Zusammenfassung
Neben der Verwaltung des Hauptspeichers und des Cache (siehe Kap. 5) gehört auch die Verwaltung des Massenspeichers (zum Beispiel Solid State Drives und Festplatten) mit Dateisystemen zu den Aufgaben der Betriebssysteme.
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Notes
- 1.
Dateien sind Folgen von Bytes, die inhaltlich zusammengehörende Daten repräsentieren.
- 2.
Ein einfaches Beispiel zeigt die Konsequenzen der unterschiedlichen Clustergrößen. Soll beispielsweise eine 1 kB große Datei auf einem Dateisystem mit 4 kB großen Clustern gespeichert werden, gehen 3 kB durch interne Fragmentierung verloren. Soll die gleiche Datei auf einem Dateisystem mit 64 kB großen Clustern gespeichert werden, gehen 63 kB verloren. Die Clustergröße kann mit gewissen Einschränkungen beim Anlegen des Dateisystems definiert werden. Unter Linux gilt: Clustergröße \(\le \) Seitengröße. Wie in Abschn. 5.1.3 beschrieben, hängt die Seitengröße von der verwendeten Hardwarearchitektur ab und ist meist 4 kB.
- 3.
Da jeder Inode eine eindeutige Inode-Nummer hat, und der Adressraum endlich ist, kann es vorkommen, dass in einem Dateisystem, das viele kleine Dateien speichert, keine Inode-Nummern mehr frei sind. Im Ergebnis können dann keine weiteren Dateien im Dateisystem erstellt werden, obwohl noch freie Speicherkapazität vorhanden ist. Hilfreich ist bei solchen Situationen das Kommando df -i. Dieses zeigt, wie groß der Adressraum an Inodes in den eingebunden Dateisystemen des Linux-Systems ist und wie viele Inode-Nummern auf den einzelnen Dateisystemen noch verfügbar sind.
- 4.
Wie zu Beginn von Abschn. 6.2 bereits beschrieben, ist ein Verzeichnis auch nichts anderes als eine (Text-)Datei, die als Inhalt für jede dem Verzeichnis zugewiesene Datei den Dateinamen und die zugehörige Inode-Nummer enthält.
- 5.
Wie in Abschn. 6.2 schon beschrieben wurde, hängt die maximale Dateigröße von der Clustergröße ab. Das gleiche gilt auch für die maximale Dateisystemgröße. Dort wurde auch schon rechnerisch gezeigt, wie sich die maximale Dateigröße für 1 kB große Cluster ergibt. Die maximale Dateisystemgröße berechnet sich genau wie bei Minix in Abschn. 6.2 aus der Anzahl der möglichen Clusternummern und der Clustergröße. Bei 32 Bits langen Clusternummern und 1 kB großen Clustern berechnet sich die maximale Dateisystemgröße wie folgt: \(2^{32}*1\,{\text {kB}}\,{\text {Clustergr}}{\ddot{\text {o}}}{\ss }{\text {e}}= 4.294.967.296\,{\text {kB}} = 4.194.304\,{\text {MB}} = 4096\,{\text {GB}} = 4\,{\text {TB}}\).
- 6.
Insbesondere bei magnetischen, rotierenden Datenträgern wie Festplatten (siehe Abschn. 4.4.4) und Disketten werden die Blocks meist als Sektoren bezeichnet. In diesem Fall wäre der Begriff Sektorgröße anstatt Blockgröße passender.
- 7.
Bei der Anlage eines neuen FAT-Dateisystems kann angegeben werden, ob die FAT nur ein- oder zweimal vorgehalten werden soll. Im Zeitalter der Disketten war der Verzicht auf eine Kopie der FAT eine einfache Möglichkeit, um die Speicherkapazität der Datenträger (wenn auch nur geringfügig) zu erhöhen.
- 8.
Bei 12 Bits langen Clusternummern und 4 kB großen Clustern berechnet sich die maximale Dateisystemgröße wie folgt: \(2^{12}\,{\text {Clusternummern}}*4\,{\text {kB}}\,{\text {Clustergr}}{\ddot{\text {o}}}{\ss }{\text {e}}= 16.384\,{\text {kB}} = 16\,{\text {MB}}\).
