Modulo 3 Gestione dischi e periferiche

1. Tipi di file System Raid Tipologiedi Backup Ridondanza Modulo 3Gestionedischi e periferiche Burstnet Informatica

2. Tipi di File System • Definizionedi file system. • File. • Permessi sui file. • Differenzatra disco, partizione e file system. • Creazionedi un file system. • Glossario: partizioni, volumi, superblocco, i-node, bloccodati, metadati, attributi e journaling. • Qual è ilmigliore File System? • Cosac'entrano le reti? Burstnet Informatica

3. Tipi di file system • Lo scopoprincipaledi un computer è quellodicreare, manipolare, memorizzare e comunicaredati. • Un file system (FS) fornisce un meccanismo per supportare la fasedimemorizzazione. • Un FS comprendeimetodi e le strutturedidatiusateda un sistemaoperativo per teneretracciadei file su un supportodimemorizzazionepermanente, come un disco. Burstnet Informatica

4. File • Un file è un meccanismo di astrazione grazie al quale è possibile scrivere informazioni su un supporto di memorizzazione per poterle leggere e/o modificare in momenti successivi. • L'astrazione mediante file, da inoltre la possibilità all'utilizzatore di ignorare i dettagli e le modalità con cui le informazioni sono effettivamente scritte sul disco ed il funzionamento di quest'ultimo. Burstnet Informatica

5. File • E' importante allora fornire il quadro delle caratteristiche e delle operazioni tipicamente associate ai file. Daremo un veloce sguardo ai seguenti punti: • Nomi di file. • Struttura dei file. • Tipi di file. • Operazioni effettuabili sui file. Burstnet Informatica

6. File • Mediante il nome è possibile identificare un file e compiere su di esso tutte le operazioni possibili • Alcuni File system sono case sensitive • Altri file system impongono un limite sulla lunghezza dei nomi • Prime versione del file system FAT in dos Burstnet Informatica

7. File Struttura di un file Burstnet Informatica

8. File • Un file ha una struttura interna che può essere più o meno complessa. • In a) il file è visto come una sequenza di bytes(non strutturato) • In b) invece il file è organizzato in una sequenza di record di dimensioni fisse. • In c) il file è rappresentato con un albero di records non omogenei. Burstnet Informatica

9. File • I file possono essere di svariati tipi in dipendenza dei dati che contengono. • Il tipo di file determina la struttura interna del file. • Solitamente l'estensione del file è un modo per evidenziare di che tipo è un certo file. • Una distinzione fondamentale è sicuramente tra : • file di testo (ASCII) : file composto da una sequenza di caratteri ASCII • file binari: file composto da sequenza di byte codificato in codice binario • eseguibili: file di programmi • non eseguibili:dati non testuali prodotti da applicazioni utente Burstnet Informatica

10. File File binari: • I file binari sono file in cui i dati sono memorizzati nello stesso modo in cui si trovano in memoria, per cui, per esempio, un intero occupa su un file binario sempre sizeof(int) byte, indipendentemente dal suo valore. Al contrario, in un file di testo il numero 0 occupa 1 byte mentre 92134 occupa cinque byte (ha cinque cifre, e quindi servono cinque caratteri per scriverlo). I vantaggi dei file binari rispetto a quelli di testo sono: minore dimensione (in media), facilità di modificare il file, facilità di riposizionarsi nel file. Gli svantaggi sono la non portabilità da un tipo di calcolatore a un altro, e il fatto che non si può creare o modificare un file binario usando un editor di testi. Burstnet Informatica

11. File • Vi sono tutta una serie di dati che forniscono informazioni aggiuntive sui file che vengono chiamati attributi del file. Essi dipendono fortemente dal: • Sistema operativo e dal file system. Alcuni dei possibili attributi sono: • creatore • proprietario • flagreadonly , che indica se il file è leggibile o anche scrivibile. • flag che indica se il file è nascosto. Flag che indica se il file è binario o di testo • statistiche di accesso • dimensione Burstnet Informatica

12. File • Il file system mette a disposizione dell'utente una serie di operazioni elementari che è possibile eseguire sui file. • In generale, è sicuramente possibile effettuare le seguenti operazioni: • Creazione • Cancellazione • Accesso • Copia / spostamento • Condivisione / protezione • Ogni file system definisce le sue politiche per la definizione di tali ed altre operazioni. Burstnet Informatica

