Sistemas Operacionais

Título da ApresentaçãoTítulo da ApresentaçãoSub-título (se Sub-título (se necessário)necessário)

Sistemas OperacionaisSistemas Operacionais

Prof.:Luiz Carlos R. Falchi Junior

Sistema de arquivosSistema de arquivos

• Dispositivos com tecnologias variadas:CD-ROM, DAT, HD, Floppy, ZIP;SCSI, IDE, ATAPI;sistemas de arquivos em rede.

• Interfaces de acesso uniforme:visão homogênea dos dispositivos;transparência para as aplicações.

Arquitetura da gerência de Arquitetura da gerência de arquivosarquivos

Sistema de arquivos lógicos

Organização de arquivos

Sistema de arquivos básico

Controle de entrada/saída

Dispositivos físicos

API de acesso a arquivos

aplicaçãoaplicação

Dispositivos e DriversDispositivos e Drivers

• Dispositivo físico:armazenamento dos dadosestruturados em blocos de bytes (~ 512

bytes)CD-ROM, hard disk, floppy, fitas

• Driver de dispositivo:acesso em baixo nível aos dispositivosgerencia interrupções e DMAmapeia acessos a trilhas/setores/cabeças

em operações sobre portas de E/S do dispositivo

Visão dos DispositivosVisão dos Dispositivos

• Visão física: cabeças, trilhas, setores• Visão lógica: vetor de blocos idênticos

• Função do sistema de arquivos básico

Visão física Visão lógica

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Sistema de arquivos básicoSistema de arquivos básico

• Aciona comandos de leitura/escritanos drivers de dispositivos.

• Mostra o dispositivo como um vetorde blocos de mesmo tamanho.

• Pode efetuar buffering e caching:

Buffering - otimizar acessos reais em escrita.

Caching - otimizar acessos reais em leitura.

Blocos lógicos entre 512 bytes e 8 Kbytes

Buffering & cachingBuffering & caching

cache

buffer

disco disco

processo processo

kernel

buffering caching

Escalonamento de discoEscalonamento de disco

• Acesso ao disco por vários processos acessam áreas distintas; dispositivo lento (disco); desempenho de I/O pode ser péssimo.

• Acesso ao disco deve ser escalonado escolher ordem de atendimento dos pedidos

de acesso aos discos; buscar o melhor desempenho.

Exemplos de escalonamentoExemplos de escalonamento

BomRuim

Organização de arquivosOrganização de arquivos

• Problema:Como armazenar diversos arquivos dentro

de um único vetor de blocos lógicos?Cada arquivo também deve ser visto como

uma seqüência de blocos lógicos.

• Restrições:flexibilidade de alocaçãorapidez de acesso (seqüencial e aleatório)eficiência no uso do espaço real em disco

Organização de arquivosOrganização de arquivos

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?

readme.txt

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Dispositivofísico

Vetor deblocoslógicos

Arquivos

Técnicas de alocaçãoTécnicas de alocação

• Formas de mapear os blocos dos arquivos em posições no vetor de blocos lógicos

• Alocação contígua de arquivos

• Alocação em listas encadeadas listas diretas ou listas indexadas

• Alocação indexada

Alocação contígua de Alocação contígua de arquivosarquivos

• Cada arquivo ocupa um conjunto de blocos lógicos consecutivos.

• Não há blocos vazios entre os blocos de um mesmo arquivo.

• Para cada arquivo, o diretório informa seu bloco de início e o no de blocos.

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arquivo inicio #blocos

Alocação contíguaAlocação contígua


• Vantagens: Simplicidade de implementação. Rapidez de acesso aos arquivos:

todos os blocos do arquivo estão próximos.

Facilidade de acesso seqüencial e aleatório:seqüencial: basta ler os blocos

consecutivosaleatório: posições internas podem ser

facilmente calculadas a partir da posição do bloco inicial.


• Desvantagens: Pouca flexibilidade no crescimento dos

arquivos. Tamanho máximo do arquivo deve ser

conhecido no momento da alocação. Ocorrência de fragmentação externa. Necessidade de desfragmentação periódica.