- 9.
Kurioserweise unterstützten auch nicht alle Betriebssysteme alle Clustergrößen bei FAT16. MS-DOS und Windows 95/98/Me beispielsweise unterstützen keine Cluster>32 kB. Damit ist auch die maximale Dateisystemgröße bei diesen Betriebssystemen auf 2 GB beschränkt. Windows 2000/XP/7 beispielsweise unterstützen keine Cluster>64 kB. Bei diesen Betriebssystemen ist somit die maximale Dateisystemgröße auf 4 GB beschränkt. 128 kB und 256 kB große Cluster unterstützt ausschließlich Windows NT 4.0 auf Datenspeichern mit einer Blockgröße (Sektorgröße) >512 Bytes [38].
- 10.
XFS ist ein ursprünglich von der Firma Silicon Graphics (SGI) entwickeltes Dateisystem, das seit 2000 freie Software und seit 2001 im Linux-Kernel enthalten ist. Allgemein gilt XFS als sehr leistungsfähig und ausgereift.
- 11.
Das Journaled File System (JFS) ist ein ursprünglich von IBM entwickeltes Dateisystem, das seit 1999 freie Software und seit 2002 im Linux-Kernel enthalten ist.
- 12.
Btrfs ist ein freies Dateisystem, das seit 2013 im Linux-Kernel enthalten ist. Wegen der zahlreichen modernen Fähigkeiten wie Schnappschüsse (englisch: Snapshots ), integrierte Datenkompression, integriertes Software-RAID (siehe Abschn. 4.5) und Copy-on-Write (siehe Abschn. 6.6) könnte Btrfs in Zukunft das nächste Standard-Dateisystem werden.
- 13.
Triple-DES ist eine Verbesserung des symmetrischen Verschlüsselungsverfahrens Data Encryption Standart (DES). Beide Verfahren gehören zur Gruppe der Blockchiffren. Dabei werden zu verschlüsselnden Daten zuerst in Blöcke gleicher Größe unterteilt. Danach wird ein Block nach dem anderen verschlüsselt. Triple-DES basiert auf der mehrfachen Ausführung von DES mit drei verschiedenen Schlüsseln. Zuerst wird jeder Datenblock mit dem ersten Schlüssel chiffriert, dann mit dem zweiten Schlüssel dechiffriert und abschließend mit dem dritten Schlüssel chiffriert. Die Schlüssellänge ist mit 168 Bit dreimal so groß wie bei DES (56 Bit).
- 14.
Das symmetrische Verschlüsselungsverfahren Advanced Encryption Standard (AES) gehört auch zur Gruppe der Blockchiffren und ist der Nachfolger von DES und Triple-DES. Die Schlüssellänge bei AES ist 128, 192 oder 256 Bit. Je nach Schlüssellänge sieht das Verfahren 10, 12 oder 14 Verschlüsselungsrunden vor.
- 15.
Windows 8/10 und Windows Server 2012/2016 enthalten das Resilient File System (ReFS). Die Betriebssysteme erlauben die Verwendung von ReFS aber bislang nur für wenige Anwendungszwecke, wie zum Beispiel Software-RAID. Dennoch gilt ReFS als zukünftiges Standard-Dateisystem der Windows-Betriebssystemfamilie und als Nachfolger von NTFS. Die Firma Microsoft hält sich bezüglich der Arbeitsweise von ReFS sehr bedeckt. Eine vollständige Spezifikation dieses Dateisystems ist dem Autor dieses Werks nicht bekannt. Aus diesem Grund wird ReFS an dieser Stelle nicht weiter thematisiert.
- 16.
Durch das Schreiben von Daten auf einen Datenträger kommt es zwangsläufig zu Fragmentierung.
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Baun, C. (2020). Dateisysteme. In: Betriebssysteme kompakt. IT kompakt. Springer Vieweg, Berlin, Heidelberg. https://doi.org/10.1007/978-3-662-61411-2_6
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