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Writerside/topics/BS/16_Dateisysteme.md

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     - Spitze des Dateibaums
 - ![image_340.png](image_340.png)
 
-### Methoden zur Belegungsverkettung
+## Methoden zur Belegungsverkettung
-#### Zusammenhängende Belegung
+### Zusammenhängende Belegung
+- Einfachstes Belegungsschema
+- Speicherung als zusammenhängende Menge von Plattenblöcken
+  - Jede Datei beginnt mit neuem Block
+- ![image_351.png](image_351.png)
+- | Vorteile                                                                                            | Nachteile                                                                     |
+  |-----------------------------------------------------------------------------------------------------|-------------------------------------------------------------------------------|
+  | Einfach zu implementieren<br/>Lokalisierung der Dateiblöcke basiert auf zwei Zahlen                 | Im Laufe der Zeit wird die Platte fragmentiert                                |
+  | hervorragende Leseleistung<br/>Gesamte Datei kann mit einer Operation von der Platte gelesen werden | ![image_352.png](image_352.png)                                               |
+- In manchen Situationen praktikabel
+  - CD-ROM
+    - alle Dateigrößen sind bekannt, werden sich niemals während Gebrauch ändern
+  - DVD
+    - Kann als eine Datei gespeichert werden
+    - meistens ~4 1GB Dateien
+
+### Verkettete Listen
+- Jede Datei ist verkettete Liste von Plattenblöcken
+  - Erstes Wort = Zeiger auf den nächsten
+  - Rest = Daten
+- ![image_353.png](image_353.png)
+- | Vorteile                                                                | Nachteile                                                          |
+  |-------------------------------------------------------------------------|--------------------------------------------------------------------|
+  | Kein verlorener Speicherplatz durch Fragmentierung                      | sequenzielles Lesen zwar schnell, wahlfreier Zugriff sehr langsam  |
+| | Für Verzeichniseintrag ist Plattenadresse des ersten Blocks ausreichend | Um Auf Block n zuzugreifen müssen n-1 Blöcke vorher gelesen werden |
+
+### File Allocation Table (FAT)
+- Zeiger jedes Plattenblocks in einer Tabelle im Arbeitsspeicher
+- | Vorteile                                                                                       | Nachteile                                                                                           |
+  |------------------------------------------------------------------------------------------------|-----------------------------------------------------------------------------------------------------|
+  | Gesamter Block steht für Daten zur Verfügung                                                   | Gesamte Tabelle muss durchgehend im Speicher sein                                                   |
+  | Obwohl Kette verfolgt werden muss, kann das im RAM ohne Zugriffe auf Platte geschehen          | Bei einer !TB Festplatte mit einer Blockgröße von 1KB benötigt die Tabelle 1Mia*3Byte ~ 3GB des RAM |
+  | Es reicht für Verzeichniseintrag einen einzigen ganzzahligen Wert des Startblocks zu speichern |                                                                                                     |
+
+### I-Nodes (Index Node)
+- Datenstruktur, die Informationen über eine Datei oder ein Verzeichnis auf einem Dateisystem enthält
+  - Jede/s Datei/Verzeichnis ist durch einen eindeutigen I-Node identifiziert
+- | Vorteile                                                     | Nachteile                                                                                                                                                         |
+  |--------------------------------------------------------------|-------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------|
+  | I-Node muss nur im Speicher sein, solange Datei geöffnet ist | Jeder Node kann nur begrenzte Anzahl von Plattenadressen<br/>Sobald das Limit erreicht ist, müsste man die letzte Adresse als Zeiger auf den nächsten Node nehmen |
+  | Feld, das die I-Nodes enthält benötigt nur n*k Byte          |                                                                                                                                                                   |
+- ![image_354.png](image_354.png)
+
+
+## Dateinamen
+- Keine festgelegte Länge
+  - variable Dateinamenlängen verwalten?