Fragmentação externaFragmentação externa

• Espaços vazios entre blocos de arquivos.• À medida que o sistema evolui:

arquivos são criados e removidos mais espaços vazios aparecem. os espaços vazios ficam menores.

Alocar novos arquivos torna-se difícil !

Evolução da fragmentaçãoEvolução da fragmentação

t

aloca aloca

aloca aloca

Agora, como alocar um arquivo com 4 blocos ?

remove remove

remove

DesfragmentaçãoDesfragmentação

• Mover arquivos para reagrupar os fragmentos em espaços maiores

• Visa permitir alocar arquivos maiores• Deve ser feita periodicamente• Uso de algoritmos para minimizar movimentação

de arquivos (rapidez)

Estratégias de Estratégias de desfragmentaçãodesfragmentação

Situação inicial

Moveu 6 blocos

Moveu 4 blocos

Moveu 2 blocos

Estratégias de alocaçãoEstratégias de alocação

• First-fit: usar o primeiro espaço livre maior rapidez de alocação pouca preocupação com fragmentos

• Best-fit: usar o menor espaço livre usar o melhor possível os espaços em disco fragmentos residuais são pequenos

• Worst-fit: usar o maior espaço livre fragmentos residuais são maiores (mais úteis)

Alocando um arquivo c/ 2 blocosAlocando um arquivo c/ 2 blocos

Worst-fit

Best-fit

First-fit

Situação inicial

Alocação encadeadaAlocação encadeada

• Os arquivos são armazenados como listas de blocos

cada bloco aponta para o próximo diretório aponta para o bloco inicial os blocos podem estar espalhados

• Base de funcionamento da FAT sistema de arquivos Windows


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• Vantagensnão há fragmentação externatodo o disco pode ser usadotamanho dos arquivos pode ser mudado

facilmente

• Desvantagensacesso aleatório é mais demoradomaior fragilidade em caso de problemas


Alocação indexadaAlocação indexada

• Baseada em tabelas de blocos um bloco especial guarda a tabela de blocos

do arquivo: index-node (i-node) diretório aponta para os i-nodes blocos podem estar espalhados

• Base de funcionamento do UNIX


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I-node


• Vantagens não há fragmentação externa todo o disco pode ser usado acesso rápido robustez em caso de problemas

• Desvantagens gerência mais complexa espaço em disco perdido com os i-nodes

Fragmentação internaFragmentação interna

• Arquivos são alocados em blocos: Os blocos têm tamanho fixo. Entre 512 bytes e 8 Kbytes. Um bloco não pode ser alocado

parcialmente.

• Se usarmos blocos de 4096 bytes: um arquivo de 5700 bytes ocupará 2

blocos. 2492 bytes serão perdidos no último bloco.

• Em média, perde-se 1/2 bloco por arquivo.

Tamanho dos blocosTamanho dos blocos

• A escolha do tamanho dos blocos é importante para a eficiência do sistema.

• Blocos pequenos: menor perda por fragmentação interna mais blocos por arquivo: maior custo de

gerência

• Blocos grandes: maior perda por fragmentação interna menos blocos por arquivo: menor custo de

gerência

Unidade lógica e Física Unidade lógica e Física

• Física – é a denominação de um hardware de armazenamento em memória de massa, como um disco rígido, um CD, Pendrive.

Formatação Lógica e FísicaFormatação Lógica e Física

• Formatação FísicaRefere-se ao modo físico real como os dados

são armazenados na mídia, sob o ponto de vista do computador.

Geralmente um disco rígido já vem formatado fisicamente de fábrica e não há necessidade e nem é recomendável formatá-lo novamente.

Caso seja necessário fazer alguma formatação física, recomenda-se usar o formatador físico do fabricante do disco rígido.

• Formatação LógicaRefere-se à visão do usuário sobre a forma

como os dados são armazenados. Não tem uma correspondência um para um

como as unidades físicas e é nomeada com uma letra, como: drive ‘D’, drive ‘C’. Uma unidade lógica pode se estender por várias unidades físicas.

Por exemplo, dispositivos lógicos localizados em vários discos rígidos.

