İşletim Sistemleri (Operating Systems)

... konulu sunumlar: "İşletim Sistemleri (Operating Systems)"— Sunum transkripti:

1 İşletim Sistemleri (Operating Systems)

2 DOSYA SİSTEMİ (FILE SYSTEM)

3 Dosya Sistemi Bellek kalıcı bir depolama ortamı değildir.
Veriler process sonlandıktan sonra da kaybolmamalıdır. Veriler kalıcı olarak saklanmak istendiğinde dosya sisteminden yararlanılır. Bir dosya sisteminin, verilerin dosyalarda organize edilmesi dışında başka temel görevleri daha bulunur: Dosya oluşturma Dosya silme Dosya açma Dosya kapatma Dosyayı koruma ve paylaşım Dosyaya okuma ve yazma

4 Dosya Kavramı Dosya, ikincil bellekler üzerinde depolanmış verilerin bütününe verilen isimdir. 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.

5 Dosya Kavramı 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.

6 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 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.

7 Dosya tipleri Tipik dosya uzantıları

8 Dosya tipleri Dosya türü, dosyanın iç yapısını göstermek için de kullanılabilir. Bazı dosyaların yapısının işletim sisteminin tanıyacağı şekilde olması zorunludur (.exe) İşletim sisteminin tanıdığı dosya türü arttıkça, işletim sistemi daha karmaşık hale gelir. Uygulamalar kendi dosya yapısını (şifrelenmiş dosya) oluşturabilir. Temel tanınan dosya türü çalıştırılabilir dosyadır (.exe). İşletim sistemleri, diğer dosya türlerinin tanınmasını uygulama yazılımlarına bırakır.

9 Dosya Nitelikleri (File Attributes)
Dosya, isim ve uzantı haricinde de bazı karakteristikler içerebilir. Yaygın olan bazı nitelikler: Dosya sahibi (Owner) Dosyayı oluşturan (Creator) Koruma (Protection) Sadece okunabilirlik(Read only flag) Gizlilik (Hidden flag) Arşiv (Archive flag) En son erişim tarihi (Last Modified Date) …….

10 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 özellik sorgulama (Get attributes) Dosya özellik değiştirme (Set attributes) Dosya ismi değiştirme (Rename) İşletim sistemi, dosya oluşturma, silme, okuma, yazma işlemleri için sistem çağrıları sağlayabilir.

11 Sabit Diskin Yapısı Dosya sistemlerine geçmeden önce, sabit disklerle ilgili bazı tanımlamaları bilmekte fayda var. Sabit disklerde bilgi, her iki yüzü manyetik özelliğe sahip bir film ile kaplanmış disklere kaydedilir. Yüksek hızlı bir motor diskleri okuma/yazma kafası önünde döndürür. Okuma/yazma kafaları da bu diskler üzerinde bir kol yardımıyla hareket ederek istenilen bilgiye ulaşılır. Diskin her iki yüzü için de ayrı okuma/yazma kafası bulunmaktadır.

12 Sabit Diskin Yapısı Kafa (Head) : Sabit disklerde okuma/yazma işlemini yapan mekanik parça. Plaka (Plate) : Bilgilerin yazıldığı parça. Bir sabit disk, birden çok diskten oluşur. Üste üste gelmiş bu diskler plaka olarak adlandırılır. İz (Track) : Sabit diskte bulunan plakaların üzerinde gözle görülmeyecek eş merkezli daireler vardır. İşte bu dairesel çizgilere iz (track) denir. Sektör (Sector) : İz yapısının bölünmesiyle oluşan ve sabit disk üzerinde adreslenebilir en küçük alana denk gelen parçaya sektör (sector) adı verilir. Küme (Cluster) : Sektörler üzerinde tanımlanmış en küçük küme olarak tanımlanabilir. Normalde FAT 16, FAT 32 ve NTFS dosya sisteminde, sabit diskteki bölümün kapasitesine göre formatlama sırasında standart olarak belirlenmiş boyutta kümeler oluşmaktadır. Cluster'ların boyutunu, cluster'ları kullanan dosya sistemi ve bölümün kapasitesi belirler. Ancak cluster'ların boyutu formatlama sırasında (/Z:n) parametresi ile elle de ayarlanabilir.

