İşletim Sistemleri (Operating Systems)

DOSYA SİSTEMİ (FILE SYSTEM)

Dosya Sistemi Bellek kalıcı bir depolama ortamı değildir. Veriler process sonlandıktan sonra da kaybolmamalıdır. Veriler kalıcı olarak saklanmak istendiğinde ikincil belleklerde dosya olarak saklanırlar. Dosyalar, işletim sistemleri için mantıksal saklama birimleridir.

Dosya Sistemi Bir dosya yönetim sisteminin temel görevleri : Dosya oluşturma Dosya saklama Dosya silme Dosya açma Dosya kapatma Dosyayı koruma ve paylaşım Dosyaya okuma ve yazma Dosya yedeklerinin alınması Dosya erişimlerinin belirlenmesi

Dosya Sistemi Dosya yönetimi işletim sisteminin sunduğu temel hizmetlerden biridir. Dosyalar, disk, disket, teyp gibi, çeşitli ikincil saklama alanlarında saklanır. Tüm bu saklama aygıtlarının kendine özel karakteristik yapısı vardır. İşletim sistemi, bu yapıya uygun dosya yönetimini gerekli aygıt üzerinde gerçekleştirir. Dosya sistemi iki kısımdan oluşur: Dosya kümesi Dizin yapısı

Dosya Kavramı İşletim sistemi genel olarak iki çeşit dosya içerir. Birincisi, bir sistem görevi yerine getirirken yada bir uygulama çalışırken bilgisayarı kontrol eden komutları içeren program dosyalarıdır. İkincisi ise, bir uygulama programı yardımı ile kullanıcılar tarafından oluşturulmuş veri dosyalarıdır. Kısaca dosyalar, programları veya verileri saklarlar.

Dosya tipleri Veri dosyaları nümerik, alfabetik, alfanümerik veya binary olabilir. Dosyalar, metin dosyaları veya formatı belirlenmiş olabilir. Dosyadaki bilginin ne şekilde tanımlanacağı oluşturan tarafından belirlenir. Text file, satırlar halinde organize edilmiş karakter sıralarından oluşur. Source file, bir grup fonksiyon içerir. Executable file, bir grup kod bölümünden oluşur ve hafızaya alınarak çalıştırılabilir. Bir dosyanın içeriği, bit, byte, satır veya kayıtlardan oluşacak şekilde yapılandırılabilir.

Dosya tipleri İşletim sistemi değişik dosya tiplerini tanıyabilmelidir. Eğer bir işletim sistemi bir dosya tipini tanıyamıyorsa, o tipteki dosyalar ile ilgili çalıştırma, okuma-yazma gibi işlemleri gerçekleştiremez. Dosya tiplerinin belirtilmesi için kullanılan en yaygın yöntem dosya adının iki alana ayrılarak, son üç-dört karakter ile dosyanın tipinin gösterilmesidir. Bir dosya adı iki parçadan oluşur: dosya adı ve uzantısı. belge.docx hello.cpp hesap.xlsx Kullanıcı bilinen uzantının dışında uzantı belirleyebilir.

Dosya tipleri

Dosya tipleri Dosya türü, dosyanın iç yapısını göstermek için de kullanılabilir. Her işletim sistemi en az bir dosya formatı (kendi executable dosya formatı) tanımak zorundadır. İşletim sisteminin tanıdığı dosya türü arttıkça, işletim sistemi daha karmaşık hale gelir. Uygulamalar kendi dosya yapısını oluşturabilir. Temel tanınan dosya türü çalıştırılabilir dosyadır (executable). İşletim sistemleri, diğer dosya türlerinin tanınmasını uygulama yazılımlarına bırakır.

Dosya Özellikleri (File Properties) Dosya, isim ve uzantı haricinde de bazı karakteristikler içerebilir. Dosyaların özellikleri işletim sistemlerine göre farklılık gösterir: Yaygın olan bazı özellikler: Name: Kullanıcıların kolaylık okuyabileceği isimdir. Identifier: Tekil etikettir, genellikle sayı kullanılır. Type: Sistemler için dosyanın türünü belirler. Location: Bu bilgi bir ciahzı veya cihaz üzerindeki dosyanın yerini işaret eder. Size: Dosyanın mevcut boyutunu gösterir. Protection: Erişim bilgisidir, dosyaya kimin erişeceği, okuyacağı, çalıştıracağı belirlenir. Time, date, user identification: Oluşturulma, son değiştirilme, son kullanma bilgilerini saklar .……. …….