Formatação Lógica e FísicaFormatação Lógica e Física

Unidade lógica e FísicaUnidade lógica e Física

Unidade Física

Unidade Lógica

Sistemas de Arquivos Sistemas de Arquivos WindowsWindows

• Para se utilizar um disco rígido, é necessário que ele tenha sido formatado fisicamente, sendo assim partimos para a formatação lógica que tem a função de criar partições no disco rígido.

• As partições são chamadas de unidades lógicas e são estas partições lógicas que contem os sistemas de arquivos do sistema operacional.

Por exemplo: FAT; NTFS.

• Dados ( partes de programas ou dados propriamente ditos).

Devem ser armazenados em um sistema de memória de massa (nome genérico para qualquer dispositivo capaz de armazenar dados para uso posterior)

São armanezados em formas de arquivos e a maneira com que os arquivos são armazenados e manipulados varia de acordo com o sistema operacional.


• Não é possível gravar dados num HD ou um disquete sem um sistema de arquivos.

Estrutura que indica como os arquivos devem ser gravados e guardados em mídias;

Determina o espaço utilizado no disco;

Gerencia como partes de um arquivo podem ficar “espalhadas” no dispositivo de armazenamento;

Determina como os arquivos podem ser gravados, copiados, alterados, nomeados e até apagados.


• Características comunsSuportam nomes longos de arquivo (Fat32 -

NTFS) (até 255 caracteres);

Preservam letras maiúsculas e minúsculas e caracteres acentuados nos nomes de arquivos;

Não são sensíveis à caixa.


FAT32 NTFSDOS (MS-DOS 7 ou superior)

Windows 98Windows MeWindows NT

Windows 2000Windows XP

Suporte a segurança de dadosSuporte a compressão de dados

Suporta arquivos individuais commais de 4 Gb

AuditoriaJournaling



• Fat - File Allocation Table (Tabela de Alocação de Arquivos).Fat 16 (1977) - Utilizado com a primeira

Versão do Dos.• Funcionamento:

A Fat indica em que cluster um arquivo começa, ou seja, onde esta o primeiro byte de um arquivo. Um cluster é formado por um ou mais setores físicos, geralmente em cada setor de 512 bytes. (depende do tamanho do disco).

• Exemplo:Arquivo - 1KBDisco - clusters de 2KB

• Resultado: Como um cluster pode ser ocupado por apenas

um arquivo, no caso deste arquivo você estaria desperdiçando 1KB

• Problema: Disperdício


• Quando um arquivo é maior que o tamanho do cluster, ele tem que ser dividido em múltiplos pedaços.

• Resultado: Quando for necessário acessar o arquivo aumentará o tempo de leitura.

• Problema: Diminuindo a performance do disco.



• Fat 32 (1996) Menos disperdício (diminuição do tamanho

dos clusters);Permite que discos rígidos de até 2 terabytes

sejam reconhecidos e acessados diretamente;Mais lento do que o Fat16.Limitação de tamanho de arquivos 4GB


• A tabela abaixo ilustra o maior tamanho de partição e o menor tamanho de cluster disponível.Tamanho da partição

Tamanho de Cluster do Fat 16

Tamanho de Cluster do Fat 32

32 MB 2 KB -

128 MB 2 KB -

256 MB 4 KB -

512 MB 8 KB 4 KB

1 GB 16 KB 4 KB

2 GB 32 KB 4 KB

3 GB – 7GB - 4 KB

8GB – 16 GB - 8 KB

16 GB – 32 GB - 16 KB

Maior que 32 GB - 32 KB

• NTFS - New Technology File System;

• Funcionamento:A alocação de arquivos em um volume NTFS

está intimamente ligada com a Tabela Mestra de Arquivos (MFT - Master File Table), um arquivo presente em toda partição NTFS.


• Atributo Padrão de InformaçõesNeste atributo estão contidas informações sobre

quando o arquivo foi criado, modificado, ou acessado pela última vez, bem como os atributos de arquivos que já existiam no FAT, por exemplo, somente leitura (read-only) e arquivo escondido (hidden).

• Atributo de Nome do ArquivoComo o próprio nome já sugere, este atributo

armazena os nomes do arquivo, além do nome padrão de no máximo 255 caracteres, o NTFS armazena aqui o nome compatível com o MS-DOS (no formato 8.3, ou seja, 8 caracteres seguidos de um ponto e uma extensão composta por 3 caracteres).