13. File Metodi di accesso • Sequenziale • read, write • Nastri • Ad accesso diretto • readpos, writepos (oppure operazione seek) • Dischi • Indicizzato • readkey, write key • database Burstnet Informatica

14. Permessi sui file - Unix • Tutti i sistemi Unix hanno una gestione standard dei permessi sui file, che rispecchia la natura del sistema operativo multiutente. • I permessi possono essere di lettura, scrittura ed esecuzione e vengono differenziati sulla base della natura dell'utente rispetto al file o directory: - utente proprietario owner del file - gruppo proprietario ownergroup del file - gli altri utenti others Burstnet Informatica

15. Permessi sui file - Unix • I permessi che abbiamo in Unix sono di: • Lettura • Scrittura • Esecuzione • Il permesso di esecuzione è necessario per poter accedere a delle directory e, ovviamente, permette l'esecuzione di file (script shell, perl, php, cgi; programmi binari compilati). • Test con ls • Per modificare i permessi dei file si usa il comando chmod Burstnet Informatica

16. Permessi sui file - Windows • The basic permissions you can assign to files and folders are: Full Control, Modify, Read & Execute, Read, and Write. Folder permissions include Full Control, Modify, Read & Execute, List Folder Contents, Read, and Write. • You should keep the following in mind: • Read is the only permission needed to run scripts. Execute permission applies only to executables. Burstnet Informatica

17. Permessi sui file - Windows • Read access is required to access a shortcut and its target. • Giving a user permission to write to a file but not to delete it doesn't prevent the user from deleting the file's contents. A user can still delete the contents. • If a user has full control over a folder, the user can delete files in the folder regardless of the permission on the files. Burstnet Informatica

18. Permessi sui file - Windows Burstnet Informatica

19. File • L'organizzazione dei file system • è basata sul concetto di directory, che fornisce un'astrazione per un'insieme di file • in molti sistemi, le directory sono file (speciali) • Operazioni applicabili alle directory • Creazione • Cancellazione • apertura di una directory • chiusura di una directory • lettura di una directory • Ridenominazione • link/unlink Burstnet Informatica

20. File • Struttura di un disco • un disco può essere diviso in una o più partizioni, porzioni indipendenti del disco che possono ospitare file system distinti • il primo settore dei dischi è il cosiddetto master boot record (MBR) • è utilizzato per fare il boot del sistema • contiene la partitiontable (tabella delle partizioni) • contiene l'indicazione della partizione attiva • Bootloader • al boot, l’MBR viene letto ed eseguito Burstnet Informatica

21. File • Struttura di una partizione • ogni partizione inizia con un boot block • MBR carica il boot block della partizione attiva e lo esegue • il boot block carica il sistema operativo e lo segue • l'organizzazione del resto della partizione dipende dal file system Burstnet Informatica

22. File • Superblock • contiene informazioni sul tipo di file system e sui parametri fondamentali della sua organizzazione • tabelle per la gestione dello spazio libero • struttura dati contenente informazioni sui blocchi liberi • tabelle per la gestione dello spazio occupato • contiene informazioni sui file presenti nel sistema • non presente in tutti i file system • root dir • directory radice (del file system) • file e directory Burstnet Informatica

23. Tipi di File System PARTIZIONI E VOLUMI • PARTIZIONE: un sottoinsiemedituttiiblocchichecompongono un disco. Un disco puòavere diverse partizioni. • VOLUME: ilnomecheassegniamo a unacollezionediblocchi o a un qualsiasi storage (Es. Disco).Il termine “volume” è usato per indicare un disco o unapartizioneche è statainizializzata con un file system. • Attenzione non è dettochetuttiiblocchidebbanorisiederesuun'unicapartizionedi un disco. • Attenzionevolume non è sinonimodipartizione (ex un floppy) Burstnet Informatica Disco fisicoPartizioneFilesystemLettera del drive Disco fisso 1 Partizione 1 NTFS C: Partizione 2 Disco fisso 2 Partizione 1 FAT32 D:

24. Tipi di File System SUPERBLOCCO • Superblocco: è un singoloblocco e contieneinformazioniglobalisul volume: • Dimensione del volume (# blocchi). • Informazioni per la gestionedeiblocchiliberi (numerodeiblocchiliberinel volume, testadella free-block list, flag di lock della free-block list). • Dimensionedellai-list. • Informazioni per la gestionedeglii-nodes liberi (numero, cache, flag di lock per la listadeglii-node liberi)... Burstnet Informatica

