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Systèmes d'Exploitation I

Chapitre IV :

Système de Gestion des

FichiersAmine DHRAIEF

1ère année

ESEN, Université de la Manouba

18/04/18OS I2À quoi ressemble un disque dur ?

18/04/18OS I3Structure physique d'un disque dur

18/04/18OS I4Structure physique d'un disque dur

A : plateau ; B : bras ; C : tête ;

D : cylindre ; E : piste ; F :

secteur géométrique

Source : Wikimedia Commons

18/04/18OS I5Structure physique d'un disque dur

(A) piste, (B) secteur géométrique, (C) secteur d'une piste, (D) blocSource : Wikimedia Commons

Le secteur (ou bloc) est la plus petite unité

physique de stockage sur un support de donnée

Sa taille varie de 512 octets à 4096 octets

18/04/18OS I6Géométrie d'un disque dur

Adressage CHS : Cylinder/Head/Sector

Cylindre: superposition

de plusieurs pistes -Les pistes au dessus les unes des autres sont accessibles sans bouger les têtes de lecture

18/04/18OS I7Géométrie d'un disque dur

Adressage CHS : Cylinder/Head/Sector

Head: -Les têtes de lecture/enregistrement sont solidaires des bras mobiles -Le plus souvent il y a une tête par surface soit deux par plateau -Le chemin parcouru par une tête particulière sur un cylindre particulier s'appelle une piste

Secteur :

-La piste est divisée en secteurs (aussi appelés blocs) contenant les données. -La taille d'une piste diminue en allant vers le centre du disque → le nombre de secteur par piste diminue aussi en allant vers le centre -Taille d'un secteur plus commune= 512 octets

18/04/18OS I8Géométrie d'un disque dur

Adressage CHS : Cylinder/Head/Sector

L'adresse CHS est

simplement constituée par l'assemblage des trois composants décrits ci- dessus. -Le tout premier secteur d'un disque est à l'adresse 0 / 0 / 1 : c'est le premier secteur accédé par la première tête positionnée sur le premier cylindre. -Le suivant sera 0 / 0 / 2 (ce secteur est naturellement atteint juste après par la même tête)

18/04/18OS I9Taille d'un disqueTaille d'un disque =

(Nombre de cylindre) x (Nombre de piste par cylindre) x (Nombre moyen de secteur par piste) x (Taille du secteur)

Exemple=

-Nombre de piste par cylindre 255 -Nombre de cylindre = 36481 -Nombre moyen de secteur par piste = 63 -Taille du secteur = 512 octets -Taille du disque ≈ 300 GB (255 * 36481 * 63 * 512 = 300066439680 octets)

18/04/18OS I10Pourquoi a-t-on besoin de fichiers ?

18/04/18OS I11Définition d'un fichier

Toutes les applications informatiques doivent

enregistrer et retrouver des informations. L'espace d'adressage étant insuffisant, on utilise des fichiers pour cela.

Fichier (nom masculin)

-Meuble, boîte servant à recevoir des fiches. -Ensemble de données regroupées en une unité indépendante de traitement informatique.

18/04/18OS I12Définition #1 : Dictionnaire

Larousse

Fichier (nom masculin) : Ensemble organisé

d'informations, désigné par un nom précis, que le système d'exploitation d'un ordinateur manipule comme une simple entité, dans sa mémoire ou sur un support de stockage.

18/04/18OS I13Définition #2 : Wikipedia

Un fichier informatique est au sens commun,

une collection, un ensemble de données numériques réunies sous un même nom, enregistrées sur un support de stockage permanent, appelé mémoire de masse, tel qu'un disque dur, un CD-ROM, une mémoire flash ou une bande magnétique, et manipulées comme une unité.

18/04/18OS I14Information indépendante du processus

Un processus en cours d'exécution peut enregistrer une quantité d'informations dans son espace d'adressage mais cette façon de faire présente trois inconvénients :

1)La capacité de stockage est limitée à la mémoire vive. Cette taille peut convenir

pour certaines applications, mais elle est beaucoup trop faible pour d'autres (applications des banques, réservations, téléchargement p2p,...)

2)Les informations stockées en mémoire vive sont perdues, lorsque le processus

se termine ou lors du plantage de l'ordinateur. Pour un grand nombre d'applications, les informations doivent être conservées pendant des durées importantes.

3)Il ne peut pas y avoir d'accès simultané à ces informations. Un répertoire

téléphonique stocké dans l'espace d'adressage d'un processus ne peut être examiné que par ce seul processus (pour les raisons de protection des données expliquées lors de l'étude des processus), de telle sorte qu'on ne peut rechercher qu'un seul numéro à la fois. → Pour résoudre ce problème, il faut rendre l'information indépendante d'un processus donné.

