Gestione dei File System nei Sistemi Operativi

Tecnologia File Operativo Windows NT

A partire da Windows Vista, è diventato il System File System predefinito per i Computer Windows. Rispetto a FAT, offre alcuni vantaggi come la possibilità di compressione e una maggiore sicurezza dei dati (ad esempio mediante crittografia).

Una particolarità di NTFS è la possibilità di definire in modo dettagliato e completo i diritti di accesso e di condivisione di file e cartelle. Gli utenti possono assegnare diritti per l'accesso locale e strumento remoto in rete. NTFS è specializzato in file di grandi dimensioni e grandi capacità di archiviazione, non è adatto per unità e partizioni eventualmente di dimensioni inferiori a 400 MB (gestione troppo complessa), e presenta una Dimensione massima dei file di 256 TB. È indicato per l'installazione di driver e Dischi Rigidi.

interni ed esterni. Lo svantaggio principale di NTFS è la scarsa compatibilità: non tutti i SO supportano NTFS, ad esempio Mac OS X può leggere le unità NTFS ma non scrivervi. Il vantaggio principale invece è la sua affidabilità: permette di recuperare i dati e riparare i guasti.

HFS+ (Hierarchical File System) è stato introdotto nel 1998 come ulteriore sviluppo di HFS da parte di Apple. Per distinguere chiaramente i due standard, si parla anche di macOS Extended (HFS+) e macOS Standard (HFS). Rispetto a HFS, HFS+ è più veloce ed efficiente in termini di gestione, lettura e scrittura dei dati. Può, inoltre, gestire più file con fino a 4 miliardi di blocchi di file o cartelle. Linux può leggere e scrivere i supporti di memoria formattati in HFS+, ma potrebbe essere necessario installare pacchetti speciali (hfsutils, hfsplus, hfsprogs). In Windows è

È necessario utilizzare software aggiuntivo che garantisca il supporto completo di HFS+. È indicato per Dischi Rigidi interni ed esterni. Ha una Durata limitata, probabilmente non sarà più supportato da Apple nel lungo periodo, e presenta una Dimensione massima dei file di 8 EB.

APFS (Apple File APFS, introdotto da Apple nel 2017, soddisfa principalmente i requisiti delle unità di Memoria a Stato Solido SSD moderne. APFS è progettato come un sistema a 64 bit e consente anche la crittografia di dati e file. Se un SO è memorizzato su una SSD, il File System è convertito automaticamente da HFS+ in APFS. Questa formattazione automatica fu introdotta con il SO "High Sierra". A partire da macOS 10.14 Mojave, anche i Fusion Drive (unità logiche costituite da SSD e dischi rigidi meccanici) sono convertiti.

Supportato dai SO:

• macOS (standard System da High Sierra)
• Software aggiuntivo per l'utilizzo

La scelta della formattazione è la compatibilità. Bisogna considerare, ad esempio, se si desidera utilizzare un Disco Rigido esterno non solo localmente sul computer di casa, ma anche su altri dispositivi e piattaforme. Per ottenere la massima flessibilità nel trasferimento di dati tra un dispositivo Apple e uno Windows, si consiglia ad esempio di scegliere il formato exFAT. La scelta giusta nella formattazione di un supporto di dati è quindi molto importante e può evitare problemi e restrizioni nello scambio quotidiano di informazioni. Se i requisiti di base sono soddisfatti (ad esempio l'hardware attuale), il File System può essere modificato in qualsiasi momento: è possibile, ad esempio, passare da un File System più vecchio a uno più moderno, tuttavia tale operazione potrebbe causare una perdita di file, in tal caso tutti i dati devono prima essere sottoposti a backup e poi copiati nuovamente sul supporto dati. La Tabelle

Il seguente fornisce un riepilogo dei principali File System utilizzati per i vari SO:

Si ricorda che formattare un Disco significa preparare la partizione scelta per essere utilizzata da un SO, eliminando ogni file e ricostruendo i File System.

151.1.5. Dimensionamento dei Blocchi di un Disco

Tutti i File System tendono a suddividere il Disco in Blocchi Logici di grandezza fissa; un'importante parametro di prestazione è dato dalla Grandezza dei Blocchi, in quanto:

• Realizzare blocchi troppo piccoli richiede un elevato numero di spostamenti della testina, e quindi un maggiore numero di letture del Disco. Si tenga presente che il contributo più rilevante del tempo di lettura di n byte su un Disco è dato proprio dal tseek e dal tempo di rotazione del Disco, per cui realizzare blocchi più grandi vuol dire pagare questi costi di tempo un numero minore di volte;
• Tuttavia realizzare blocchi troppo grandi aumenta il problema della Frammentazione Interna, portando

ad enormi sprechi di spazio.