25. Tipi di File System I-NODE • Neisistemi Unix un i-node è unastrutturadatisul file system chearchivia le informazioni base dei file, dellecartelle o diqualsiasialtrooggetto. Le informazioni del file e la sualocazionefisica (se risiedesu un dispositivo a blocchi come, ad es., un hard disk). • Composizione: • Dimensione del file • Il proprietario e ilgruppodiappartenenza. • Le informazionitemporalidicreazione, modifica e ultimo accesso. • Il numerodicollegamentifisicichereferenzianol'i-node. • I permessid'accesso. Burstnet Informatica

26. Tipi di File System • Come utilizzagli I-NODE ilSistemaoperativo? • Quando un programma cerca di accedere ad un file tramite un nome (es. test.txt), il sistema operativo cerca l'i-node corrispondente e recupera tutte le informazioni sopra descritte per operare correttamente con il file. Burstnet Informatica

27. Tipi di File System BLOCCO DATI • Il bloccopuòesseredefinito come la piùpiccolaunitàche un disco o un file system possonoscrivere/leggere. • Ognicosache un file system può fare è compostadaoperazionifatte sui blocchi. • Un bloccodi un file system è sempredidimensioneuguale o maggiore (in multipliinteri) rispettoalledimensionideiblocchi del disco. Burstnet Informatica

28. Tipi di File System METADATI • Un metadato, letteralmente "dato su un (altro) dato", è l'informazione che descrive un insieme di dati. • Un esempio tipico di metadati è costituito dalla scheda del catalogo di una biblioteca, la quale contiene informazioni circa il contenuto e la posizione di un libro, cioè dati che si riferiscono al libro. • La grandezza di un file è un'informazione molto importante, ma non fa parte dei dati contenuti all'interno dei file. Burstnet Informatica

29. Tipi di File System • Esempidi ATTRIBUTI in un sistema Linux: • Tipo:ordinario, directory, speciale? • Posizione: dove sitrova? • Dimensione:quanto è grande? • Numerodi links:quantinomi ha? • Proprietario: chi lo possiede? • Permessi: chi puòusarlo e come? • Creazione:quando è statocreato? • Modifica:quando è statomodificatopiùdirecente? • Accesso:quando è statol'accessopiùrecente? Burstnet Informatica

30. Tipi di File System JOURNALING • Journaling: metodo per assicurare la correttezzadeimetadati del file system anche in presenzadiinterruzionidicorrente o diriavviiinattesi. • Il journaling sibasasulconcettoditransazione, ogniscritturasu disco è interpretatadal file system come unatransazione. • I piùdiffusi file system dotatidi journaling sono: NTFS, ext3, ext4, ReiserFS, XFS, Journaled File System (JFS), VxFS, HFS+. Burstnet Informatica

31. Tipi di File SystemQual è ilmigliore? • Dipende ...diseguitoalcuniparametridaconsiderare per la sceltadi un file system: • - Sistemaoperativo host • - Sistemadimemorizzazione in uso (hard disk, pen drive ecc.) • - Velocitàdiscrittura • - Velocitàdilettura • - Velocitàdiricerca • - Sicurezza e integritàdeidati in casodi crash • - Esigenzelocali o remote Un file system puòlimitare la gestionedei file sul disco. Ad esempio in Fat32 la dimensionedi un singolo file non puòsuperarei 4GB. Burstnet Informatica

32. Tipi di File SystemCosac'entrano le reti? Un file system (locale) come è statodescritto, rendedisponibilii file aiprocessi del sistema, che ne fannorichiesta. Tuttavia, esisteun'altracategoriadi FS, ovveroiFS distribuiti. Un file system distribuito (in inglese, Distributed File System, o DFS) è un particolare file system, chepermette la memorizzazionedifile e risorse in dispositividiarchiviazionedistribuiti in unareteinformatica. Locale vsDistribuito.Nel DFS idati non vengonoletti o archiviatisu un dispositivo locale, ma attraverso un meccanismo client-server e sudispositiviremoticollegati in manieratrasparenteallapropriagerarchiadi file. Burstnet Informatica

