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Commit 4d2fba65 authored by Guillaume Chanel's avatar Guillaume Chanel
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---
author: Florent Gluck - Florent.Gluck@hesge.ch
title: Systèmes de fichiers - Introduction
date: \vspace{.5cm} \footnotesize \today
institute: \vspace{0.5cm} \tiny \textsuperscript{*}Remerciements à Mickaël Hoerdt
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---
[//]: # ----------------------------------------------------------------
## Historique ## Historique
\small <div class="cols">
<small>
:::::: {.columns}
::: {.column width="55%"}
- Les systèmes de fichiers ont été conçu pour accéder, avec une interface simple, à des périphériques de stockage de masse (persistents) - Les systèmes de fichiers ont été conçu pour accéder, avec une interface simple, à des périphériques de stockage de masse (persistents)
- Premiers périphériques de stockage de masse étaient basé sur des disques magnétiques appelés *Hard Disk Drive* - Premiers périphériques de stockage de masse étaient basé sur des disques magnétiques appelés *Hard Disk Drive*
...@@ -32,71 +9,67 @@ pandoc-latex-fontsize: ...@@ -32,71 +9,67 @@ pandoc-latex-fontsize:
- Adressable par le triplet CHS :\ - Adressable par le triplet CHS :\
{ Cylinder, Head, Sector } { Cylinder, Head, Sector }
::: </small>
::: {.column width="45%"} <div>
![](images/hdd.png){ width=70% } <small>
\tiny ![](images/hdd.png) <!-- .element width="70%" -->
a. Plateaux A. Plateaux
a. Bras mobile B. Bras mobile
a. Têtes de lecture/écriture reliées par le bras mobile C. Têtes de lecture/écriture reliées par le bras mobile
a. Cylindre = coupe transversale des plateaux D. Cylindre = coupe transversale des plateaux
a. Pistes = groupe de secteurs contigüs E. Pistes = groupe de secteurs contigüs
a. Secteur angulaire F. Secteur angulaire
::: </small>
::::::
[//]: # ---------------------------------------------------------------- </div>
## Historique : premier disque dur </div>
\footnotesize
--
## Historique : premier disque dur
Premier disque dur conçu en 1956 pour le super-computer IBM 305 Ramac Premier disque dur conçu en 1956 pour le super-computer IBM 305 Ramac
- Capacité : 4.8MB - Capacité : 4.8MB <!-- .element font-size="5" -->
- \scriptsize 50 plateaux de 60cm (24"), contenant chacun 100 pistes/faces, contenant chacune 5 secteurs de 100 octets - 50 plateaux de 60cm (24"), contenant chacun 100 pistes/faces, contenant chacune 5 secteurs de 100 octets
- Débit : 8.8KB/sec. - Débit : 8.8KB/sec.
- Vitesse : 1200 tours/min. - Vitesse : 1200 tours/min.
- 2 têtes lecture/écriture, 1 sec. pour passer d'un plateau à l'autre - 2 têtes lecture/écriture, 1 sec. pour passer d'un plateau à l'autre
- Prix du système complet : $33'200/mois - Prix du système complet : $33'200/mois
\centering ![](images/IBM-305-RAMAC.jpg)<!-- .element width="40%" -->
![](images/IBM-305-RAMAC.jpg){ width=50% }
[//]: # ---------------------------------------------------------------- --
## Aujourd'hui
\small ## Aujourd'hui
- Les **disques durs mécanique (HDD)** utilisent les mêmes principes (cylindres, pistes, têtes, des secteurs), mais : - Les **disques durs mécanique (HDD)** utilisent les mêmes principes (cylindres, pistes, têtes, des secteurs), mais :
- \footnotesize performances et capacités ont augmenté exponentiellement - performances et capacités ont augmenté exponentiellement
- adressage physique CHS remplacé par adressage logique : LBA (*Logical Block Addressing*) - adressage physique CHS remplacé par adressage logique : LBA (*Logical Block Addressing*)
- taille physique d'un secteur est souvent 4KB avec émulation à 512 bytes par le firmware - taille physique d'un secteur est souvent 4KB avec émulation à 512 bytes par le firmware
- Les **disques durs à base de flash[^1] (SSD)** ne comportent pas de partie mécanique, mais présentent aussi des secteurs de 512 bytes adressés logiquement en LBA (émulation réalisée par le firmware) - Les **disques durs à base de [flash](https://www.arrow.com/en/research-and-events/articles/nand-memory-explained-understanding-pros-and-cons-of-nand) (SSD)** ne comportent pas de partie mécanique, mais présentent aussi des secteurs de 512 bytes adressés logiquement en LBA (émulation réalisée par le firmware)
- \footnotesize la plupart des périphiques de stockage à base de flash sont similaires (clés USB, cartes SD, etc.) - la plupart des périphiques de stockage à base de flash sont similaires (clés USB, cartes SD, etc.)
