From 5f71a8de06269c395f143c4452c8ac4e3672dd2a Mon Sep 17 00:00:00 2001
From: Guillaume Chanel <Guillaume.Chanel@unige.ch>
Date: Fri, 23 Aug 2024 17:43:10 +0200
Subject: [PATCH] WIP: second part of filesystems
---
9.filesystems/01_Systemes_fichiers_intro.md | 5 +
.../02_Systemes_fichiers_strategies_alloc.md | 267 +++++++++---------
9.filesystems/index.html | 8 +-
3 files changed, 151 insertions(+), 129 deletions(-)
diff --git a/9.filesystems/01_Systemes_fichiers_intro.md b/9.filesystems/01_Systemes_fichiers_intro.md
index 64f3576..c196d7c 100644
--- a/9.filesystems/01_Systemes_fichiers_intro.md
+++ b/9.filesystems/01_Systemes_fichiers_intro.md
@@ -1,3 +1,8 @@
+
+# Introduction
+
+--
+
## Historique
<div class="cols">
diff --git a/9.filesystems/02_Systemes_fichiers_strategies_alloc.md b/9.filesystems/02_Systemes_fichiers_strategies_alloc.md
index c153404..831d68f 100644
--- a/9.filesystems/02_Systemes_fichiers_strategies_alloc.md
+++ b/9.filesystems/02_Systemes_fichiers_strategies_alloc.md
@@ -1,21 +1,4 @@
----
-author: Florent Gluck - Florent.Gluck@hesge.ch
-
-title: Systèmes de fichiers - Stratégies d'allocation
-
-date: \vspace{.5cm} \footnotesize \today
-
-pandoc-latex-fontsize:
- - classes: [tiny]
- size: tiny
- - classes: [verysmall]
- size: scriptsize
- - classes: [small]
- size: footnotesize
- - classes: [huge, important]
- size: huge
----
-
+<!--
## TODO
- Update FAT diagram:
@@ -26,8 +9,12 @@ pandoc-latex-fontsize:
- update diagram to show the data blocks to "scale", especially vs an inode
- ext4: indicate that very small files' content is stored in the inode and don't use a data block
- would be good to the number of single ptr, indirect ptr, etc. for ext2, ext3 and ext4
+-->
+
+# Stratégies d'allocation
+
+--
-[//]: # ----------------------------------------------------------------
## Système de fichiers
- Un système de fichiers (FS) est un ensemble de fichiers
@@ -38,7 +25,8 @@ pandoc-latex-fontsize:
- un répertoires contient des entrées de répertoire (cf. suite du cours)
- Fichiers et répertoires sont représentés de la même manière, mais leurs contenus sont différents
-[//]: # ----------------------------------------------------------------
+--
+
## Fichier
Un fichier est composé de deux parties :
@@ -49,7 +37,8 @@ Un fichier est composé de deux parties :
- fichier "ordinaire" : blocs contenant le contenu du fichier
- répertoire : blocs contenant les références vers les fichiers présents dans le répertoire
-[//]: # ----------------------------------------------------------------
+--
+
## Défi
- Comment organiser un FS hiérarchique en utilisant des blocs comme unité de base ?