Dosya İşlemleri Dosya oluşturma (Create) Dosya Silme (Delete) Dosya açma (Open) Dosya kapama (Close) Dosya okuma (Read) Dosya yazma (Write) Dosya sonuna ekleme (Append) Dosya yeniden konumlandırma (Seek) Dosya öznitelik sorgulama (Get attributes) Dosya öznitelik değiştirme (Set attributes) Dosya ismi değiştirme (Rename) İşletim sistemleri bu fonksiyonları, sistem çağrılarını kullanarak gerçekleştirirler.

Dosya İşlemleri Dosya işlemlerinin yapılabilmesi için öncelikle open() sistem çağrısı ile dosyanın açılması gereklidir. İşletim sistemi tüm açık dosyalara ait bilgileri open-file table ile tutar. Bazı işletim istemlerinde dosya kullanımı bitince veya program kapatılınca otomatik olarak dosya kapatılır. Open-file table ile her dosyayı açan process sayısı (open count) saklanır.

Dosya Erişim Yöntemleri Dosyalarda saklanan verilerin işlenebilmesi için, verilere erişilmesi ve belleğe yerleştirilmesi gerekir. Verilere erişim çeşitli yöntemlerle gerçekleştirilir. Sıralı erişim (sequential access) Sıralı bir erişim dosyası, manyetik bir bant sistemine okuma ve yazma işlemi gerçekleştirme gibi hayal edilebilir. Dosya içerisindeki bilgiye sıralı erişilir. Editör ve compiler yazılımları dosyaya sıralı erişirler. Read ve write işlemleri sıralı yapılır ve her işlemden sonra dosya pointer’ı otomatik olarak ilerletilir. Dosya üzerinde bulunulan konum ileriye ve geriye doğru atlanarak değiştirilebilir. Bir kaydı oku ve bir sonraki konuma ilerle, Bir kaydı yaz ve bir sonraki konuma ilerle, Rewind (gerideki bir konuma dön)

Dosya Erişim Yöntemleri Doğrudan erişim (direct access) Dosya içerisindeki kayıtlar sabit boyuttadır ve okuma/yazma işlemi doğrudan erişimle hızlı bir şekilde yapılır. Doğrudan erişimde, dosya sıralanmış bloklar halinde görülür. Erişilmek istenen blok numarası kullanıcı tarafından işletim sistemine verilir. İlk kaydın sıra numarası 0 ile başlar. L blok boyutundaki bir dosyada N. kayda ulaşmak için, L * N konumundaki kayda gidilir. read n - read record number n. write n - write record number n.

Dosya Erişim Yöntemleri Index kullanımı İndex kullanımlı bir erişim yöntemi, doğrudan erişimli bir sistemin üzerine kolayca kurulabilir. Bir dosya için index dosyası oluşturulabilir. Index, bir dosyadaki kayıtların pointer’ını içerir. Bir kaydı bulmak için indeks’e bakılır, varsa pointer ile konumlanılır.

Dosyalar ve Dizinler Dosyalar sabit disk üzerinde bir dizinle ilişkilendirilerek saklanır. Dosya: depolanan içerik Dizin: dosyalar, onların özellikleri yada yerleşimleri hakkında bilgi saklar. Çeşitli dizin yapıları bulunmaktadır.

Tek seviyeli dizin yapısı (Single-level directory) Tüm dosyalar aynı dizin içerisindedir. Hızlı erişim sağlanır. Tüm dosyalar aynı dizinde iken , dosyalar tekil isimde olmalıdır. Dosya sayısı arttıkça dosyaların bulunması ve tekil isimlendirilmesinde zorluklar ortaya çıkar. Kullanıcının dosyaları isimlerinden yönetmesi zor olacaktır. Çok kullanıcılı sistemlere uygun değildir, farklı kullanıcılar aynı isimli dosya oluşturursa sorun olur. Tek seviyeli dizin yapısı çok kullanışlı bir metod değildir. Dört dosya içeren tek seviyeli dizin sistemi.

İki seviyeli dizin yapısı (Two-level directory) Her kullanıcı kendisine ait dizine sahiptir. Kullanıcılar birbirinden tamamen ayrıştırılabilir. Kullanıcıların aynı isimli dosya sorunu çözülür. Kullanıcı login olduğunda master file directory (root directory) ’de arama yapılır. Kullanıcı bulunursa user file directory’e yönlendirilir. Kullanıcı özel bir dosya istediğinde , sadece kendisinin directory ‘si araştırılır. Bu sayede değişik kullanıcılar aynı adda dosyalara sahip olabilir.