13 Sabit Diskin Yapısı Arayüz (Interface) : Sabit disklerin hangi ara birimi kullandığını belirtir. Şu anda, EIDE/ATAPI ya da SCSI arabirime sahip olan arabirimler kullanılmaktadır. RPM (Rotation Speed Moment) : Disklerin dakikadaki dönme hızlarını belirtir. Şu anda piyasada bulunan IDE sürücüler, 5400 rpm ve 7200 rpm hızlarındayken, SCSI sürücülerdeki diskin dönme hızı 10000, rpm hızlarında dolaşmaktadır. Veri Erişim Hızı (Data Access Time) : Sabit diskteki kafanın, bir veriye erişebilmesi için bir izden diğer bir ize geçerken kaydettiği zamandır. Kullanılan zaman birimi milisaniyedir. Bu süre ne kadar kısa olursa o kadar iyidir. Dosya Yerleşim Tablosu ( FAT ) : Bir diskte bulunan dosyalara ait bilgilerin kayıtlı olduğu alanları belirtmeye yarar. Bir başka deyişle FAT, bir diskin haritası gibidir.

14 Sabit Diskin Yapısı Diskler iç içe geçmiş halkalardan oluşmaktadır. Bu halkalara iz (track) denir. Her bir halka da kendi içinde dilimlere bölünmüştür. İzlerin her bir dilimine de kesim (sector) denir. Disklere bilgi yazıp okumak için manyetizma kullanıldığından, yan yana kesimlerin birbirinden etkilenmemesi için boşluklar bırakılmıştır.

15 Dosyaların Sabit Diskte Saklanması
Dosyaların sabit diske kaydedilmesi dosya sisteminin görevidir. Dosya sistemi sektörlerin tamamını bir seferde kullanmaz ve küme (cluster) adı verilen gruplara toplar. Bir cluster birçok sektörden oluşur ve bu yüzden çok küçük ya da çok büyük olabilir. Dosyalar sabit disk üzerinde bir dizinle ilişkilendirilerek saklanır. Çeşitli dizin yapıları bulunmaktadır.

16 Tek seviyeli dizin yapısı
Tüm dosyalar aynı dizin içerisindedir. Dosya sayısı arttıkça dosyaların bulunması ve tekil isimlendirilmesinde zorluklar ortaya çıkar. hızlı erişim sağlanır. çok kullanıcılı sistemlere uygun değildir, farklı kullanıcılar aynı isimli dosya oluşturursa sorun olur. günümüzde gömülü sistemlerde kullanılır. Dört dosya içeren tek seviyeli dizin sistemi.

17 İki seviyeli dizin yapısı
Her kullanıcı kendisine ait dizine sahiptir. Kullanıcılar birbirinden tamamen ayrıştırılabilir. kullanıcıların aynı isimli dosya sorunu çözülür.

18 Ağaç dizin yapısı Doğal kullanıma en uygun yapı ağaç dizin yapısıdır. modern işletim sistemlerindeki yapı bu şekildedir. Kullanıcılar kendi dizinlerini yönetebilirler (yeni dizin oluşturma, silme,…) Fakat, CD-ROM dosya sistemi, bu konuda hiyerarşik olarak belirli bir sınıra sahiptir.

19 Ağaç dizin yapısı Unix dizin ağacı

20 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.

21 Yol İsimlendirmesi (Path Naming)
Dosyalar dizin ağacının içinde olduğunda dosyanın konumunu belirtmek için bir isimlendirme şemasının kullanılması gerekir. Mutlak yol isimleri (absolute path names) /users/John/presentation.ppt Göreceli yol isimleri(relative path names) Üzerinde çalışılan dizine göre göreceli yol isimleri verilebilir. John/presentation.ppt

22 Dosya Sistemi 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.

23 Dosya Sistemi

24 Dosya Yerleşim Metotları
İkincil bellek üzerine bir çok dosya kaydedilir. Bu nedenle disk üzerindeki boş alanların yönetimi ne kadar önemliyse, kaydedilecek  dosyaların disk üzerine en verimli  şekilde yerleştirilmesi de o derece önemlidir. İşletim sistemlerinin ikincil bellek üzerine bilgi yerleştirmek için kullandıkları üç çeşit metod bulunmaktadır: Ardışık Yer Ayırma Bağlantılı Liste Kullanımı İndeks Kullanımı

25 Ardışık Yer Ayırma Bu yöntemde dosya oluşturulurken, dosya için ardışık bloklar ayrılır. Her dosya için sadece iki bilgi tutulur: başlangıç blok numarası ve dosya boyu. Örneğin bir dosya n blok uzunluğunda ve b adresinden başlayarak yerleştirilmişse, dosyanın yerleştiği alan b, b+1, b+2, …… ….b+(n-1). Avantajları: basit gerçekleme ardışık dosya işlemleri son derece hızlı gerçekleşir. Dezavantajları: dosya silme işlemleri sonrasında dış parçalanma gerçekleşir. boşluk listesi tutulmalı. dosya boyu en baştan bilinmeli ve sonradan değişemez. dosyaların maksimum boyları kısıtlıdır.

