File System - Directory and Disk Structure

Een partitie is een afgebakend deel van een disk dat gebruikt wordt voor een filesysteem. Dezelfde disk kan meerdere partities, en dus meerdere filesystemen bevatten.

In het werkboek wordt een partitie gelijkgesteld aan een volume. In die betekenis kan een partitie ook meerdere schijven omvatten.

Onder een volume verstaat men in principe elke entiteit die een filesysteem bevat. Een volume kan een deel van een disk zijn, maar kan ook samengesteld zijn uit meerdere disks.

• Een filesysteem
• Een device directory met informatie over de files

De directory biedt een structuur voor het opslaan van files en zorgt voor de vertaling van filenamen naar directory-entries.

• Zoeken van een file
• Creëren van een file
• Verwijderen van een file
• Weergeven van de files in een directory
• Hernoemen van een file
• Verplaatsen van een file

• Single-level directory. Alle files worden opgeslagen in één directory en moeten derhalve unieke namen hebben.
• Two-level directory. Elke gebruiker heeft een eigen directory, ook wel user file directory (UDF) genoemd.
• Tree-structured directories. Binnen de directorystructuur kan een willekeurig aantal lagen worden aangemaakt.
• Acyclic-graph directories. Vanuit meerdere directory's kan naar dezelfde file of subdirectory worden verwezen, zodat het mogelijk wordt om files en subdirectory's te delen.
• General graph directory. Hierbinnen kunnen ook cykels voorkomen.

Een search path is een lijst met directory's die achtereenvolgens doorzocht worden om een file met een gegeven naam te vinden.

• De directory kan alleen verwijderd worden als deze geen files en subdirectory's bevat.
• De directory wordt inclusief de eventuele files en subdirectory's die zich in de directory bevinden verwijderd.

In een acyclic-graph directorystructuur kunnen files en directory's via verschillende paden vanuit de rootdirectory bereikbaar zijn. Een tree-directorystructuur staat deze vorm van delen van files en directory's niet toe.

• Met behulp van links. Dit kunnen symbolische links of (zoals in Unix) harde links zijn.
• Door het dupliceren van directory-entries.

• Voorkomen dat de gedeelde structuren bij het zoeken naar files meerdere keren doorlopen worden.
• De wijze waarop het verwijderen van gedeelde files wordt afgehandeld. Wat moet er gebeuren met de links naar de file?

• Het doorzoeken van een directory kan leiden tot een eindeloze loop.
• Als een file of directory naar zichzelf verwijst (self-referencing) kan deze vanwege de positieve reference-count niet verwijderd worden. Dit maakt garbage collection is noodzakelijk.

Een directory is een organisatiestructuur voor files die op een achtergrondgeheugen zijn opgeslagen. Een directory verstrekt informatie over de opgeslagen files, doorgaans in een gelaagde structuur met geneste subdirectories.

De begrippen file en directory behoren tot de logische opslagstructuur van een computersysteem. File en directory behoren derhalve tot een bepaalde logische opslageenheid (genaamd partitie, minidisk of volume). Zo'n partitie kan overeenkomen met een fysieke opslageenheid, bijvoorbeeld een diskettestation of een cd-rom-eenheid, maar ook met een deel daarvan, bijvoorbeeld een deel van de harde schijf. Het is ook mogelijk dat meerdere harde schijven samen zo'n partitie vormen, maar dan spreekt men liever over een logisch volume.

De filegegevens die van files binnen ene directory zijn opgeslagen zijn bij Windows/DOS onder andere:

• Naam
• Positie
• Grootte
• Type
• Bescherming

Bij UNIX is er een extra scheiding: alle filegegevens met uitzondering van de filenaam zijn opgeslagen in een device-directory (inode table). De directories zoals de gebruiker die hanteert bevatten alleen de filenamen en de bijbehorende indexen van de inodes. Eenzelfde file kan daardoor in meerdere directories onder verschillende (pad)namen opgenomen zijn.

Binnen een directorystructuur kunnen files worden

• gecreëerd
• verwijderd
• geopend
• gezocht
• van naam veranderd
• verplaatst

Er kan ook een overzicht geproduceerd worden van de in een directory opgenomen files.