Ağaç dizin yapısı (Tree-structured directories) Doğal kullanıma en uygun yapı ağaç dizin yapısıdır. Modern işletim sistemlerindeki yapı bu şekildedir. Kullanıcılar kendi dizinlerini yönetebilirler (yeni altdizin oluşturma, silme,…) Fakat, CD-ROM dosya sistemi, bu konuda hiyerarşik olarak belirli bir sınıra sahiptir. Ağacın bir kök dizini vardır. Sistemdeki her dosyanın bir unique path name ‘i vardır. Path name root ‘tan itibaren dosyaya kadar dizinlerin dizilimini gösteren bir yoldur. Bir dizin birtakım dosyalar ve alt dizinler içerebilir.

Yol İsimlendirmesi (Path Naming) Dosyalar dizin ağacının içinde olduğunda dosyanın konumunu belirtmek için bir isimlendirme şemasının kullanılması gerekir. Mutlak yol isimleri (absolute path names) : Her zaman root ‘tan başlar ve belirtilen dosyaya kadar dizin dizin iner. C:\kullaniciA\dosyalar\test.txt (Windows) /users/John/presentation.ppt (Linux-Unix) Göreceli yol isimleri (relative path names) : Üzerinde çalışılan dizine göre göreceli yol isimleri verilebilir. Şu an çalışılan dizin baz alınarak belirtilen yoldur. John/presentation.ppt

Ağaç dizin yapısı (Tree-structured directories) Unix dizin ağacı

Döngüsüz graf dizin yapısı (Acyclic-graph directories) Bir alt dizin veya dosya kullanıcılar arasında paylaşılarak kullanılabilir. Alt dizin veya dosya silme işlemlerinin yönetimi zordur (kimin sileceği belirlenmelidir, silinince diğerlerinin durumu belirlenmelidir).

Dizin işlemleri Dizin üzerinde aşağıdaki işlemler yapılabilir: Dosya arama: Bir dizin içerisindeki dosyalar adına göre aranabilir. Dosya oluşturma: Dizin içerisinde yeni dosya oluşturulabilir. Dosya silme: Dizindeki dosya/lar silinebilir. Dizin listeleme: Dizindeki dosyalar belirli kritere göre listelenebilir. Dosya adı değiştirme: Dizin içindeki dosya adında değişiklik yapılabilir. Dizinin yedeklenmesi: Bir dizin içerisindeki dosyaları yedeklemek amacıyla başka depolama birimine aktarılabilir.

Dosya Sistemi Gerçekleme Bir dosyanın bir disk üzerinde nasıl saklandığı ve bir bilgisayarın dosyaları yönetebilmek için erişimi nasıl sağladığını kontrol eden sisteme dosya sistemi (file system) denir. Ana bellek dışında kalan ve ikincil bellekler (ör: sabit disk) üzerinde tutulan verilerin yönetimi dosya sistemi kapsamında ele alınır. Dosya sistemi kullanılmadan önce bir veya birden fazla disk üzerinde oluşturulmalıdır.

Dosya Sistemi Gerçekleme

Dosya Sistemleri Dosya sistemlerine verilebilecek örnekler: NTFS (New Technology File System) HPFS (High Performance File System) DOS FAT 16/32 HFS (Macintosh Hierarchical File System) ISO 9660 (CD-ROM) Ext (Extended File System) Günümüzde sıklıkla kullanılan dosya sistemleri FAT 32, NTFS, Linux Ext2 ve Linux Swap dosya sistemleridir.

Dosya Sistemleri Farklı işletim sistemleri farklı dosya sistemleri kullanmaktadır. Örneğin: Linux işletim sistemi Ext2, Ext3 ve Swap, MS-DOS işletim sistemi FAT 16, Windows 95/98 işletim sistemi FAT 32, Windows NT/2000/XP/Vista/7/8 işletim sistemleri NTFS, OS/2 işletim sistemi HPFS dosya sistemlerini kullanmaktadır.

FAT 16 (File Allocation Table) DOS işletim sistemi ve Windows’un ilk sürümlerinde FAT (File allocation Table-Dosya Yerleşim Tablosu) dosya sistemi kullanılmaktaydı. FAT dosya sisteminde dosya konumları ana dosya tablosu (master file table) içerisinde tutulur. 16 bitlik bir dosya sistemi olduğu için FAT 16 olarak adlandırıldı. DOS ve tüm Windows versiyonları bu dosya sistemini desteklemektedir.

