Diplomarbeit - Operating Systems Group - Technische Universität ...

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6 KAPITEL 1. EINLEITUNG tet, und für einige Spezialanwendungen existieren auch eine Reihe von Lösungen, z.B. für Video-Server. Es besteht allerdings nach wie vor noch der Bedarf nach universellen Systemen, die neben Continuous Media Daten sowohl andere Daten mit Echtzeitanforderungen als auch Nicht-Echtzeitdaten gleichermaßen speichern können. Gliederung Das folgende Kapitel enthält einen Überblick über die wichtigsten Mechanismen zur Dateiverwaltung sowie eine genauere Beschreibung der für den Entwurf des Dateisystems besonders bedeutsamen Verfahren. Anschließend daran werden beispielhaft einige bekannte Dateisysteme kurz erläutert. In Kapitel 3 wird ausgehend von diesen Grundlagen der Entwurf des Echtzeitdateisystems für DROPS beschrieben. Über einige Details der Implementierung wird im darauf folgenden Kapitel eingegangen. Die Arbeit wird mit einer zusammenfassenden Bewertung sowie einem Ausblick auf weitere Arbeiten beschlossen.
Kapitel 2 Stand der Technik Das permanente Speichern von Daten gehört neben der Verwaltung des Hauptspeichers und von Prozessen zu einer der wichtigsten Aufgaben eines Betriebssystems. Mit der fortschreitenden Entwicklung der Betriebssysteme wurden daher auch auf dem Gebiet der Dateisysteme verschiedene Verfahren zur Verwaltung persistenter Daten entwickelt. Im folgenden sollen einige der grundlegenden Mechanismen erläutert sowie verschiedene Dateisysteme beispielhaft beschrieben werden. 2.1 Dateisystem-Mechanismen Jedes Dateisystem muß unabhängig von seinem Einsatzgebiet eine Reihe grundlegender Aufgaben erfüllen: es muß den Speicherplatz des Hintergrundspeichers (z.B. der Festplatte) verwalten, für die Daten muß Speicherplatz reserviert werden und die Dateien müssen in einer geeigneten Form nach außen repräsentiert werden. Für jede dieser Aufgaben existieren eine Reihe verschiedener Lösungen [Tan94]: ¡ Freispeicherverwaltung Für die Verwaltung des freien Speichers werden hauptsächlich zwei verschiedene Techniken angewendet: Freispeicherlisten und Bitmaps. Bei der ersten Variante werden die freien Bereiche in Form einer verketteten Liste verwaltet, wobei jedes Element dieser Liste den Verweis auf einen freien Block enthält. Demgegenüber wird bei der Verwendung einer Bitmap jeder Block durch ein Bit in diesem Bitfeld repräsentiert und durch die Belegung dieses Bits der Block als frei bzw. belegt gekennzeichnet. ¡ Block-Allokation Die Verwendung einer Bitmap erfordert in der Regel weniger Speicherplatz als eine Freispeicherliste, für die Suche eines freien Blocks in einer Bitmap wird allerdings mehr Zeit benötigt. Ein Vorteil einer Bitmap ist die konstante Größe, wodurch deren Verwaltung wesentlich einfacher als die einer Freispeicherliste ist. und Verwaltung In einem ersten Schritt lassen sich die Verfahren zur Block-Allokation in kontinuierliche und nichtkontinuierliche Allokation unterteilen. Bei einer kontinuierlichen Reservierung werden für eine Datei aufeinanderfolgende Blöcke verwendet, für die Beschreibung dieser Datei ist nur die Kenntnis des ersten Blocks und der Dateigröße notwendig. Dieses Verfahren hat den Vorteil, daß sequentielle Lese- oder Schreiboperationen ohne Neupositionierungen des Festplatten-Kopfes auskommen. Allerdings führt es sehr schnell zu einer starken Fragmentierung der Festplatte, so daß für das Speichern von Dateien kein genügend großer kontinuierlicher Speicherbereich zur Verfügung steht. Durch eine nicht-kontinuierliche Allokation der Blöcke kann dieses Problem gelöst werden, allerdings muß dann für jede Datei eine Liste mit den zu der Datei gehörenden Festplattenblöcken verwaltet werden. Dies kann auf verschiedene Weise erfolgen: 7
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