26 Ardışık Yer Ayırma (a) Diskte sürekli yer ayırma: örnek 7 dosya
(b) D ve F dosyaları silindikten sonra diskin durumu

27 Bağlantılı Liste Kullanımı
Bağlantılı yerleşim tekniğinde, her  dosya parçalara ayrılarak değişik yerlerdeki disk bloklarına yerleştirilebilir. Her blok kendinden sonra gelen bloğu gösteren bir işaretliyiciye sahiptir. Bu yöntemde dosya silme işlemi sonrasında, boşalan bloklar tekrar kullanılabilir. Her dosya için sadece başlangıç blok numarası tutulur. Bu yöntemde dosyadaki verilere sıralı erişim kolay, ancak bağlantılı liste yapısından dolayı rasgele erişim zordur.

28 Bağlantılı Liste Kullanımı
Bağlantılı liste kullanan yerleştirmede A ve B dosyalarının diske yerleşimi

29 Bağlantılı Liste Kullanımı

30 Dosya Tablosu Kullanımı
Bu yöntemde bağlantılı liste yöntemini kullanmaktadır. Fakat işaretçiler diskteki bloklarda değil, diske erişimleri azaltmak amacıyla bellekte tabloda (File Allocation Table-FAT) tutulur. Böylelikle rasgele erişim daha kolay gerçekleştirilir. Her dosya için sadece başlangıç blok numarasının bilinmesi yeterli olur. Başarım için tüm tablonun bellekte olması gerekir. Tablonun boyu ise disk boyuna ve blok boyuna bağlıdır. Örneğin 1TB’lık bir disk ve 4K blok boyu için tablonun boyu 256MB olur.

31 Dosya Tablosu Kullanımı
Bellekte dosya tablosu kullanan yerleştirmede A ve B dosyaları için dosya tablosunun içeriği

32 İndeks Kullanımı Bu yöntemde her dosyaya ilişkin bir indeks düğümü (i-node, index- node) oluşturulur. i-node içinde dosyanın özellikleri ve dosyanın bloklarının disk adresleri yer alır. Sadece açık dosyaların i-node yapıları bellekte tutulur. Toplam bellek alanı aynı anda açık olmasına izin verilen maksimum dosya sayısı ile orantılıdır.

33 İndeks Kullanımı UNIX, işletim sisteminde her şey bir dosya olarak tutulmaktadır. Dosyaların isimlendirmesi sadece kullanıcılar için anlamlı iken, UNIX için bir anlam ifade etmemektedir. Dosya isimleri yerine, oluşturulan her dosyaya o dosyaya ait olmak üzere bir numara verilir. Bu numara da i-node’dur. Dosya üzerindeki tüm işlemler i-node numarası kullanılarak yapılır. I-node’ların boyutu sabittir. Avantajı: Bir dosya açıldığında sadece karşılık gelen i-node belleğe getirilir.

34 İndeks Kullanımı

35 İndeks Kullanımı Bir i-node’da Tip ve haklar Dosyanın sahibi
Boyut bilgisi Son erişim zamanı Son değişiklik zamanı Sektör miktarı gibi bilgiler bulunur.

36 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.

37 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.

38 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.

39 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.

40 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.

41 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.

42 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

43 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.

44 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.

45 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.

46 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.

47 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.

48 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.

49 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.

50 FAT 16, FAT 32 ve NTFS clusterBoyutları
Bölüm Büyüklüğü FAT 16 Cluster boyutu FAT 32 NTFS 7-16MB 2KB Tanımaz 512B 17-32MB 33-64MB 1KB 65-128MB MB 4KB MB 8KB MB 16KB 1025MB-2GB 32KB 2-4GB 64KB 5-8GB 9-16GB 17-32GB 32GB-2TB

51 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.

52 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.

53 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.

54 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.

55 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.