Dann begrüße ich Sie ganz herzlich zum letzten Kapitel der Systemprogrammierungsvorlesung,

Kapitel 13. Es geht jetzt wieder um Speicher, aber diesmal um Dateisysteme, also um Hintergrundspeicher.

In dieser und in der nächsten Vorlesung möchte ich Ihnen also einen Überblick über verschiedene Arten von Dateisystemen

und zuerst auch mal einen kurzen Überblick nochmal über Speichermedien und was deren Betrieb so funktioniert, geben.

Letztlich ist es natürlich auch für das Betriebssystem wichtig, heutzutage gar nicht mehr so sehr wichtig wie früher,

auch zu wissen, wie solche Speichermedien aufgebaut sind und wie man damit umgeht.

Also im Wesentlichen geht es also erstmal über Medien, dann wie man Dateien überhaupt speichern kann von Seiten des Betriebssystems.

Dann kennen wir ja auch schon aus dem Kapitel von der Speicherverwaltung die Frage, wie gehen wir mit freiem Speicher um?

Und im Endeffekt werden wir die gleichen Prinzipien hier auch wieder finden.

Und dann will ich ein paar Beispiele geben, nämlich Dateisysteme unter UNIX und unter Windows.

Es gibt vielleicht ein Lobo mit in dieser Vorlesung, dass ich tatsächlich auch mal was über Windows erzähle.

Das NTFS, das es ja inzwischen auch schon fast 20 Jahre lang unter Windows gibt, ist ja doch ein ganz interessantes Dateisystem.

Vor allem wenn man es so von den Grundprinzipien her anschaut im Vergleich zu den UNIX-Dateisystemen,

die von ihren Grundstrukturen her und von ihren Konzepten her dann ganz ins Ende älter sind.

Und deswegen ist es ganz gut das mal ein bisschen gegenüberzustellen.

Dann geht es um Dateisysteme mit Wiedererholung.

Eigentlich alle modernen Dateisysteme, also Journal File Systeme vor allem, und die meisten heutige Dateisysteme sind so gestrickt.

Das ist natürlich ein wichtiger Aspekt und auf Datensicherung will ich auch noch ein bisschen eingehen.

Und redundante Speicherungen, Ratesysteme und solche Sachen.

Gucken wir uns erstmal die Medien an. Lange Zeit waren Festplatten eigentlich das primäre Speichermedium.

Festplatten so in diesem Stil hier. Ich lasse die dann auch mal rumgehen.

Die Platte, ich muss ein bisschen Obacht geben, dass sie nicht auf dem Fuß fällt oder sowas.

Das ist also keine ganz moderne Platte mehr, sie ist ein paar Jahre alt schon.

Könnte sein, dass meine Diplomarbeit noch drauf ist. Aber immerhin 690 Megabyte Platte.

Also es war damals schweine teuer, hat über 20.000 Mark gekostet.

Wie so eine Platte grundsätzlich aufgebaut und da hat sich eigentlich vom Prinzip her über all die Jahre nichts geändert.

Wir haben einen Schreiblesekopf, also wir haben eine Reihe von Platten, irgendwelche runden Dinger.

Die oben und unten eine magnetisierte Oberfläche haben.

Und wir haben Schreibleseköpfe, die auf einer Position dann, ja die Platte rotieren natürlich.

Und auf einer Position kann so ein Schreiblesekopf dann eben eine Bahn, eine sogenannte Spur, eben auf dieser Oberfläche abtasten, lesen und schreiben darauf.

So eine Spur ist unterteilt in Sektoren und die Spuren über alle Plattenoberflächen nennt man dann ein Zylinder.

Sind Aspekte, die heute gar nicht mehr so wichtig sind.

Früher musste man das im Betriebssystem ganz genau wissen, weil man letztendlich tatsächlich über den Zylinder, die Spur innerhalb des Zylinders und dann den Sektor so einen Block auf der Platte.

Hatte ich die bis zu den Spuren noch erklärt?

Der Plattenarm schwebt dann eben über Plattenoberfläche auf einen Luftpolster oder Heliumpolster, je nachdem womit die Platte gefüllt ist. Und das auch sehr sehr dicht, das kommt jetzt natürlich auch drauf an.

Es waren sicherlich schon noch etliche Mikrometer, aber inzwischen sind das zum Teil Bruchteile von Mikrometern.

Wenn man sich das so betrachtet, ist es natürlich ein Wunder der Mechanik, was da gebaut wird, weil die Oberflächen müssen natürlich extrem eben sein.

Wenn der Arm das Kratzen anfängt, dann hat man natürlich ein ernsthaftes Problem.

Wenn man sich die Zusehmaschine anschaut, die hat ja so eine Magnetrommel, da sieht man dann auch solche Stellen, wo die Trommelköpfe ab und zu auf der Oberfläche gelandet sind und schwere Kratzer hinterlassen.

So ein Sektor auf der Platte ist dann standardmäßig immer so aufgebaut, dass erst einmal so eine Präambel kommt, wodurch letztendlich die Plattenelektronik erkennt, dass da ein Sektor beginnt.

Dann kommen die eigentlichen Datenbits, am Schluss kommt ein ECC, also ein Fehler korrigierender Code, dann kommt eine kleine Lücke und dann kommt der nächste Block da drauf.

Wenn man sich jetzt bei modernen Platten, ich habe jetzt mal aktuelle Daten rausgeholt und wenn Sie so auch mal die Vorlesungen über die Jahre vergleichen,

ich habe gerade solche Daten immer wieder mal angepasst, dann sieht man also auch an der Stelle, dass gerade die Breite der Spuren also immer stärker abgenommen hat.

Das ist inzwischen bei sogenannten Single-Demagnetic-Recording-Platten bei Spurbereiten von 0,2 Mikrometern, also 200 Nanometer.

Und an der Stelle ist es jetzt auch so, dass die einzelnen Spuren nicht mehr getrennt voneinander sind, sondern dass die sich leicht überlappen.

Was zur Folge hat, wenn man also eine Spur schreibt, muss man letztendlich auch die Nachbarspuren quasi wieder reparieren.

Man kann also nicht eine einzelne Spur noch schreiben auf dieser Oberfläche, ohne dass das eben die Nachbarspuren tangiert.

Also daran merkt man jetzt im Endeffekt schon, ist man eigentlich jetzt, was die Dichte angeht, wohl von der Physik her ziemlich am Ende angelangt.

Man hat also etwa 10.000 Spuren pro Zentimeter, die bedichte sind etwa 34 Bit pro Quadratmikrometer muss man an der Stelle sagen.

Also das ist also das, wie die momentan betrieben werden.