Grundlagen der Dateisysteme und Festplatten-Scheduling

Das Dateisystem des Betriebssystems

Das Dateisystem ist ein wesentlicher Bestandteil des Betriebssystems. Es ist dafür verantwortlich, Benutzern den Zugriff auf ihre Dateien und Programme zu ermöglichen und die Sicherheit vor unbefugtem Zugriff durch andere Nutzer zu gewährleisten.

Grundlegende Datenstrukturen

• Feld: Eine Reihe von miteinander verknüpften Zeichen (Typen: numerisch, alphanumerisch, Boolean, etc.).
• Rekord (Datensatz): Eine Reihe von Feldern, die eine Einheit bilden.
• File (Datei): Eine Reihe von miteinander verknüpften Datensätzen.
• Database (Datenbank): Eine Gruppe von verwandten Dateien, die gemeinsam verwaltet werden.
• Key (Schlüssel): Ein Satz aus einem oder mehreren Feldern, um Datensätze eindeutig zu identifizieren.

Planung der Festplattenzugriffe

Die Geschwindigkeit der Festplattenzugriffe ist ein entscheidender Faktor für die System-Performance. Ein Festplattenzugriff umfasst im Wesentlichen drei Operationen:

1. Suche (Seek): Bewegen des Arms zur richtigen Position.
2. Latenz: Warten, bis der gewünschte Block unter dem Lese-/Schreibkopf liegt.
3. Transmission: Übertragung des gewünschten Blocks.

Die Suchzeit und Latenz hängen von der relativen Position der Blöcke und Köpfe ab. Die Übertragungszeit ist bei allen Eingängen gleich.

Scheduling-Algorithmen

Wenn mehrere Anfragen gleichzeitig eingehen, verwaltet das System eine Warteliste. Das Ziel der Scheduling-Algorithmen ist es, die Armbewegungen zu minimieren und die Gesamtzeit der Anfragen zu optimieren:

• FCFS (First-Come, First-Served): Bedienung in der Reihenfolge des Eintreffens. Einfach, aber mit begrenzter Effektivität.
• SSTF (Shortest Seek Time First): Bedienung der Anfrage mit der kürzesten Suchzeit. Nachteil: Kann zu unbestimmter Verzögerung (Starvation) einzelner Anfragen führen und ist daher für interaktive Systeme weniger geeignet.
• SCAN: Anfragen werden in der aktuellen Bewegungsrichtung des Arms bearbeitet.
• C-SCAN (Circular SCAN): Ähnlich wie SCAN, jedoch wird der Arm nach Erreichen des letzten Zylinders direkt an den Anfang zurückgesetzt, ohne Anfragen auf dem Rückweg zu bedienen.

In der Praxis kehrt der Arm oft um, sobald die letzte Anfrage in der aktuellen Richtung bedient wurde. SCAN und C-SCAN sind besonders bei hoher Systemlast effizient.

Das Dateisubsystem

Dateien sind Gruppen von miteinander verknüpften Informationen, für die verschiedene Operationen wie Lesen, Schreiben oder Ändern möglich sind. Das Betriebssystem definiert die Schnittstelle zur Hardware. Das Dateisubsystem übernimmt dabei folgende Aufgaben:

1. Storage-Management: Zuweisung des Speicherplatzes.
2. Zugriffsmethoden: Verwaltung der Art und Weise, wie auf Daten zugegriffen wird.
3. File-Management: Verwaltung der vorhandenen Dateien.
4. Schutz und Integrität: Gewährleistung von Datensicherheit und Privatsphäre.