+    - ![image_355.png](image_355.png)
+      - Nachteil: 
+        - Lücke variabler Länge
+          - entsteht, wenn eine Datei entfernt wird und nächste Lücke nicht genau passt
+      - Es ist möglich Verzeichniseinträge zu verschieben
+    - ![image_356.png](image_356.png)
+      - Für alle Dateinamen nur feste Längen zulassen
+        - Gemeinsam auf einem Heap am Ende des Verzeichnisses speichern
+      - Vorteil:
+        - nach Entfernen einer Datei passt nächste immer rein
+      - Heap muss mitverwaltet werden :/
+    - Lineare Suche → sehr langsam
+      - Verwendung einer Hashtabelle in jedem Verzeichnis
+        - Vorteil einer viel schnelleren Suche
+        - Nachteil: komplizierte Verwaltung
+      - Zwischenspeichern der Resultate vorangegangener Suchen
+
+## Gemeinsam genutzte Dateien
+- ![image_357.png](image_357.png)
+- Probleme:
+  - ![image_358.png](image_358.png)
+  - Enthält Verzeichnis Plattenadressen, dann muss Kopie der Adressen im Verzeichnis B angelegt werden
+  - Wenn B/C Daten an Datei anhängen
+    - neue Blöcke werden nur im Verzeichnis, in dem Änderung stattfand, aufgelistet
+    - Zweck gemeinsamer Verwendung verfehlt
+
+### Symbolische Links
+- Enthält Pfadnamen zur gewünschten Datei
+- Wenn B Datei liest, sucht BS direkt im angegebenen Pfad
+- | Vorteil                                                | Nachteile                                                                                  |
+  |--------------------------------------------------------|--------------------------------------------------------------------------------------------|
+  | Dateien auf entfernten, vernetzten Maschinen verlinken | zusätzlicher Aufwand<br/>eigener Plattenblock für Pfad                                     |
+  |                                                        | Datei mit Pfadnamen muss gelesen werden, Pfad analysieren, Komponente bis I-Node verfolgen |
+  |                                                        | Falls in Unterverzeichnissen wird Datei evtl. mehrfach gefunden                            |
+  |                                                        | Bei Einspielung auf anderen Computer → Link wird zur Kopie der selben Datei                |
+
+## Log-basiertes Dateisystem (LFS)
+- Schreibzugriffe sind effizienter als Lesezugriffe
+- Schreibleistungs- und Fragmentierungsprobleme überwinden
+  - Schreibvorgänge werden protokolliert
+- Mit schnelleren CPUs, größerem RAM wächst Platten-Cache schneller
+  - Viele Lesezugriffe direkt aus Platten-Cache
+    - Ohne Festplattenzugriffe
+    - Meiste Plattenzugriffe = Schreibzugriffe :)
+- Probleme
+  - Schreibzugriffe meist in Stückchen → ineffektiv
+  - Abhängig von
+    - Spurwechselzeit ([seek](#seek) time)
+    - Latenzzeit (latency)
+    - Kommando-Latenz (controller overhead)
+  - Inkonsistenzen bei Systemabstürzen
+- Lösungsansatz
+  - Alle noch ausstehenden im Speicher gepufferten Schreibaufträge regelmäßig sammeln
+    - An Ende des Logs schreiben
+      - Einzelnes Segment kann in beliebiger Reihenfolge I-Nodes, Verzeichnisblöcke und Datenblöcke enthalten
+        - Am Anfang Zusammenfassung über Inhalt
+- Probleme Lösungsansatz
+  - Log wird ohne Reorganisation immer größer
+    - Bereinigungsvorgang wird benötigt
+  - Über alle Vorgänge Protokoll zu führen erfordert logistischen Aufwand
+  - LFS sind hochgradig inkompatibel zu bestehenden Dateisystemen
+    - können Inkonsistenz bei Systemabstürzen nicht abfangen
+
+## Journaling
+- mit Grundgedanken von [LFS](#log-basiertes-dateisystem-lfs) Robustheit DS erhöhen
+  - Log ist Protokoll über geplante Aktionen
+- Bei Systemabsturz vor Beendigung einer geplanten Arbeit
+  - Bei Neustart im Log nachschauen, was gerade vor sich ging
+    - Vorgang sauber beenden
+- Beispiel:
+  - _NTFS_, _ext3_, _macOS Extended_
+- Für zusätzliche Zuverlässigkeit
+  - Datenbankkonzept der atomaren Transaktion
+    - Gruppe von Aktionen klammern
+      - Anfangstransaktion (begin transaction)
+      - Endtransaktion (end transaction)
+    - Dateisystem weiß, das es alle eingeklammerten oder keine ausführen muss
+  - ACID-Eigenschaften
+    - **Atomarität (Atomicity)**
+      - Transaktion wird als Ganzes behandelt
+        - alle oder keine Operationen in Transaktion ausführen
+        - Wenn eine fehlschlägt Rest rückgängig machen
+    - **Konsistenz (Consistency)**
+      - Transaktionen werden von einem in einen andern konsistenten Zustand überführt
+        - Nach Abschluss einer erfolgreichen Transaktion
+          - DB in Zusatnd, der Integritätsregeln entspricht
+    - **Isolation (Isolation)**
+      - mehrere gleichzeitige Transaktionen unabhängig, gleichzeitig ausführen
+    - **Dauerhaftigkeit (Durability)**
+      - einmal abgeschlossene Transaktion dauerhaft in DB gespeichert
+        - Änderung auch nach Systemabsturz / Neustart erhalten
+
+## Virtuelle Dateisysteme (VFS)
+- ![image_359.png](image_359.png)
+- Abstraktionsschicht im BS
+  - dient zur Vereinheitlichung der Dateisysteme und deren Zugriffsmethoden
+- Anwendungen können auf Dateien zugreifen
+  - ohne auf Details der zugrunde liegenden physischen Dateisysteme zu achten
+  - erleichtert Portabilität, flexiblere Verwaltung der Dateisystemressourcen
+- Wenn System hochgefahren
+  - Wurzeldateisystem beim VFS registrieren
+    - Liste der Adressen von Funktionen dem VFS zur Verfügung stellen
+      - Entweder lange Aufruftabelle oder eine Tabelle pro VFS-Objekt
+  - VFS legt im RAM V-Nodes an
+  - weitere Dateisysteme jetzt oder während Ausführung