@@ -57,7 +46,8 @@ Un fichier est composé de deux parties :
- en termes d'espace (pas d'espace perdu)
- en terme de lecture et d'écriture de fichiers
-[//]: # ----------------------------------------------------------------
+--
+
## Stratégies d'allocation des blocs de données
- La création d'un fichier ou d'un répertoire nécessite **d'allouer des blocs**
@@ -65,7 +55,8 @@ Un fichier est composé de deux parties :
- être efficace en termes d'espace
- garantir un accès rapide aux fichiers
-[//]: # ----------------------------------------------------------------
+--
+
## Métriques d'allocation de blocs
Métriques principales:
@@ -77,43 +68,45 @@ Métriques principales:
- Fragmentation
- Efficacité du stockage/*overhead*
-[//]: # ----------------------------------------------------------------
+--
+
## Fragmentation interne
-:::::: {.columns}
-::: {.column width="50%"}
+<div class="cols">
+<div>
- L'espace alloué peut être plus grand que l'espace demandé
- **L'espace alloué non utilisé est gaspillé !**
-:::
-::: {.column width="50%"}
+</div>
+<div>
-\centering
-{ width=50% }
+<!-- .element width="80%" -->
-:::
-::::::
+</div>
+</div>
+
+--
-[//]: # ----------------------------------------------------------------
## Fragmentation externe
-:::::: {.columns}
-::: {.column width="50%"}
+<div class="cols">
+<div>
- Bien qu'il y ait suffisamment d'espace libre au total, il n'y a pas assez d'espace libre contigu pour satisfaire la demande d'allocation
- **Impossible de satisfaire la demande d'allocation !**
-:::
-::: {.column width="50%"}
+</div>
-\centering
-{ width=80% }
+<div>
-:::
-::::::
+
+
+</div>
+</div>
+
+--
-[//]: # ----------------------------------------------------------------
## Principales stratégies d'allocation de blocs
- Le choix de la stratégie d'allocation dépend :
@@ -126,36 +119,47 @@ Métriques principales:
1. liste chaînée
1. indexée
-[//]: # ----------------------------------------------------------------
-## 1 | Allocation contiguë
+--
+
+## 1. Allocation contiguë
- Chaque fichier utilise un ensemble de blocs contigus
- Un fichier stocke :
- l'index du premier bloc du fichier
- la taille du fichier
-[//]: # ----------------------------------------------------------------
-## 1 | Allocation contiguë : exemple
+--
-\centering
-{ width=70% }
+## 1. Allocation contiguë : exemple
-[//]: # ----------------------------------------------------------------
-## 1 | Allocation contiguë : synthèse
+<!-- .element width="60%" -->
-- \textbf{\textcolor{mygreen}{Avantages}}
- - très facile à implémenter
- - accès séquentiel rapide
- - accès aléatoire rapide
- - faible *overhead* stockage (structure de données très simple)
+--
-- \textbf{\textcolor{myred}{Inconvénients}}
- - les fichiers ne peuvent pas (ou peu) grandir
- - fragmentation externe importante
- - fragmentation interne lorsque taille fichier < taille bloc
+## 1. Allocation contiguë : synthèse
+
+<fieldset class="OK">
+<legend>Avantages</legend>
+
+- très facile à implémenter
+- accès séquentiel rapide
+- accès aléatoire rapide
+- faible *overhead* stockage (structure de données très simple)
+
+</fieldset>
+<p></p>
+<fieldset class="warning fragment">
+<legend>Inconvénients</legend>
+
+- les fichiers ne peuvent pas (ou peu) grandir
+- fragmentation externe importante
+- fragmentation interne lorsque taille fichier < taille bloc
-[//]: # ----------------------------------------------------------------
-## 2 | Allocation par liste chaînée
+</fieldset>
+
+--
+
+## 2. Allocation par liste chaînée
- Un fichier stocke :
- un pointeur sur le premier bloc
@@ -164,74 +168,74 @@ Métriques principales:
- Les blocs sont stockés dans une liste chaînée
- chaque bloc possède un pointeur sur le bloc suivant
- \vspace{.5cm}
- { width=70% }
- \vspace{.3cm}
+ 