[^1]: \tiny Flash de type NAND: [\textcolor{myblue}{https://www.arrow.com/en/research-and-events/articles/nand-memory-explained-understanding-pros-and-cons-of-nand}](https://www.arrow.com/en/research-and-events/articles/nand-memory-explained-understanding-pros-and-cons-of-nand)
--
[//]: # ----------------------------------------------------------------
## Structure d'un disque ## Structure d'un disque
\small
- Un disque est divisé en unités de taille identique appelées **secteurs** - Un disque est divisé en unités de taille identique appelées **secteurs**
- La taille typique d'un secteur est 512 bytes, mais il existe des secteurs plus grands (2KB, 4KB, etc.) - La taille typique d'un secteur est 512 bytes, mais il existe des secteurs plus grands (2KB, 4KB, etc.)
- Un secteur est la plus petite unité physique pouvant être lue ou écrite - Un secteur est la plus petite unité physique pouvant être lue ou écrite
- La lecture ou l'écriture d'un secteur est une opération **atomique** - La lecture ou l'écriture d'un secteur est une opération **atomique**
\vspace{.2cm} ![](images/sectors.png)<!-- .element width="80%" -->
\centering
![](images/sectors.png){ width=80% }
[//]: # ---------------------------------------------------------------- --
## UNIX et blocs ## UNIX et blocs
- Dans un OS de type UNIX, on parle de blocs plutôt que de secteurs - Dans un OS de type UNIX, on parle de blocs plutôt que de secteurs
...@@ -105,27 +78,25 @@ Premier disque dur conçu en 1956 pour le super-computer IBM 305 Ramac ...@@ -105,27 +78,25 @@ Premier disque dur conçu en 1956 pour le super-computer IBM 305 Ramac
gestion de lecture/écriture par blocs gestion de lecture/écriture par blocs
- Permet d'être indépendant du type de périphérique $\rightarrow$ généricité - Permet d'être indépendant du type de périphérique $\rightarrow$ généricité
[//]: # ----------------------------------------------------------------
## Secteurs, blocs et clusters
\small --
## Secteurs, blocs et clusters
- L'unité d'allocation de base des systèmes de fichiers n'est pas le secteur, mais une unité plus grande (ou égale) appelée **bloc**[^2] - L'unité d'allocation de base des systèmes de fichiers n'est pas le secteur, mais une unité plus grande (ou égale) appelée **bloc**<sup>1</sup>
- **Un bloc est une collection contiguë de secteurs** - **Un bloc est une collection contiguë de secteurs**
- Un système de fichiers (FS) divise l'espace disque en blocs de taille égale - Un système de fichiers (FS) divise l'espace disque en blocs de taille égale
- Généralement, un bloc fait entre 1KB et 8KB - Généralement, un bloc fait entre 1KB et 8KB
- La commande `stat fichier` affiche la taille d'un bloc du FS où se trouve `fichier` (champ *IO Block*) - La commande `stat fichier` affiche la taille d'un bloc du FS où se trouve `fichier` (champ *IO Block*)
\vspace{.1cm} ![](images/block_and_cluster.png)<!-- .element width="80%" -->
\centering
