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Systèmes d'Exploitation Gestion de fichiers Paternité - Pas d'Utilisation Comme

Systèmes d'Exploitation Gestion de fichiers Paternité - Pas d'Utilisation Commerciale : http://creativecommons.org/licenses/by-nc/2.0/fr/ Y. CHALLAL, H. BETTAHAR, M. VAYSSADE Table des matières Objectifs 5 I - Système de Gestion de Fichiers 7 A. Gestion des entrées sorties sur disque [Beauquier]................................7 1. Caractéristiques physiques d'un disque dur.............................................7 2. Ordonnancement des requêtes du disque................................................8 B. Concept de fichier.............................................................................9 C. Allocation contiguë..........................................................................10 D. Allocation avec une liste chaînée.......................................................11 E. Allocation avec une liste chaînée indexée............................................12 F. Allocation avec des i-noeuds.............................................................12 G. Opérations sur les fichiers................................................................13 1. Opérations sur les fichiers...................................................................13 H. Opérations sur les fichiers sous UNIX [bouzefrane03]..........................15 Y. Challal, H. Bettahar / UTC 3 Objectifs  Analyser le fonctionnement du sous-système de gestion de fichiers Y. Challal, H. Bettahar / UTC 5 I - Système de Gestion de Fichiers I Gestion des entrées sorties sur disque [Beauquier] 7 Concept de fichier 9 Allocation contiguë 10 Allocation avec une liste chaînée 11 Allocation avec une liste chaînée indexée 12 Allocation avec des i-noeuds 12 Opérations sur les fichiers 13 Opérations sur les fichiers sous UNIX [bouzefrane03] 15 A. Gestion des entrées sorties sur disque [Beauquier] 1. Caractéristiques physiques d'un disque dur Structure Un disque est composé d'un ou plusieurs plateaux magnétiques ou optiques. Chaque face du plateau est divisée en pistes, qui sont des cercles concentriques, et en "quartier", d'angles fixe. L'intersection d'une piste et d'un quartier s'appelle un secteur. Les secteurs sont organisés en deux parties : des octets "utiles", et des octets Division d'un disque en secteurs Y. Challal, H. Bettahar / UTC 7 contenant diverses informations de contrôle, comme le numéro de secteur et bits de parité. La plupart du temps, le secteur correspond à ce que nous avons appelé bloc, c'est-à-dire à l'unité de transfert entre le périphérique et la mémoire centrale. Cependant un bloc peut dans certains cas être composé de plusieurs secteurs. Accès L'accès à une face d'un disque s'effectue au moyen d'un bras, supportant une tête de lecture-écriture. Le bras avance ou recule pour atteindre les différentes pistes et le disque est entraîné par un moteur dans un mouvement de rotation de façon que la tête puisse atteindre tous les secteurs. La réalisation d'une opération d'entrée-sortie comprend plusieurs étapes. La première est l'attente dans une file du dispositif de lecture-écriture, si celui-ci n'est pas disponible. Ensuite, le bras est déplacé de sorte que les têtes se trouvent positionnées sur le bon cylindre. La durée correspondant à ce déplacement s'appelle temps de recherche. Puis la rotation du disque amène ce secteur sous la tête de lecture-écriture, avec une durée appelée temps de latence. Enfin, le transfert depuis ou vers la mémoire centrale est effectué, avec un temps de transfert. Le temps de recherche est généralement le plus élevé des deux et l'objectif de la plupart des algorithmes d'ordonnancement est de le minimiser. 2. Ordonnancement des requêtes du disque a) Ordonnancement dans l'ordre d'arrivée (FIFO) Les requêtes sont traitées dans leur ordre d'arrivée. Bien qu'il s'agisse d'une stratégie équitable, les performances sont parfois très médiocres. Exemple Supposons qu'un disque contienne 20 pistes, numérotées de 0 à 19, et que la tête de lecture-écriture soit positionnée à la piste numéro 14. Une requête étant Disque dur à deux plateaux Y. Challal, H. Bettahar / UTC 8 Système de Gestion de Fichiers représentée par son numéro de piste, la file d'attente contient les requêtes suivantes dans l'ordre d'arrivée : 17, 18, 4, 11, 2, 12. En appliquant l'algorithme FIFO, le nombre total de piste parcourues est 44 pistes. b) Ordonnancement suivant le plus court temps de recherche Dans cet algorithme, la prochaine requête traitée est celle pour laquelle le déplacement de la tête est minimal, à partir de la position courante. Exemple En considérant la liste de requêtes de l'exemple précédent et la stratégie PCTR, le nombre total de pistes parcourues devient égal à 26. Si de nouvelles requêtes arrivent en cours de traitement, un phénomène de famine peut se produire. Supposons par exemple qu'il arrive un flot continu de requêtes pour des pistes proches de 