LVM a RAID
- disky spojeny do poolu, FS dělá automaticky stripping
- deduplikace dat
- podpora komprese
- RAID-Z: podobný RAID-5, ale má různě velké bloky
- u dat kontrolní součty
- konzistence založan na CoW (Copy on Write)