# Dateisysteme
## Warum Dateisysteme
- Neben Verwaltung des Hauptspeichers und Cache
  - Verwaltung des Massenspeichers (bspw. SSD, Festplatte)
- Organisation der Ablage von Dateien
- Dateisysteme verwalten die Namen und Attribute (Metadaten) der Dateien
  - Bilden einen Namensraum
    - Hierarchie von Verzeichnissen und Dateien

## Dateien
- Datei dient der Abstraktion
- Bietet Möglichkeit Informationen auf einer Platte zu speichern/lesen
  - Nutzer müssen Details der Speicherung verborgen bleiben
    - _Wo_ und _Wie_
  - Wichtigstes Merkmal ist Art und Weise wie verwaltete Objekte benannt werden
- Wenn Prozess Datei erzeugt, vergibt er ihr einen Namen
- Bei einigen Systemen (bspw UNIX)
  - Dateiendungen lediglich Konventionen, die vom Betriebssystem nicht erzwungen
  - Datei _file.txt_ kann Textdatei sein, Name dient mehr dazu den User zu erinnern
- Andererseits könnte ein C-Compiler darauf bestehen, dass Eingabedateien Endung ".c" haben
  - Für BS ist das egal
- Dateien können in verschiedenster Art und Weise strukturiert sein
  - **Bytefolge**
  - **Datensätze**
  - **Baumstrukturen**
- In den meisten Fällen werden Dateien als Bytefolgen angesehen
  - Maximum an Flexibilität
  - Interpretation der Inhalte erfolgt auf Anwendungsebene

## Sequenzieller Dateizugriff
- Prozess kann alle Bytes oder Datensätze einer Datei nacheinander lesen
- Überspringen oder Zugriffe außerhalb der Reihenfolge nicht möglich
  - Sequenzielle Dateien konnten zurückgespult werden
    - können so oft wie nötig gelesen werden

## Wahlfreier Dateizugriff
- Mit Einführung der Platte als Speichermedium
  - Möglichkeit die Bytes oder Datensätze in beliebiger Reihenfolge auslesen
    - über Schlüssel statt Positionsangabe zugreifen
    - Dateien, bei denen das geht = Dateien mit _wahlfreiem Zugriff_ (random access file)
      - sind heute Voraussetzung für viele Anwendungen
        - bspw. für Datenbanksysteme

## Dateiattribute
- Eigenschaften / Metadaten
- Können von BS / Dateisystem verwaltet werden
  - enthalten Größe, Erstellungsdatum, Zugriffsrechte ...

## Dateioperationen
### Create
- Datei wird ohne Datum erzeugt
  - Entstehung der Datei ankündigen und eigene Attribute festlegen

### Delete
- Wird eine Datei nicht länger benötigt, muss sie gelöscht werden

### Open
- Bevor eine Datei benutzt werden kann, muss ein Prozess sie öffnen
  - Open ermöglicht Laden in Arbeitsspeicher

### Close
- Freigeben des internen Tabellenspeichers

### Read
- Daten werden aus Datei gelesen
  - Bytes von der aktuellen Position
  - Aufrufer muss angeben wie viele Daten benötigt werden
    - Puffer für Daten zur Verfügung stellen

### Write
- Wenn aktuelle Position an Ende der Datei
  - Dateigröße erhöht sich
- Befindet sich Position in der Mitte der Datei
  - vorhandene Daten werden überschrieben

### Append
- Eingeschränkte Form von [Write](#write)

### Seek
- Bei Dateien mit wahlfreiem Zugriff
  - Von wo Daten holen?
- Seek positioniert Dateizeiger an einer bestimmten Stelle in der Datei
- Danach lesen/schreiben an Position

### Rename
- Name der Datei ändern
- nicht zwingend notwendig
  - normalerweise in eine neue Datei mit anderem Namen umkopieren
  - alte löschen

### Get attributes

### Set attributes

## Verzeichnisse
- Verzeichnissystem mit nur einer Ebene ist angemessen für sehr einfache Anwendungen
- ![image_338.png](image_338.png)
- **absolute Pfadnamen**
  - Gesamter Pfad von Wurzel bis Datei
- **relative Pfadnamen**
  - In Verbindung mit dem Konzept des Arbeitsverzeichnisses
    - ./
      - aktuelles Verzeichnis
    - ../
      - übergeordnetes Verzeichnis
- ![image_339.png](image_339.png)

## Verzeichnisoperationen
### Create (Verzeichnis)

### Delete (Verzeichnis)
- Es kann immer nur ein leeres Verzeichnis gelöscht werden
  - (., .. dürfen enthalten sein)

### Opendir
- Um beispielsweise alle Dateien in einem Verzeichnis aufzulisten

### Closedir

### Readdir
- Aufruf gibt nächsten Eintrag eines geöffneten Verzeichnisses zurück

### Rename (Verzeichnis)

### Link
- Durch Technik des Verlinkens können Dateien in mehr als einem Verzeichnis vorkommen
- Spezifiziert eine vorhandene Datei und erzeugt Verbindung von dieser Datei zu dem Namen

### Unlink
- Verzeichniseintrag wird entfernt
  - Falls nur in einem Verzeichnis → [löschen](#delete)

## Implementierung
- BIOS liest MBR ein, führt aus
  - MBR-Programm 
    - lokalisiert aktive Partition
    - liest ersten Block (Boot-Block)
    - führt aus
      - lädt BS, das in Partition gespeichert ist
- Dateisystem enthält häufig noch Superblock
  - enthält alle _Schlüsselparameter_ des Dateisystems
    - **Magische Zahl**
      - identifiziert Typ des DS
    - **Anzahl der Blöcke**
    - **Weitere administrative Schlüsselinformationen**
  - wird bei Start in den Speicher geladen
- Danach
  - **Freie Blöcke**
    - Bitmap oder Liste von Zeigern
  - **I-Nodes**
    - Feld von Datenstrukturen
      - Jede beinhaltet Informationen über je eine Datei
  - **Wurzelverzeichnis**
    - Spitze des Dateibaums
- ![image_340.png](image_340.png)

### Methoden zur Belegungsverkettung
#### Zusammenhängende Belegung