Binnen een directorystructuur kunnen subdirectories gemaakt, verwijderd en verplaatst worden.

Bij een boomstructuur is er bij elke subdirectory precies één directory waarvan die deel uitmaakt.

Door de wijze waarop fileinformatie is opgeslagen geldt in Windows dat ook elke file precies in één directory voorkomt. Dit is in UNIX niet zo.

De top-directory van de boomstructuur wordt de root-directory genoemd.

Directories kunnen in principe een willekeurig aantal files en subdirectories herbergen.

Binnen een directory kan een bepaalde filenaam slechts eenmaal voorkomen. Die filenaam is daar de identificatie van de file. Vaak is wel toegestaan dat een subdirectory dezelfde naam heeft als een file.

Omdat dezelfde filenaam ook in andere subdirectories gebruikt mag worden, wordt een file binnen een computersysteem uniek geïdentificeerd door zijn padnaam, het absolute of relatieve pad naar de file gevolgd door de filenaam zelf.

Systeemfiles worden doorgaans in aparte, volgens systeemconventies gereserveerde, voor alle gebruikers toegankelijke directories opgeslagen.

In UNIX wordt een systeemprogramma aangeroepen door zijn naam. De systeemdirectories worden dan doorzocht.

In Windows gebeurt dat door het aanroepen van de absolute padnaam. Die staat vaak in een zogenaamde snelkoppeling: een kleine file waarin de volledige padnaam is opgeslagen.

In zowel Windows als UNIX kunnen zoekpaden gedefinieerd worden.

Zoekpaden zijn tevoren aangegeven directories binnen het systeem waar het systeemfiles moet gaan zoeken die het nodig heeft. De volgorde van plaatsing van die zoekpaden is ook de volgorde van zoeken.

Bij een acyclische-graafstructuur kunnen files en directories langs meer dan één pad vanuit de rootdirectory bereikbaar zijn. Die structuur sluit evenwel cirkelverwijzingen expliciet uit.

Shared files, als er naast de gebruikersdirectories ook directories voor files moeten zijn die voor meerdere gebruikers toegankelijk zijn.

Bij een boomstructuur is er een eenduidige relatie tussen een bepaalde fileverwijzing en een padnaam. Bij een acyclische graaf kan een file via meerdere wegen benaderd worden, anders gezegd: kan een fileverwijzing meerdere padnamen hebben.

Het verwijderen van files binnen een accyclische-graafstructuur kan problematisch zijn omdat alle bestaande links verwijderd moeten worden.

Bij partitioning wordt  een deel van de disk afgebakend, zodat het resterende deel voor andere doeleinden (ander filesysteem, swap space, raw disk) gebruikt kan worden.

De device directory is het onderdeel van het filesysteem dat de informatie over de files in het filesysteem bevat (name, location, size, type).

• De filenamen moeten uniek zijn
• Naarmate het aantal files toeneemt wordt het voor de gebruiker moeilijker om een file terug te vinden

De UFD bevat de files van een bepaalde gebruiker. De MFD bevat de directories van de verschillende gebruikers en wordt door het systeem gebruikt om de files van een bepaalde gebruiker te onderscheiden van de overige files in het systeem.

Het delen van files wordt bemoeilijkt doordat de verschillende gebruikers van elkaar worden geïsoleerd.

Dit geldt in het bijzonder voor systeemfiles.

Een absolute path name begint bij de root van de directorystructuur, terwijl een relative path name bij de current directory begint.

Een boomstructuur is niet geschikt voor het delen van files en directories tussen gebruikers.

• Voorkomen dat bij het doorlopen van de structuur dezelfde file of directory meerdere malen wordt gepasseerd
• Het verwijderen van files en directories

Een file-reference list, waarin voor elke file of directory het aantal verwijzingen wordt bijgehouden.

Een hard link verwijst direct naar een fysiek bestand, terwijl een symbolic link naar een bestandsnaam of een andere link verwijst (zie leereenheid 4, zelftoetsopgave 3).

Garbage collection wordt toegepast een files op te sporen waar geen verwijzingen meer naar bestaan, zodat deze files verwijderd kunnen worden. Het bijhouden van het aantal verwijzingen is in een general graph directory niet zinvol, omdat dan ook de zogenaamde self-references (cykels) worden meegeteld.