33. Tipi di File SystemCosac'entrano le reti? • Modelliimplementativi: • - Serverless: termineusato per riferirsi ad un network la cui gestionenonvieneincentratasudei server, ma vienedislocatafraivariutenticheutilizzanoil network stesso, quindiillavoronecessariodigestione del network vieneeseguitodaglistessiutilizzatori. • - Client server basatasu due processi: • Server fornisceservizidi file serving • Client è l'utilzzatoredeiservizi: • Stateless • Stateful Burstnet Informatica

34. Tipi di File SystemCosac'entrano le reti? • Client-server STATELESS: • Il server non mantienenessunainformazionesuciòcheaccade sui client (la richiesta del client dovràesserecompleta: autenticazione, file path ecc.). • La perditadiconnesione non danneggiai file. • Ex NFS (Network File System). Client-server STATEFUL: • Il server mantienei file descriptor. • Miglioriprestazionirispetto a stateless. • File locking. • Ex AFS. Burstnet Informatica

35. Tipi di File SystemCosac'entrano le reti? • • I piu’ noti esempi di File System Distribuiti sono: • • Network File System (NFS) • • E’ il frutto di un progetto del 1984 della SUN Microsystems che aveva l’obiettivo di permettere l’accesso ai dischi remoti come se fossero dischi locali. • • Andrew File System (AFS) • • E’ un file system distribuito sviluppato nel 1983 alla Carnegie Mellon University come parte di un progetto per un sistema distribuito. Prende il nome da Andrew Carnegie e Andrew Mellon fondatori dell’universita’ • • Nonostante la loro larga diffusione hanno caratteristiche molto diverse tra loro. Burstnet Informatica

36. Tipi di File SystemCosac'entrano le reti? • NFS permette a calcolatori con sistema Unix (ma non solo), che compongono un sistema distribuito, di condividere file, directory o un intero file system utilizzando il modello ad accesso remoto, come se si fosse in presenza di un unico file system logico. • Ogni server esporta una o piu’ directory per far accedere i client da remoto. • I client accedono alle directory montandole come parte del proprio file system Burstnet Informatica

37. Tipi di File SystemCosac'entrano le reti? • Protocollo per il montaggio • Un client, per fare il mount di una directory, invia una rischiesta al server, specificando pathname e i relativi permessi. • Se il pathname è valido e la directory è esportata, il server restituisce al client un file handle con le informazioni sul file system, il disco, gli inode della directory • Il server mantiene una lista delle directory correntemente • esportate e montate dai client ( /etc/exports) • Alcune versioni di Unix supportano l’Automount, che permette di montare automaticamente al boot le directory • Automount gestisce la replicazione dei file mediante server alternativi ridondanti. Burstnet Informatica

38. Tipi di File SystemCosac'entrano le reti? • Implementazionesinteticadi NFS su un sistema Unix previainstallazionedei software necessari: • Latoserver: • Scegliamoqualirisorsecondividereattraversoil file /etc/exports, ad esempioaggiungendoun’istruzionecome segue: /path/da/condividere/ rete(opzioni) Per retepoteteindirizzare un singoloip del client al qualevoletededicare la risorsa, o unarete, o un dominio. • Avviamoidemoni: etc/rc.d/rc.nfs start; /etc/rc.d/rc.rpc start • Latoclient: • Per montare: mount -t nfs -o bg,intr,hardip.server:/path/scritta/sul/exports/del/server/ /mount/point • Per smontare: umount /punto/di/mount/sul/client Burstnet Informatica

39. Tipi di File SystemCosa c'entrano le reti? • CONCLUSIONI 1/3 • Eccellente esempio di semplice, robusto ed efficiente file system distribuito • • Trasparenza di Accesso: eccellente. • Viene nascosto l’indicazione del calcolatore dove sono memorizzati i file. • • Trasparenza di Locazione: • Il nome del file non indica dove esso sia memorizzato effettivamente • • Concorrenza : adeguata per la maggior parte dei casi. Quando i file sono modificati da più client ci può essere inconsistenza. Burstnet Informatica

40. Tipi di File SystemCosac'entrano le reti? CONCLUSIONI 2/3 • Replicazione dei file: limitata ai soli file in lettura • Burstnet Informatica

41. Tipi di File SystemCosac'entrano le reti? CONCLUSIONI 3/3 • Fault tolerance: buona. E’ sospeso il servizio solo del server che diviene non disponibile e il recovery è aiutato dall’assenza di stato (vers. 2 e 3) • Efficienza: buona. La maggior parte del tempo di accesso è speso nella risoluzione dei nomi (utile la cache nel client). Letture e scritture sui file pesano per al più il 5% del tempo. • Scalabilità: buona. File system molto grandi possono essere suddivisi su più server. Burstnet Informatica