-[//]: # ----------------------------------------------------------------
-## 2 | Allocation par liste chaînée : exemple
+--
-\centering
-{ width=70% }
+## 2. Allocation par liste chaînée : exemple
-[//]: # ----------------------------------------------------------------
-## 2 | Allocation par liste chaînée : synthèse
+<!-- .element width="55%" -->
-- \textbf{\textcolor{mygreen}{Avantages}}
- - les fichiers peuvent facilement grandir, sans limite
- - facile à implémenter, mais le stockage des pointeurs est délicat
- - pas de fragmentation externe
+--
-- \textbf{\textcolor{myred}{Inconvénients}}
- - accès séquentiel lent
- - accès aléatoire lent : adresse difficile à calculer
- - fragmentation interne lorsque taille fichier < taille bloc
+## 2. Allocation par liste chaînée : synthèse
-[//]: # ----------------------------------------------------------------
-## 2b | Allocation par FAT
-:::::: {.columns}
-::: {.column width="63%"}
+<fieldset class="OK">
+<legend>Avantages</legend>
-\small
+- les fichiers peuvent facilement grandir, sans limite
+- facile à implémenter, mais le stockage des pointeurs est délicat
+- pas de fragmentation externe
+
+</fieldset>
+<p></p>
+<fieldset class="warning fragment">
+<legend>Inconvénients</legend>
+
+- accès séquentiel lent
+- accès aléatoire lent : adresse difficile à calculer
+- fragmentation interne lorsque taille fichier < taille bloc
+
+</fieldset>
+
+--
+
+## 2.b. Allocation par FAT
+
+<div class="cols">
+<div style="width:200%">
- Variante de l'allocation par liste chaînée
- Les pointeurs de blocs sont stockés dans une table dédiée située au début du FS
- taille de la table d'allocation des fichiers (FAT)
- - \footnotesize une entrée FAT par bloc de données
- - \footnotesize liste chaînée d'entrées FAT par fichier
- - \footnotesize valeur spéciale indique la fin de la liste (EOC = *End of Chain*)
+ - <small>une entrée FAT par bloc de données</small>
+ - <small> liste chaînée d'entrées FAT par fichier</small>
+ - <small> valeur spéciale indique la fin de la liste (EOC = *End of Chain*)</small>
- Système fichiers de MS-DOS et Winows 95, utilisé dans cartes SD et clés USB
- Nombreuses variantes : FAT16, FAT32, exFAT, etc.
-:::
-::: {.column width="37%"}
+</div>
+<div>
-\centering
+<!-- .element width="90%" -->
-\vspace{.5cm}
+<small>Structure sur disque du FS FAT</small>
-\small
+</div>
+</div>
-Structure sur disque du FS FAT
+--
-\vspace{.5cm}
+## 2.b. Contenu de la FAT : exemple
-{ width=100% }
+
-:::
-::::::
-
-[//]: # ----------------------------------------------------------------
-## 2b | Contenu de la FAT : exemple
-
-\centering
-{ width=100% }
+--
-[//]: # ----------------------------------------------------------------
-## 2b | FS de type FAT : exemple
+## 2.b. FS de type FAT : exemple
-\small
+<div style="font-size:0.8em">
Soit le FS de type FAT suivant :
@@ -240,23 +244,23 @@ Soit le FS de type FAT suivant :
- Chaque entrée dans la FAT est codée sur 16 bits
- une valeur est réservée pour représenter la EOC (*End Of Chain*)
-::: incremental
+</div>
**Questions**
-1. Quelle est la taille de la FAT en bytes pour ce FS\ ?
- - \footnotesize \textcolor{mygreen}{$1000*(16 bits)$ = 2000 bytes}
+1. Quelle est la taille de la FAT en bytes pour ce FS ? \
+`$1000*(16 bits) = 2000$` bytes <!-- .element: class="fragment" data-fragment-index="0" -->
-1. Quelle est la taille de fichier maximum supportée pour ce FS (en bytes, KB et MB)\ ?
- - \footnotesize \textcolor{mygreen}{$1000*4096$ = 4096000 bytes, 4000 KB, 3.9 MB}
+1. Quelle est la taille de fichier maximum supportée pour ce FS (en bytes, KB et MB) ? \
+`$1000*4096 = 4096000$` bytes, `$4000$` KB, `$3.9`$ MB <!-- .element: class="fragment" data-fragment-index="0" -->
-1. Combien de blocs de données cette FAT pourrait-elle gérer au maximum théoriquement\ ?