18/04/18OS I15Stockage à long terme des informations

Trois caractéristiques sont donc requises pour le stockage des informations à long terme :

1) Il faut pouvoir stocker des informations de très grande taille ;

2) Les informations ne doivent pas disparaître lorsque le

processus qui les utilise se termine ;

3) Plusieurs processus doivent pouvoir accéder simultanément

aux informations.

18/04/18OS I16Fichiers = solution au problème

La solution à tous ces problèmes consiste à stocker les informations dans des fichiers sur des disques ou d'autres supports. -Les processus peuvent alors les lire ou en écrire de nouvelles. Les informations stockées dans des fichiers doivent être permanentes, c'est-à- dire non affectées par la création ou la fin d'un processus. Un fichier ne doit disparaître que lorsque son propriétaire le supprime explicitement.

18/04/18OS I17Disque= suite de blocs

Nous considérons un disque comme une suite

séquentielle de blocs de taille fixe qui supportent deux opérations -Lire le bloc k -Écrire le bloc k → Ces deux opérations permettent en principe de résoudre le stockage à long terme des informations.

18/04/18OS I18Des questions évidentes

Voici quelques questions que l'on se pose

rapidement :

1)Comment trouve-t-on l'information ?

2)Comment empêche-t-on un utilisateur de lire les

données d'un autre utilisateur ?

3)Comment sait-on qu'un bloc est libre ?

18/04/18OS I19Vie et mort d'un fichier

Le fichier (file) est l'unité d'information qui est créée par un processus. L'information enregistrée dans des fichier doit être persistante → c'est-à-dire qu'elle ne doit pas être affectée par la création ou la fin d'un processus Un fichier doit disparaître quand son propriétaire le demande expressément

18/04/18OS I20Qui les gère alors ?

Les fichiers sont gérés par le système d'exploitation. La façon dont ils sont structurés, nommés, utilisés, protégés et implémentés sont des points majeurs de la conception du système d'exploitation. La partie du système d'exploitation qui gère les fichiers est appelée le gestionnaire du système de fichiers (en anglais file system)

18/04/18OS I21Les fichiers

18/04/18OS I22Les fichiers du point de vue utilisateur

Le système de fichiers est la partie la plus

visible d'un système d'exploitation. -La plupart des programmes lisent ou écrivent au moins un fichier, et les utilisateurs manipulent beaucoup de fichiers. -De nombreuses personnes jugent un système d'exploitation sur la qualité de son système de fichiers : son interface, sa structure et sa fiabilité.

18/04/18OS I23Les fichiers du point de vue utilisateur

L'utilisateur attache la plus grande importance à l'interface d'un système de fichiers, c'est-à-dire à la manière de nommer les fichiers, de les protéger, aux opérations permises sur eux, etc. -Il est moins important pour lui de connaître les détails de son implémentation, c'est-à-dire de connaître le nombre de secteurs d'un bloc logique ou de savoir si l'on utilise des listes chaînées ou des tables de bits pour mémoriser les emplacements libres. -Ces points sont, en revanche, fondamentaux pour le concepteur du système de fichiers.

18/04/18OS I24Nom d'un fichier : Pourquoi ?

Les fichiers sont un mécanisme d'abstraction.

-Ils permettent d'écrire des informations sur le disque et de les lire ultérieurement. Ceci doit être fait de manière à masquer le fonctionnement et l'emplacement de stockage des informations à l'utilisateur. -Il ne doit pas avoir à choisir tel ou tel secteur, par exemple. La gestion et l'affectation des noms des objets sont les parties les plus importantes d'un mécanisme abstrait. -Un processus qui crée un fichier lui attribue un nom. -Lorsque le processus se termine, le fichier existe toujours et un autre processus peut y accéder au moyen de ce nom.

18/04/18OS I25Nom d'un fichier : Règles de formation ?

Les règles d'affectation des noms de fichiers varient d'un système à un autre, mais tous les systèmes d'exploitation autorisent les noms de fichiers constitués de chaînes de un à huit caractères non accentués. -Ainsi " tunis » et "ariana » sont des noms de fichiers valides. -Les chiffres et des caractères spéciaux sont quelquefois autorisés. Ainsi " 2 », " urgent! » et " Fig.2-14 » peuvent être des noms valides. Certains systèmes de fichiers différencient les lettres majuscules et minuscules alors que d'autres ne le font pas. -Unix fait partie de la première catégorie et MS-DOS de la deuxième. -Les noms suivants désignent donc des fichiers distincts sur un système Unix : " tunis », "Tunis» et " TUNIS». -Sur MS-DOS, ils désignent le même fichier.

