Gestion de Fichiers

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Gestion de Fichiers

• Stockage Secondaire Disques

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Plan du cours daujourdhui

• Vue générale
• LOrganisation des disques
• Estimation de la capacité des disques
• Organisation des pistes par secteur
• Organisation des pistes par blocs
• Espace perdu à lorganisation
• Coût et amélioration de laccès au disque
• FZR, Chapitre 3.1

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Vue générale

• Nous avons appris à manipuler les fichiers.
• Nous appredrons la nature et les limitations des
  périphériques de stockage.
• Etant donné un périphérique de stockage, ces
  connaissances vont nous aider à créer des
  structures de fichiers mieux adaptées à ces
  périphériques et qui minimiseront le coût daccès
  aux données.

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Vue générale

• Périphériques à accès direct
• - Disques magnétiques
• disques durs haute capacité
  
• disquettes petite capacité
• - Disques optiques
• CD-ROM
• Périphériques à accès séquentiel
• - Cassettes magnétiques

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Vue générale sur les disques

• Il existe plusieurs types de disques
• Disques durs grande capacité petit coût
• Disquettes très bon marché, mais accès lent et
  petite capacité (sauf pour les Disques Zip)
• Disques Optiques (CD-ROM) seulement pour la
  lecture, capacité énorme, bon marché à
  reproduire, mais très lents

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Organisation des disques

• Linformation sauvegardée sur un disque est
  sauvegardée sur la surface dun ou plusieurs
  plateau (disque).
• Linformation est sauvegardée sur des piste
  successives sur la surface de chaque plateau.
• Chaque piste est divisée en un nombre de secteurs
  qui sont les portions les plus petites du disque
  qui peuvent être referées.
• Linformation est accessible par le bras qui
  possède les têtes de lecture et décriture.
• Voir Figures 3.1 et 3.2 dans le livre.

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Organisation des disques (suite)

• Lorsquune instruction de lecture cherche un
  octet particulier dans un fichier sauvegardé sur
  un disque, le système dexploitation de
  lordinateur trouve la valeur du plateau, de la
  piste et du secteur dans lesquels se trouve cet
  octet il lit le secteur tout entier dans une
  portion spéciale de la mémoire principale appelée
  mémoire tampon et il cherche loctet dans la
  mémoire tampon.

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Organisation des disques (suite)

• Lunité de disque a typiquement un nombre de
  plateaux et de pistes logés directement les uns
  sous les autres. Lensemble des pistes logées les
  unes sous les autres sappelle un cylindre.
• Les informations contenues sur le même cylindre
  peuvent être accédées sans déplacer le bras de
  lecture et décriture.
• Déplacer ce bras sappelle rechercher (seeking)
  et correspond à la portion la plus lente du
  processus de lecture ou décriture sur disque.

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Estimation de la capacité dun disque

• Capacité dune piste nombre de secteurs par
  piste X octets par secteur
• Capacité dun cylindre nombre de pistes par
  cylindres X capacité dune piste
• Capacité dune unité de disque nombre de
  cylindres X capacité dun cylindre

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Estimation de la capacité exemple

• Voici un problème caractéristique
• - On donne les caractéristiques dun fichier et
  dun disque
• - Question De combien de cylindres a-t-on
  besoin
  pour stocker ce fichier sur ce disque?
• caractéristiques dun fichier
  - enregistrements à longueur
  fixe - denreg.
  50,000 taille dun enreg. 256 octets
• caractéristiques du disque
  - doctets par secteur 512
  de sect. par piste 63
  - de pistes par cylindre 16
  de cylindres 4092

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Estimation de la capacité exemple (suite)

• Réponse
• - 512/256 2 enregistrements par secteur
  
  
• - 2 X 63 126 enregistrements par piste
• - 16 X 126 2,016 enregistrements par cylindre
• - de cylindres 50,000/2,016 24.8 cylindres
• Note un disque peut ne pas avoir autant de
  cylindres contigues disponibles. Conséquence ce
  fichier peut être dispersé sur des centaines de
  cylindres !

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Organisation des pistes par secteurs

• Le Placement Physique des Secteurs
• Lorganisation la plus logique et pratique des
  données dun fichier sur une piste de disque est
  de faire en sorte que les données adjacentes du
  fichier soient représentes par des segments de
  piste de taille fixe adjacents sur le disque.
• Dans le contexte de lorganisation physique,
  cependant, cela nest pas optimal après avoir lu
  des données, le contrôleur de disque a besoin de
  temps pour traiter linformation reçue avant de
  pouvoir en accepter de nouvelles. Si les secteurs
  étaient physiquement adjacents, on perdrait le
  début du secteur suivant en traitant
  linformation précédente.

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Organisation des Pistes par secteurs (suite)

• Solution Traditionnelle entrelacer les secteurs.
  Cest-à-dire laisser un intervalle de plusieurs
  secteurs physiques entre des secteurs logiques
  adjacents. Voir Fig. 3.4.
• On parle dentrelacement de 1 à 1, 2 à 1, 3 à 1,
  etc. Voir à ce sujet la Figure 3.4 dans le livre.
  Le facteur dentrelacement détermine le nombre de
  révolutions de disque à effectuer.
• De nos jours, cependant, la vitesse du contrôleur
  sest tellement améliorée que, désormais,
  lentrelacement nest plus nécessaire.

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Organisation des pistes par secteurs (suite)

• Le fichier peut aussi être conçu comme une série
  de groupements (clusters) de secteurs
  représentant un nombre fixe de secteurs
  (logiques) contigus.
• Une fois quun groupement est trouvé sur un
  disque, tous les secteurs de ce groupement sont
  accessibles sans recourir à une recherche
  supplémentaire.
• La table dallocation de fichiers (File
  Allocation Table FAT Fig. 3.5) relie les
  secteurs logiques aux groupements physiques
  auxquels ils appartiennent.