- - \footnotesize \textcolor{mygreen}{$(2^{16})-1$ = 65535}
+1. Combien de blocs de données cette FAT pourrait-elle gérer au maximum théoriquement ? \
+`$(2^{16})-1$ = 65535` <!-- .element: class="fragment" data-fragment-index="0" -->
-:::
-[//]: # ----------------------------------------------------------------
-## 2b | Allocation par FAT : synthèse
+--
+
+## 2.b. Allocation par FAT : synthèse
- \textbf{\textcolor{mygreen}{Avantages}}
- relativement facile à implémenter
@@ -270,8 +274,9 @@ Soit le FS de type FAT suivant :
- la FAT doit être chargée en RAM (sinon performances catastrophiques)
- fragmentation interne lorsque taille fichier < taille bloc
-[//]: # ----------------------------------------------------------------
-## 3 | Allocation indexée
+--
+
+## 3. Allocation indexée
- Chaque fichier est associé à un **inode** de taille fixe
- L'inode contient
@@ -283,8 +288,9 @@ Soit le FS de type FAT suivant :
\centering
{ width=50% }
-[//]: # ----------------------------------------------------------------
-## 3b | Allocation indexée multi-niveau
+--
+
+## 3.b. Allocation indexée multi-niveau
\small
@@ -294,8 +300,9 @@ Soit le FS de type FAT suivant :
\centering
{ width=90% }
-[//]: # ----------------------------------------------------------------
-## 3b | Allocation indexée multi-niveau : exemple
+--
+
+## 3.b Allocation indexée multi-niveau : exemple
\small
@@ -323,8 +330,9 @@ Soit le FS de type indexé multi-niveau suivant :
- \footnotesize \textcolor{mygreen}{$1024/64$ = 16}
-->
-[//]: # ----------------------------------------------------------------
-## 3b | Allocation indexée : synthèse
+--
+
+## 3.b. Allocation indexée : synthèse
- \textbf{\textcolor{mygreen}{Avantages}}
- relativement facile à implémenter
@@ -338,8 +346,9 @@ Soit le FS de type indexé multi-niveau suivant :
- sinon, accès potentiellement lent
- fragmentation interne lorsque taille fichier < taille bloc
-[//]: # ----------------------------------------------------------------
-## 3c | Allocation par extent
+--
+
+## 3.c. Allocation par extent
- Principe similaire à l'allocation indexée
- **Différence** : un pointeur référence un **\textit{extent}** plutôt qu'un bloc
@@ -351,8 +360,9 @@ Soit le FS de type indexé multi-niveau suivant :
- **Avantages** : moins de blocs à stocker si la plupart des allocations sont contiguës
- Utilisé par les FS "modernes" : ext4, btrfs, ntfs, xfs, etc.
-[//]: # ----------------------------------------------------------------
-## 3c | Allocation par extent : synthèse
+--
+
+## 3.c. Allocation par extent : synthèse
- \textbf{\textcolor{mygreen}{Avantages}}
- les fichiers peuvent grandir (tant qu'il y a des extents libres)
@@ -365,7 +375,8 @@ Soit le FS de type indexé multi-niveau suivant :
- \ plus complexe que l'allocation indexée
- fragmentation interne lorsque taille fichier < taille bloc
-[//]: # ----------------------------------------------------------------
+--
+
## Ressources
\small
diff --git a/9.filesystems/index.html b/9.filesystems/index.html
index 74c6652..04b3d67 100644
--- a/9.filesystems/index.html
+++ b/9.filesystems/index.html
@@ -3,7 +3,6 @@
<head>
<meta charset="utf-8">
- <meta name="generator" content="pandoc">
<meta name="author" content="Guillaume Chanel">
<title>Systèmes de fichiers</title>
<meta name="apple-mobile-web-app-capable" content="yes">
@@ -39,6 +38,13 @@
<body>
<div class="reveal">
<div class="slides">
+ <section>
+ <section>
+ <h1>Systèmes de fichiers</h1>
+ <p>Guillaume Chanel</p>
+ <p>Remerciements à Florent Glück</p>
+ </section>
+ </section>
<section data-markdown="01_Systemes_fichiers_intro.md" data-separator-vertical="^\r?\n--\r?\n$"></section>
<section data-markdown="02_Systemes_fichiers_strategies_alloc.md" data-separator-vertical="^\r?\n--\r?\n$"></section>
<section data-markdown="03_Systemes_fichiers_struct_disque.md" data-separator-vertical="^\r?\n--\r?\n$"></section>
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