42. Tipi di File SystemCosac'entrano le reti? • llfile system Andrew (AFS) è un file system distribuitosviluppatodalla Carnegie Mellon University, all'interno del progetto Andrew. L'utilizzoprincipalediquesto file system è nell'elaborazionedistribuita. In ambitocommercialecisonorealtàdi AFS con oltre 50000 clients. • AFS utilizza Kerberos per eseguire le autenticazioni. • Implementaliste per ilcontrollodegliaccessiallesingolecartelle per utenti e gruppi, implementaACL susingolecartelle per utenti e gruppi. • Caching a livello del client • MultipiattaformaUnix, Linux, MacOs, Windows Burstnet Informatica

43. Tipi di File SystemCosac'entrano le reti? • AFS: idea di base • Assunzione 1 : i file sono usati molto in lettura e poco in scrittura. • Assunzione 2: la maggior parte dei file non ha grandi dimensioni. • IDEA: • Fare in modo che ogni utente lavori il più possibile localmente e interagisca il meno possibile con il resto del sistema. • All’apertura di un file, Venus(lato client) cattura la open e trasferisce tutto il file sul disco locale. • Il file descriptor si riferisce al file locale. • Tutte le operazioni di read e write sono sul file locale. • Alla chiusura del file Venus trasferisce l’intero file sul server. Burstnet Informatica

44. Tipi di File SystemCosac'entrano le reti? • AFS CONCLUSIONI • Trasparenza di locazione e di accesso: ogni client ha la stessa visione dei file poichè AFS ha una radice comune. • Prestazioni: la cache locale riduce il traffico di rete. • Scalabile: mantiene le stesse prestazioni sia su piccoli cluster sia su grandi installazioni. • Sicurezza: piu’ sicuro di NFS. • Concorrenza: garantita secondo la semantica di sessione. • Fault tolerance: se il server diventa indisponibile non e’ possibile aggiornare il file ma e’ possibile continuare ad usare la copia nella cache locale. Burstnet Informatica

45. Comandi utili: • File system: • Unix: • mount – monta un file system. • umont – smontail file system. • fsck - verifica la consistenzadi un file system con possibilitàdiriparazione. • Windows: • sfc /scannow - Questo comando analizza l’integrità dei file di sistema protetti e li ripara nel caso in cui vengano trovati dei problemi. • CHKDSK /R /F – - verifica la consistenzadi un file system con possibilitàdiriparazione. Burstnet Informatica

46. RAID • Definizione • Tipologiedi raid • Raid Hardware vs raid Software • Problematiche legate alleprestazioni Burstnet Informatica

47. RAIDDefinizione • L'acronimo RAID sipuòdefinire in due modi: Redundant Array of Inexpensive Disks oppure Redundant Array of Indipendent Disks (l’originale è il primo). • E' un sistemainformaticocheusa un insiemedidischirigidi per replicare le informazioni e prevenireeventualiguasti. Burstnet Informatica

48. RAIDDefinizione • Benefici: Integritàdeidati, tollerenzadeiguasti e prestazioni. • Il RAID permettedicombinare un insiemedidischi in una sola unitàlogica. In questomodoilsistemaoperativo, invecedivederedifferentidischi, ne vedesolamenteuno. Burstnet Informatica

49. RAIDTipologiedi raid Esistonodiversilivellidi raid, ognuno con specifichecaratteristiche. • RAID 0 (stripping): distribuisce i datisupiùdischi al fine diavvantaggiare le prestazioni a discapito, però, dell'affidabilità. • RAID 1 (mirroring): creaunacopiaesatta (mirror) dituttiidatisu due o piùdischi; ottimaaffidabilità ma scarseprestazioni. Burstnet Informatica

50. RAIDTipologiedi raid • Il RAID 0+1 è unacombinazionedellemodalità 0 e 1. Per realizzarlasononecessariquattrodischicollegati a coppie in RAID 0 unadelle due coppie è quindicollegata in RAID 1 con l'altra. • Questa combinazioneoffresicurezza e prestazioni ma sempre con lo scottodiperderemetàdellacapacitàcomplessiva del sistema. Burstnet Informatica