18/04/18OS I26Nom de fichier: extension

De nombreux systèmes d'exploitation gèrent des noms en deux parties, les deux parties étant séparées par un point, comme dans " prog.c ». La partie qui suit le point est alors appelée extension ; elle donne en général une indication sur la nature du fichier. -Sous MS-DOS, par exemple, les noms de fichiers comportent 1 à 8 caractères éventuellement suivis d'une extension de 1 à 3 caractères. -Sous Unix, la taille de l'extension éventuelle est libre, le fichier pouvant même avoir plus d'une extension comme dans " prog.c.Z ». Dans certains cas, les extensions sont simplement des conventions et ne sont pas contrôlées. Un fichier " fichier.txt » est vraisemblablement un fichier texte, mais ce nom est destiné davantage au propriétaire du fichier qu'au système d'exploitation. En revanche, certains compilateurs C imposent l'extension " .c » à tous les fichiers à compiler

18/04/18OS I27La structure des fichiers

Les fichiers peuvent être structurés de

différentes manières -Suite d'octets -Suite enregistrement -Arbre

18/04/18OS I28Fichier= suite d'octets

Le fichier est une suite d'octets

sans structure -Le système d'exploitation ne connaît pas et ne s'occupe pas du contenu de ce fichier -Il ne voit que des octets -Toute signification doit être apporté par le programme des utilisateurs -UNIX et Windows suivent tout deux cette approche

1 octet

18/04/18OS I29Fichier= suite d'enregistrements

Le fichier est une suite d'enregistrements de

longueur fixe -Concept principal : une opération de lecture renvoie un enregistrement/une opération d'écriture réécrit ou ajoute un enregistrement -80 caractère → carte perforées de 80 colonnes -132 caractères → imprimantes de 132 colonnes -Les programmes lisaient les données par bloc de 80 caractère est écrivaient par bloc de 132 caractères -Obsolète

18/04/18OS I30Fichier= arbre

Le fichier est un arbre d'enregistrement

-Les enregistrements n'ont pas la même longueur -Chaque enregistrement contient une clé dont la position est fixe dans l'enregistrement -L'arbre est trié en fonction des clés → permet de rechercher rapidement une clé donnée -L'opération fondamentale ne consiste pas à obtenir le prochain enregistrement, mais obtenir un enregistrement avec une clé donnée

18/04/18OS I31Les types de fichiers

La plupart des systèmes d'exploitation supportent plusieurs types de fichiers -UNIX est Windows ont des fichiers ordinaires et des répertoires -UNIX traite aussi des fichiers spéciaux caractère et bloc Les fichiers ordinaires (regular files) sont ceux qui contiennent les informations des utilisateurs. Ils sont soit des fichiers en code ASCII, soit des fichiers binaires. Les répertoires (directories) sont des fichiers systèmes qui conservent la structure du système de fichiers Les fichiers spéciaux caractère (character special files) sont liés aux périphériques entrées/sorties Les fichiers spéciaux bloc (block special files) servent à modéliser les disques.

18/04/18OS I32Les fichiers ASCII

Les fichiers ASCII se composent de lignes

de texte -Chaque ligne se termine par le caractère retour chariot (CR : Carriage Return) ou le caractère saut de ligne (LF : Line Feed) -On peut les afficher et les éditer avec n'importe quel

éditeur de texte

18/04/18OS I33Les fichiers binaires

Ce ne sont pas des fichiers ASCII !

-Si on les affiche cela donne un résultat incompréhensible -Ils possèdent une structure interne connue des programme qui les exploitent

Bien que techniquement le fichier soit juste une

structure d'octets, le système d'exploitation exécutera ce fichier seulement s'il possède un certain format

18/04/18OS I34Les fichiers binaires

Un fichier binaire

comporte généralement cinq parties : -L'en-tête (header) -Le code -Les données -Les bits de translation (relocation) -La table des symboles

18/04/18OS I35Les fichiers binaires

Le début de l'en-tête

est un nombre magique (Magic number) -C'est une valeur qui identifie le fichier comme

étant un fichier exécutable

-Pour éviter l'exécution accidentelle d'un fichier qui ne possède pas ce format

18/04/18OS I36Les fichiers binaires

Le code et les

données du programme lui même suivent l'en- tête -Ils sont chargés en mémoire et déplacés à l'aide des bits de translation

18/04/18OS I37L'accès au fichiers : accès séquentiel

Les premiers systèmes d'exploitation

proposaient un seul type d'accès au fichiers : l'accès séquentiel (sequential access). -Dans ce système, un processus pouvait lire tous les octets ou tous les enregistrements d'un fichier dans l'ordre en commençant au début -Les fichiers séquentiels étaient pratiques quand le support de stockage était une bande magnétique .