FAT 16 (File Allocation Table) Bu dosya sisteminde bir dosya en fazla 2GB boyutunda olabilir ve 256 MB'tan küçük bölümler için veriye ulaşım çok hızlıdır. Cluster boyu büyük olduğu için yer kaybı fazladır. Veri güvenliği yoktur.

FAT 32 (File Allocation Table) FAT 32’nin, FAT 16’dan daha gelişmiş veri koruma yöntemleri vardır. Disk bölümlerinin 512 MB’tan büyük olması gerekir. 32 GB (bazı işletim sistemlerinde 8 TB) büyüklüğüne kadar sabit disk bölümlerinin kullanılmasını sağlar. FAT 16’ya göre daha küçük cluster büyüklüğü kullanarak diskin daha ekonomik kullanımını sağlar. Windows 95/98/ME/2000/XP/Vista/7/8 işletim sistemleri bu dosya sistemini desteklemektedir.

FAT 16 ve FAT 32 Karşılaştırması FAT 16 dosya sisteminde kök dizinde en fazla 512 dosya/klasör tutulabilirken FAT 32’de istenildiği kadar dosya/klasör tutulabilir. FAT 16 dosya sisteminde sabit disklerin bölüm büyüklüğü en fazla 2 GB olabilirken, FAT 32’de boyut 2 TB’a kadar çıkabilir. Dosya yerleşim tablosu FAT 16’da kök dizinde olmalıdır, FAT 32’de ise istenilen herhangi bir yere taşınabilir. FAT 32’de cluster boyutu FAT 16’dakinden daha küçüktür.

FAT 16 ve FAT 32 Karşılaştırması FAT 16 ve FAT 32 dosya sistemlerindeki cluster boyutu karşılaştırılması aşağıdaki tabloda verilmektedir. Bölüm Büyüklüğü FAT 16 cluster boyutu FAT 32 cluster boyutu 32 MB 2 KB 512 Byte 128 MB 256 MB 4 KB 512 MB 8 KB 1 GB 16 KB 2 GB 32 KB

NTFS (New Technology File System) NTFS, dosya konumlarını FAT sistemindeki gibi bir ana dosya tablosu (master file table) olarak saklamakla birlikte dosyanın yerleştiği konumları ve diğer bilgileri her öbeğin içinde ayrıca saklayarak daha güvenilir bir yapı sunar. NTFS dosya sistemi kullanan Windows sürümleri FAT sürücüleri görebilir ve bu sürücülerdeki dosyaları okuyabilirler. Ancak FAT kullanan işletim sistemleri NTFS bölümlerini göremezler.

NTFS (New Technology File System) 256 TB'a kadar sabit diskleri biçimlendirebilir (format). Tek bir dosya boyutunu 16 GB’a kadar desteklemektedir. Cluster boyu küçük olduğu için yer kaybı düşüktür. Dosya ve dizinlere kullanıcı hakları verilerek erişim denetlenebilir. Dosyalarda yapılan tüm değişikliklerin kaydını tuttuğu için otomatik veri kurtarma desteği vardır.

NTFS (New Technology File System) NTFS dosya sistemindeki en önemli güvenlik öğeleri aşağıda belirtilmiştir. Güvenli sistem girişi: Bir kullanıcı sistemde çalışmadan önce geçerli bir kullanıcı adı ve şifre ile kendini sisteme tanıtmak zorundadır. Erişim kontrolü: Bir kaynağın sahibi, dosya, bellek alanı veya başka bir nesne olsun, kimin hangi şekilde bu kaynağa erişebileceğini belirler. Objenin sahibi bunun için kullanıcı ve kullanıcı gruplarına erişim hakları verebilir. Gözetleme fonksiyonları: NTFS güvenlik için önemli olayları belirleyebilir ve bunları bir günlük dosyasında tutabilir. Aynı şey sistem kaynakları oluşturma, bunlara erişme ve silme işlemlerinde de geçerlidir.

NTFS (New Technology File System) Kullanıcı yönetimi: Bu sayede herhangi bir dosya olayının hangi kullanıcı tarafından gerçekleştiği tespit edilebilir. Bellek koruması: Programlar ayrılmış bellek alanlarında çalışırlar. Bu yüzden bir program gerekli yetkiye sahip değilse başka bir programın kullanıldığı belirli bellek alanlarına erişemez. NTFS, bir programın kullandıktan sonra yeniden işletim sistemine geri verdiği belleğin içeriğini siler, böylece başka yazılımların bu bellek alanındaki dosyaları okuması önlenmiş olur.