La scelta migliore consiste nel realizzare il migliore trade off con una Dimensione dei Blocchi pari ad 1 o 2 KB.

Per tenere traccia dei blocchi liberi si usano le strutture dati già descritte nella sezione "Memoria Virtuale", che sono le Liste Concatenate dei Blocchi Liberi e le Bitmap.

Affidabilità e Consistenza dei File System

La perdita dei file e quindi dell'informazione che essi trasportano non è quasi sempre rimediabile e comporta oltretutto un eccessivo tempo di recovery dell'Hard Disk. Se il danno per un utente privato che perde i propri file è già di per se una catastrofe, peggio ancora lo è per le aziende, per questo motivo chi lavora intensamente con un sistema di calcolo e produce grosse quantità di informazione si affida a sistemi di backup dei dati, tipicamente orientati a Nastri Magnetici. La strategia consigliata è la seguente: ogni settimana si esegue un dump

Completo dell'intero FileSystem del sistema ed ogni giorno, invece, si esegue un Dump Incrementale dell'ultimo backup.

Importante aspetto di affidabilità di un File System riguarda il Problema della Coerenza dei Dati: ogni volta che un Processo necessita di leggere informazioni presenti sul Disco, è necessario portare il Blocco corrispondente in Memoria. Su tale Blocco possono essere effettuate diverse scritture, ed è compito del SO effettuare periodicamente un allineamento dei blocchi. Se il sistema ha un crash prima che tutti i blocchi modificati siano stati aggiornati sul Disco, il File System può trovarsi in uno stato inconsistente; questo è un problema critico specialmente se alcuni dei blocchi che non sono stati scritti sono blocchi di i-node, blocchi directory o blocchi contenenti la lista dei blocchi liberi. La maggior parte dei Sistemi Operativi si affida ad utility note come scandisk (nei sistemi Windows) e fsck (nei sistemi UNIX):

Questi programmi vengono attivati dopo un crash del sistema e controllano la coerenza del File System incrociando i dati provenienti da strutture dati differenti per verificare la coerenza fra essi. In particolare il SO costruisce due liste la cui dimensione è pari al numero di blocchi della Partizione in analisi: nella prima lista verranno segnate le presenze dei blocchi in uso (estraendo tale informazione dagli i-node), nella seconda lista i blocchi liberi. Ad esempio se la struttura dati di memorizzazione dei blocchi liberi e blocchi occupati è una Bitmap, gli stati possibili rilevabili dall'analisi sono i seguenti:

• Consistente (a): Se nel primo vettore si trova un bit ad 1 e nel secondo un bit a 0 e viceversa, allora il File System è Consistente;
• Missing Block (b): Se un blocco ha un bit a 0 in entrambi i vettori allora vuol dire che il blocco non è utilizzato, e al contempo non è utilizzabile in quanto non è presente nel vettore dei blocchi liberi;

Blocchi Liberi. Si rimedia facilmente impostando il valore dei Blocchi Liberi corrispondente ad 1;

Duplicate Free Block (c): Se nel vettore dei blocchi liberi compare un 2 vuol dire che quel blocco è stato inserito due volte nella Lista dei Blocchi Liberi. Sarebbe pericoloso lasciare la duplicazione in quanto il blocco potrebbe essere utilizzato 2 volte sovrascrivendo i dati;

Duplicate Data Block (d): Se nel vettore dei Blocchi in Uso compare un 2 vuol dire che quel blocco è presente nella lista di due file diversi, cosa che non può essere possibile in quanto in un blocco fisico si può trovare un solo blocco logico, relativo ad un solo file. L'azione di recupero consiste nell'allocare un blocco libero, copiarvi il contenuto del blocco e inserire la copia in uno dei file, in questo modo non si modifica il contenuto dell'informazione dei file sebbene uno dei due file è inconsistente. 171.1.7. File System UNIX UNIX offre

un'astrazione molto più ampia rispetto ad altri File System, infatti oltre a File e Directory è possibile trovare molti più tipi di files:

• File Regolari: visti come un insieme di byte e non come strutture di dati;
• Directory: contenitori per File e sottodirectory;
• Buffered Special File: in Unix anche i dispositivi periferici vengono visti come file, in particolare in questa categoria rientrano i Devices a Carattere come le tastiere;
• Unbuffered Special File: dispositivi Periferici a Blocchi come i Dischi rigidi;
• Link Simbolico: in UNIX anche i links sono considerati dei files perché ad essi viene associato un i-node al cui interno si trova il path del file originale, di conseguenza quando viene cancellato il link, il file originario non si accorge di nulla;
• Socket: anche le socket, per la comunicazione fra Processi in rete, vengono considerate come files in UNIX;
• Pipe: anche le Pipes, per la comunicazione fra un Processo Padre e Processi Figli,

vengono considerate come files in UNIX;

In UNIX ci sono 2 tip