18/04/18OS I38L'accès au fichiers : accès aléatoire

Lorsque les disques ont servi à l'enregistrement des fichiers, il est devenu possible de lire des octets ou des enregistrement d'un fichier dans n'importe quel ordre

Les fichiers dont les octets ou les

enregistrements peuvent être lus dans n'importe quel ordre sont appelés fichier à accès directe ou accès aléatoire (random access)

18/04/18OS I39Les attributs des fichiers

Chaque fichier possède un nom et des données.

Les systèmes d'exploitation associent des

informations complémentaire : -l'heure et la date de sa création et sa taille → Ces informations sont appelés les attributs du fichier (file's attributes) ou metadonnées (metadata)

18/04/18OS I40Les attributs des fichiers

18/04/18OS I41Les opérations sur les fichiers

Create

Delete

Open Close Read

WriteAppend

Seek

Get atributes

Set attributes

Rename

18/04/18OS I43Les répertoires

18/04/18OS I44Les répertoires : des fichiers comme

d'autres ? Pour conserver une trace des fichiers, les systèmes de fichiers possèdent généralement des répertoires (directory) ou des dossiers (folders) Les répertoires sont eux mêmes des fichiers dans nombre de systèmes

18/04/18OS I45Les répertoires sous UNIX

Sur un système Unix les fichiers sont organisés, du point de vue de l'utilisateur, selon un domaine de nommage structuré en arbre, et dont les éléments principaux sont les répertoires et les chemins. home/ etcbindevmntmedia amine

18/04/18OS I46Les répertoires

Chaque noeud de l'arbre, hormis les feuilles, est un répertoire Le répertoire correspondant à la racine de l'arbre est appelé le répertoire racine (root directory en anglais). Par convention, son nom est une oblique " / » (slash en anglais). Les noms de fichiers d'un même répertoire doivent être différents, mais le même nom peut être utilisé dans des répertoires différents

18/04/18OS I47Les chemins d'accès : absolue ou

relatifPour identifier un fichier particulier, on utilise un chemin (path en anglais), c'est-à-dire la suite des noms des répertoires qui conduisent au fichier, séparés par des obliques. Si le premier élément de départ est une barre oblique, le chemin est dit absolu (absolute path name). Son point de départ est alors le répertoire racine. -Exemple : /home/amine/Dropbox/Cours/Cours-ESEN/L1-OS-I/ Sinon (le premier élément est un nom de répertoire ou le nom du fichier lui- même), le chemin est dit relatif : son point de départ est alors le répertoire de travail courant du processus en cours, répertoire qui lui est associé lors de sa création. -Exemple : Dropbox/Cours/Cours-ESEN/L1-OS-I/

18/04/18OS I48Les répertoires spéciaux

Chaque répertoire contient au moins deux

répertoires, notés " . » et " .. » : ils représentent respectivement le répertoire courant et son répertoire parent.

Dans le cas du répertoire racine, ils

coïncident.

18/04/18OS I49Dessine moi un système de fichiers ?

18/04/18OS I50La conception des systèmes de fichiers

utilisateur vs. concepteur Nous examinons maintenant le système de fichiers du point de vue du concepteur. Les utilisateurs se préoccupent des noms des fichiers, des opérations qui permettent de les manipuler, de l'arborescence des fichiers, ... Les concepteurs portent d'avantage leur attention sur l'organisation de l'espace du disque et sur la manière dont les fichiers et les répertoires sont sauvegardés. → Ils recherchent un fonctionnement efficace et fiable

18/04/18OS I51L'organisation du système de fichier

rôle de l'MBR Les systèmes de fichiers sont enregistrés sur des disques. Les disques peuvent être divisés en une ou plusieurs partitions, avec des systèmes de fichiers indépendants sur chaque partition. Le secteur 0 du disque appelé enregistrement d'amorçage maître (MBR - Master Boot Record) sert à amorcer la machine La fin du MBR comprend la table de partitions, laquelle indique l'adresse de début et de fin de chaque partition -Une de ces partitions est marquée comme étant la partition active

18/04/18OS I52L'organisation du système de fichier

le bloc d'amorçage

Quand l'ordinateur est amorcé, le BIOS lit et

exécute le MBR -Le programme MBR détermine la partition active, y lit le premier bloc appelé bloc d'amorçage (boot block) et l'exécute

Le programme du bloc d'amorçage charge le

système d'exploitation contenu dans cette partition

18/04/18OS I53L'organisation du système de fichier

Pour une question d'uniformité, chaque partition commence un bloc d'amorçage, même si elle ne contient pas de système d'exploitation -Elle pourrait en contenir un ultérieurement Une organisation possible d'un système de fichiers

18/04/18OS I54L'organisation du système de fichier

le superbloc Après le bloc de boot, vient généralement le superbloc (superblock) -Contient tout les paramètres clé concernant le système de fichier -Contient un numéro magique qui identifie le type de systèmequotesdbs_dbs35.pdfusesText_40

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