![](images/block_and_cluster.png){ width=80% }
\vspace{.3cm} <small>1: Microsoft appelle un bloc un *cluster*</small>
[^2]: \footnotesize Microsoft appelle un bloc un *cluster*
[//]: # ---------------------------------------------------------------- --
## Interface périphérique bloc ## Interface périphérique bloc
Si on fait abstraction de la gestion du cache, l'interface d'accès à un périphérique de type bloc est très simple : Si on fait abstraction de la gestion du cache, l'interface d'accès à un périphérique de type bloc est très simple :
...@@ -137,7 +108,9 @@ Si on fait abstraction de la gestion du cache, l'interface d'accès à un périp ...@@ -137,7 +108,9 @@ Si on fait abstraction de la gestion du cache, l'interface d'accès à un périp
- `read_blocks(dev, block_nb, buf, count)` - `read_blocks(dev, block_nb, buf, count)`
- `write_blocks(dev, block_nb, buf, count)` - `write_blocks(dev, block_nb, buf, count)`
[//]: # ----------------------------------------------------------------
--
## Adressage ## Adressage
- Les blocs d'un périphérique de taille $N$ blocs de $n$ bytes chacun, sont adressables de $0$ à $N-1$ (comme un tableau en C) - Les blocs d'un périphérique de taille $N$ blocs de $n$ bytes chacun, sont adressables de $0$ à $N-1$ (comme un tableau en C)
...@@ -145,71 +118,65 @@ Si on fait abstraction de la gestion du cache, l'interface d'accès à un périp ...@@ -145,71 +118,65 @@ Si on fait abstraction de la gestion du cache, l'interface d'accès à un périp
- La lecture/écriture du bloc $0$ traite les bytes de l'offset $0$ à l'offset $n-1$ du périphérique - La lecture/écriture du bloc $0$ traite les bytes de l'offset $0$ à l'offset $n-1$ du périphérique
- La lecture/écriture du bloc $b$ traite les bytes de l'offset $n*b$ à l'offset $n*(b+1)-1$ - La lecture/écriture du bloc $b$ traite les bytes de l'offset $n*b$ à l'offset $n*(b+1)-1$
\vspace{.3cm} ![](images/addressing.png)<!-- .element width="70%" -->
\centering
![](images/addressing.png){ width=70% }
[//]: # ---------------------------------------------------------------- --
## Adressage : exemple
::: incremental ## Adressage : exemple
Exemple : périphérique de 10MB ($1024*1024*10$ bytes), taille de bloc de 1024 bytes Exemple : périphérique de 10MB (1024 * 1024 * 10 bytes), taille de bloc de 1024 bytes
- Quelle est l'intervalle des offsets des bytes du bloc numéro 17 ? - Quelle est l'intervalle des offsets des bytes du bloc numéro 17 ?
- \textcolor{myorange}{$[1024*17,1024*(17+1)-1] = [17408,18431]$} - `$[1024*17,1024*(17+1)-1] = [17408,18431]$`
- Dans quel bloc se trouve le byte localisé à l'offset 7000 du périphérique ? - Dans quel bloc se trouve le byte localisé à l'offset 7000 du périphérique ?
- \textcolor{myorange}{$7000/1024 = 6.8359375 = 6$} - `$7000/1024 = 6.8359375 = 6$`
- À quel offset du bloc est localisé le byte se trouvant à l'offset 7000 du périphérique ? - À quel offset du bloc est localisé le byte se trouvant à l'offset 7000 du périphérique ?