NTFS (New Technology File System) NTFS dosya sistemi, dosyaların boyutu çok büyük veya klasör içerisindeki dosya sayısı çok fazla olsa da iyi bir performans göstermektedir. Bunun dışında çok küçük dosyalara ulaşımı son derece hızlıdır. Ancak 64 MB’dan daha küçük ana belleğe sahip sistemlerde kullanılması önerilmez. Düşük hızlı sabit disklerin performansından, FAT’a göre daha çok etkilenir.

FAT ve NTFS Karşılaştırması NTFS’de cluster büyüklüğü FAT’a göre daha küçük olduğu gibi dosya ve klasörleri sıkıştırabilme özelliği vardır. NTFS, FAT’a göre daha büyük sabit diskleri desteklemektedir. İki dosya sistemi arasında dosya adlandırma kurallarında farklılık vardır. NTFS ve FAT 32’de kök dizin içinde istenildiği kadar dosya-klasör oluşturulabilir.

FAT ve NTFS Karşılaştırması NTFS, klasör ve dosyalar için izinler düzenleyebilir. Güvenlik ve daha geniş bir kullanım için sağlanan bazı destekler NTFS’in bir diğer üstünlüğüdür. NTFS, FAT dosya sistemi kullanan MS-DOS ve Windows 9x işletim sistemlerinden ulaşılamamaktadır.

FAT 16, FAT 32 ve NTFS cluster Boyutları Bölüm Büyüklüğü FAT 16 Cluster boyutu FAT 32 NTFS 7-16MB 2KB Tanımaz 512B 17-32MB 33-64MB 1KB 65-128MB 129-256MB 4KB 257-512MB 8KB 513-1024MB 16KB 1025MB-2GB 32KB 2-4GB 64KB 5-8GB 9-16GB 17-32GB 32GB-2TB

EXT2 (Extended File System) Ext2, bir Linux dosya sistemidir. İleriye dönük, kolay geliştirilebilen bir dosya sistemi olarak tasarlanmıştır. Özellikleri: Ext2 dosya sistemi, en çok 4 TB boyutundaki disk bölümünü destekler ve bu bölüm üzerinde en çok 2 GB boyutuna kadar olan dosyalara izin verir. Ext2, dosya ve dizin isimlerinde 255 karaktere kadar izin verir.

EXT2 (Extended File System) Öncelikle Virtual File System (VFS) geliştirildi. Daha sonra bu dosya sistemi Linux çekirdeğine katılmadan önce Linus Torvalds tarafından tekrar yazıldı. VFS’nin Linux çekirdeğine katılmasından sonra Extended File System (Ext) tamamlandı. Ext dosya sistemindeki sorunlara çözüm olarak Ocak 1993’de Ext2 dosya sistemi piyasaya sürüldü.

EXT2 (Extended File System) Ext2 dosya sisteminde büyük/küçük harf ayrımı önemlidir. Bazı karakterlerin özel anlamları olduğu için dosya isimlerinde kullanılmaz. Unix dosya tipinin standart özelliklerini taşımaktadır. Ext2, büyük bölümlü diskleri yönetebilir. Dosya yerleşim bilgileri disk üzerine dağıtılmıştır. Farklı kullanıcı grupları için ayrı ayrı haklar tanımlanabilir.

EXT3 ve EXT4 1993 yılında geliştirilmiş olan Ext2'yi, Ext3 ve Ext4 dosya sistemleri takip etmiştir. Ext3 dosya sistemi, Ext2'nin bütün özelliklerine sahip bir dosya sistemidir. Aradaki temel fark, günlükleme özelliğinin eklenmiş olmasıdır. Böylece, herhangi bir sistem çökmesi esnasında, geri kurtarma zamanı kısaltılır ve performans artışı sağlanır. Ext4, Linux için Ext3 dosya sisteminin halefi olarak geliştirilmiş günlük desteği olan bir dosya sistemidir.

Linux Swap Linux Swap, Linux işletim sisteminin takas dosyasını yerleştirmek için kullandığı dosya sistemidir. Linux yapısı gereği kurulum sırasında takas dosyası için ayrı bir bölüm açılması ve bu bölüme takas özelliği verilmesini gerektirir.