14. Ces requêtes sont traitées par PCTR avant celles qui concernent les pistes 2 et 4, obligeant ces dernières à attendre indéfiniment. c) Ordonnancement par balayage Cet algorithme parcourt toutes les pistes dans une direction donnée, par exemple vers l'intérieur, et traite au fur et à mesure les requêtes qu'il rencontre. Ensuite, la tête change de direction et balaie toutes les pistes vers l'extérieur. Cette version de balayage est appelée SCAN. Dans la version connue sous le nom LOOK, la tête ne va pas jusqu'au bout des pistes mais repart dans l'autre sens dès qu'il n'y plus de requête en attente. Exemple En considérant la même liste de requête des exemple précédent, le nombre total de piste parcourues avec l'algorithme LOOK est 20 pistes. B. Concept de fichier Définition : Fichier On désigne sous le nom de fichier un ensemble d'informations regroupées en vue de leur conservation et de leur utilisation dans un système informatique. Les fichiers ont le plus souvent une durée de vie supérieure à la durée de l'exécution d'un programme ou à celle d'une séance de travail: leur support permanent est donc la mémoire secondaire [krakowiak87]. Tableau 1 : Mouvements de la tête avec FIFO Tableau 2 : Mouvements de la tête avec PCTR Tableau 3 : Mouvements de la tête avec LOOK 0 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16 17 18 19 0 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16 17 18 19 0 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16 17 18 19 Y. Challal, H. Bettahar / UTC 9 Système de Gestion de Fichiers Définition : Système de gestion de fichiers Un fichier est un objet qui possède un nom qui permet de le désigner et il est muni de fonctions d'accès, c'est-à-dire d'opérations qui permettent de consulter ou de modifier les informations qu'il contient. La partie d'un système d'exploitation qui assure la conservation des fichiers et réalise les fonctions d'accès est appelée système de gestion de fichiers (en abrégé SGF) . Définition : Bloc L'unité d'allocation sur un disque est le bloc, qui est une unité logique qui peut contenir un nombre variable de secteurs physiques; ce nombre étant fonction de la taille du bloc qui est fixé par l'administrateur du système à la création de la partition. Remarque : Bloc : unité élémentaire d'allocation Selon sa taille, un fichier occupe sur le disque un certain nombre de blocs. Les blocs sont alloués entièrement au fichier; autrement dit, si la taille du bloc est de 2 Ko, un fichier de 2100 octets occupera 2 blocs, soit 4096 octets [bouzefrane03]. Il existe plusieurs techniques d'allocation de blocs aux fichiers, que nous détaillons dans ce qui suit. C. Allocation contiguë Définition : Allocation contiguë Elle consiste à trouver suffisamment de place sur l'unité de stockage, pour stocker le fichier de manière contiguë. Remarque : évolution du fichier et fragmentation La première contrainte de cette technique d'allocation est évidemment la connaissance de la taille du fichier au moment de sa création car il faut lui réserver dès le départ suffisamment de place. La taille du fichier peut évoluer durant son existence. Autrement dit, l'espace réservé peut devenir insuffisant ou, au contraire, partiellement inutilisé: on parle de fragmentation de l'unité de stockage [bouzefrane03]. Structure du répertoire Dans cette technique d'allocation, la structure répertoire contient le nom du fichier, son bloc disque de départ et le nombre de blocs faisant partie du fichier. La figure (cf. 'Allocation contiguë' p 11) illustre cette technique de stockage. Y. Challal, H. Bettahar / UTC 10 Système de Gestion de Fichiers D. Allocation avec une liste chaînée Méthode : Liste chaînée des blocs Pour éviter le problème de fragmentation, cette technique place les blocs du fichier à des endroits différents sur l'unité de stockage ; ces blocs sont gérés à l'aide d'une liste chaînée [bouzefrane03]. Remarque : Lenteur d'accès L'accès à un bloc du fichier reste toutefois lent car il faut accéder aux différents éléments de la liste à différents endroits de l'unité de stockage . Structure d'un répertoire Dans cette technique d'allocation, la structure répertoire contient le nom du fichier, le bloc de départ et le bloc de fin. La figure (cf. 'Allocation avec une liste chaînée' p 11) illustre cette technique de stockage. Allocation contiguë Allocation avec une liste chaînée Y. Challal, H. Bettahar / UTC 11 Système de Gestion de Fichiers E. Allocation avec une liste chaînée indexée Méthode : File Allocation Table (FAT) Cette technique d'allocation gère aussi une liste chaînée de blocs. Mais pour éviter les accès, qui peuvent être nombreux, aux éléments de la liste chaînée sur l'unité de disque, elle implémente la liste dans une table en mémoire (dite FAT: File Allocation Table). Chaque entrée de la table possède un numéro du bloc physique ainsi que celui qui le suit dans la liste [bouzefrane03] (voir figure (cf. 'FAT: File Allocation Table' p uploads/Management/ ch9-sgf.pdf