- \textcolor{myorange}{$7000\ \%\ 1024 = 856$} - `$7000 \% 1024 = 856$`
::: ![](images/addressing_example.png)<!-- .element width="70%" -->
\vspace{.3cm}
\centering
![](images/addressing_example.png){ width=70% }
--
[//]: # ----------------------------------------------------------------
## Abstraction (1/2) ## Abstraction (1/2)
- Avec cet adressage logique, on peut facilement émuler un périphérique bloc à partir d'un fichier image - Avec cet adressage logique, on peut facilement émuler un périphérique bloc à partir d'un fichier image
- On peut y accéder via les appels systèmes usuels `read` et `write` - On peut y accéder via les appels systèmes usuels `read` et `write`
- Ces appels système peuvent simplement être mappés sur les fonctions décrites précédemment : - Ces appels système peuvent simplement être mappés sur les fonctions décrites précédemment :
- \small `init_block_dev(dev, size)` $\longrightarrow$ `fd = open(file)` - `init_block_dev(dev, size)` $\longrightarrow$ `fd = open(file)`
- `read_blocks(dev, block_nb, buf, count)` $\longrightarrow$ `read(fd)` - `read_blocks(dev, block_nb, buf, count)` $\longrightarrow$ `read(fd)`
- `write_blocks(dev, block_nb, buf, count)` $\longrightarrow$ `write(fd)` - `write_blocks(dev, block_nb, buf, count)` $\longrightarrow$ `write(fd)`
[//]: # ----------------------------------------------------------------
--
## Abstraction (2/2) ## Abstraction (2/2)
- Le fichier image peut-être distant, si on implémente l'abstraction au dessus des sockets et d'un protocole qui - Le fichier image peut-être distant, si on implémente l'abstraction au dessus des sockets et d'un protocole qui
reste très simple : reste très simple :
- \small `init_block_dev(dev, size)` $\longrightarrow$ `s = socket()` - `init_block_dev(dev, size)` $\longrightarrow$ `s = socket()`
- `read_blocks(block_nb, buf, count)` $\longrightarrow$ `read(s)` - `read_blocks(block_nb, buf, count)` $\longrightarrow$ `read(s)`
- `write_blocks(block_nb, buf, count)` $\longrightarrow$ `write(s)` - `write_blocks(block_nb, buf, count)` $\longrightarrow$ `write(s)`
[//]: # ----------------------------------------------------------------
--
## Conclusion ## Conclusion
::: incremental - On peut lire/écrire des blocs adressés logiquement, mais on est encore loin d'un FS <!-- .element: class="fragment" data-fragment-index="0" -->
- Comment à partir de ces opérations simples, peut-on construire un FS ? <!-- .element: class="fragment" data-fragment-index="2" -->
- Pour cela, il est nécessaire de comprendre l'allocation des blocs de données ainsi que l'organisation sur disque d'un FS <!-- .element: class="fragment" data-fragment-index="3" -->
- On peut lire/écrire des blocs adressés logiquement, mais on est encore loin d'un FS
- Comment à partir de ces opérations simples, peut-on construire un FS ?
- Pour cela, il est nécessaire de comprendre l'allocation des blocs de données ainsi que l'organisation sur disque d'un FS
::: --
[//]: # ----------------------------------------------------------------
## Ressources ## Ressources
\small - [Operating Systems: Three Easy Pieces](http://pages.cs.wisc.edu/~remzi/OSTEP/), Remzi H. and Andrea C. Arpaci-Dusseau. Arpaci-Dusseau Books
- Operating Systems: Three Easy Pieces, Remzi H. and Andrea C. Arpaci-Dusseau. Arpaci-Dusseau Books\ livre disponible à la bibliothèque
\footnotesize [\textcolor{myblue}{http://pages.cs.wisc.edu/~remzi/OSTEP/}](http://pages.cs.wisc.edu/~remzi/OSTEP/)
- livre disponible à la bibliothèque
9.filesystems/index.html
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View file @ 4d2fba65
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<meta name="author" content="Guillaume Chanel"> <meta name="author" content="Guillaume Chanel">
<title>Drivers et modules</title> <title>Systèmes de fichiers</title>
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