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Organisation des pistes par secteurs (suite)

• Sil y a beaucoup despace libre sur un disque,
  il peut être possible de représenter un fichier
  entier par une série de groupements contigus.
• Le fichier, dans ce cas, est dit être représente
  par une étendue (extent). Il peut donc être
  traité avec un montant minimum de temps de
  recherche.
• Si une etendue nest pas suffisante, alors on
  peut diviser le fichier en plusieurs étendues.
• Plus le nombre détendues augmente, plus le
  fichier est dispersé sur le disque et plus il
  requiert de temps de recherche.

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Organisation des pistes par secteurs (suite)

• Il y a deux organisations possibles pour les
  enregistrements lorsque les enregistrements sont
  plus petits que la taille dun secteur
• Placer un enregistrement par secteur
• Placer les enregistrements successivement. ceci
  peut forcer certains enregistrements à être
  étendus sur deux secteurs.

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Organisation des pistes par secteurs (suite)

• Compensations (Trade-Offs)
• Avantage de 1 Chaque enregistrement peut être
  récupéré dun seul secteur.
• Désavantage de 1 De lespace est perdu dans
  chaque secteur -- Fragmentation Interne.
• Avantage de 2 pas de fragmentation interne.
• Désavantage de 2 2 secteurs peuvent être accédes
  afin de ne récupérer quun seul enregistrement.
• Lutilisation de groupements entraîne aussi de la
  fragmentation interne lorsque la taille du
  fichier nest pas un multiple de celle du
  regroupement.

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Organisation des pistes par blocs

• Plutôt que dêtre divisées en secteurs, les
  pistes dun disque peuvent être divisées en blocs
  définis par lusager.
• Lorsque les données dune piste sont organisées
  en bloc, cela veut dire, en général, que le
  montant de données transférées lors dune seule
  opération dentrée/sortie peut varier en fonction
  des besoins de larchitecte du logiciel (et non
  celui du hardware).
• Les blocs peuvent normalement avoir une taille
  fixe ou variable selon les spécifications de
  larchitecte du système de fichiers et des
  capacités du système dexploitation.

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Organisation des pistes par blocs (suite)

• Les blocs nont pas les problèmes
  denregistrements distribués sur 2 secteurs ni de
  fragmentation interne puisque leur taille varie
  de manière à accommoder lorganisation logique
  des données.
• Le facteur du bloc indique le nombre
  denregistrements dun fichiers qui peuvent être
  sauvegardés dans chaque bloc.
• Chaque bloc est généralement accompagné de
  sous-blocs le sous-bloc compte, le sous-bloc
  clé, le sous-bloc de données. Certains sous-blocs
  sont destinés à ladministration du bloc. Voir
  Fig. 3.9 dans le livre.

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Espace perdu à lorganisation

• Que vous utilisiez une organisation par bloc ou
  par secteur un certain montant despace du disque
  est perdu à lorganisation. Cest-à-dire de
  linformation sauvegardée sur le disque pendant
  le pré-formatage.
• Sur les disques adressables par secteurs, le
  pré-formatage consiste à sauvegarder, au début de
  chaque secteur, ladresse du secteur, de la
  piste, et sa condition (utilisable ou defective)
  des espaces et des marques de synchronisations
  entre les champs dinformation afin daider le
  mécanisme de lecture/écriture de les distinguer.
• Dans les organisations par blocs, les sous-blocs
  et les espaces dentre blocs doivent être fournis
  avec chaque bloc.

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Espace perdu à lorganisation (suite)

• Relativement, lespace nécessaire pour
  lorganisation dans lorganisation par bloc est
  plus grand que dans lorganisation par secteur.
• Plus la taille dun bloc grandit, plus le montant
  de fragmentation interne sagrandit.
• La flexibilité introduite par lutilisation de
  blocs plutôt que de secteurs permet au
  programmeur de déterminer assez librement comment
  les données seront organisées physiquement sur le
  disque.
• LOrganisation en bloc néanmoins demande plus de
  temps au programmeur et au système
  dexploitation.
• De plus, dans lorganisation en bloc, les
  opérations dentrée/sortie ne peuvent pas être
  synchronisées avec le mouvement du disque.

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Le coût dun accès au disque

• Le temps de recherche (seek time) temps requis
  pour déplacer le bras jusquau cylindre demandé
• Le délai de rotation (latency) temps pris par
  le disque pour tourner afin de placer le secteur
  demandé sous la tête de lecture/écriture
• Le temps de transfert
  ( doctets transferrés / doctets sur
  une piste) X temps de rotation

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Améliorer laccès au disque

• Les processus sont souvent limités par le disque
  (disk-bound) cest-à-dire que le réseau et
  lunité centrale doivent souvent attendre très
  longtemps avant que le disque ne transmette les
  données.
• Solution 1 programmation multiple lunité
  centrale travaille à dautres processus en
  attendant le résultat du disque.
• Solution 2 divisions (stripping) plusieurs
  parties dun fichier sont divisées entre
  différentes unités de disques, qui délivrent
  toutes les parties du fichier en parallèle.

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Améliorer laccès au disque (suite)

• Solution 3 Utiliser un RAID (Redundant Array of
  Independent Disks).
• Solution 4 RAM disk ? Simule le comportement du
  disque mécanique en mémoire.
• Solution 5 disk cache ? Un large bloc de mémoire
  configuré pour contenir des pages de données dun
  disque. Le programme vérifie dabord le cache. Si
  les données dont il a besoin ne sont pas dedans,
  il va chercher les données dans le disque et
  remplace lune des pages du cache avec la page du
  disque contenant ces données.