Sistemas de Arquivos Sistemas de Arquivos WindowsWindows• Atributo de Dados

Aqui é armazenado o conteúdo do arquivo: arquivos pequenos e diretórios podem caber totalmente neste atributo dentro da Tabela Mestra de Arquivos (melhorando a performance) mas na maioria dos casos apenas uma pequena parte do arquivo fica neste atributo - e um indicador é posto apontando para o restante dos dados localizados em outra parte do disco rígido (fora da MFT).

• Atributo Descritor de SegurançaEste atributo contém as configurações de

segurança do arquivo.

Sistemas de Arquivos Sistemas de Arquivos WindowsWindows• Confiabilidade

O NTFS foi criado para ser o mais confiável possível e necessitar do mínimo possível de manutenção ao sistema de arquivos.

• ExpansibilidadeUm sistema de arquivos feito para servidores

não pode se dar ao luxo de suportar apenas os discos rígidos mais comuns. Ao contrário do FAT, que somente suporta partições de 4Gb, o NTFS foi desenhado para suportar discos de até 16 exabytes (264 bytes).

• EficiênciaO FAT desperdiçava enormes quantidades de

espaço em disco. Com o NTFS, esses desperdícios foram evitados ao máximo.

• PermissionamentoExistem dois tipos de objetos para os quais

você pode dar permissão no NTFS:• contas de usuário• Grupos

• Apesar das contas de usuários ou grupos possuírem um nome, o NTFS as referencia usando um identificador único para cada conta criada: o SID (Security Identifier). Por esse motivo, se você apagar uma conta de usuário e criar uma nova com exatamente o mesmo nome, esta não herdará as permissões da primeira.


Sistemas de Arquivos Sistemas de Arquivos WindowsWindows• Tolerância a Falhas

Uma transação é executada em sua totalidade ou ela simplesmente não é executada: o responsável por esse mecanismo é o arquivo de metadados $LogFile, comumente chamado de Log de Transações.

Quando o sistema volta depois de uma interrupção no serviço, o seguinte processo é executado:1) O sistema analisa o log e verifica o que precisa ser corrigido no volume;2) As transações marcadas como completas do final do log de transações até o último ponto de controle são refeitas;3) Todas as transações não completadas desde o último ponto de controle são desfeitas.


• Suporte a Compressão de dados

Partições NTFS têm um avançado sistema de compressão de arquivos (que pode ser feita em arquivos, pastas ou partições) que permite economizar espaço em disco quando necessário.

A compressão é realizada em tempo real e o usuário não nota diferença alguma após a conversão ser finalizada.

Sistemas de Arquivos Sistemas de Arquivos WindowsWindows• Para ativar a compressão de dados;

você deve clicar com o botão da direita do mouse e escolher a opção Propriedades.

Clique na opção Compactar disco para economizar espaço (quando for compactar uma partição)

clique no botão Avançados > Compactar o conteúdo para economizar espaço e clique em OK.


• Os arquivos e pastas compactados aparecerão na cor azul e você poderá utilizá-los normalmente.

• A compressão dos arquivos não afeta a sua cópia para outros sistemas operacionais ou disquete: quando você copia um arquivo compactado, este é automaticamente descompactado durante o processo de cópia.


• Cotas de Disco

Uma das novidades mais esperadas do NTFS 5 foi justamente a de cotas de disco: com ela o administrador pode restringir a quantia de espaço em disco disponível para os usuários em cada volume.

As cotas são por usuário.


• Suporte a segurança de dados– Uma das principais vantagens da partição

NTFS é o seu suporte à segurança de dados:

• Exemplo:você pode impedir que um usuário acesse

determinados arquivos, pastas ou até mesmo partições nos seus próprios computadores. Para isso você deve ter o WinNT, Win2000 ou WinXP Professional (o WinXP Home não permite isso).


• AuditoriaPartições NTFS tem uma vantagem adicional

sobre a FAT32: ela permite a auditoria do usuário.

Com isso, pode-se saber a que horas ele se iniciou o seu trabalho no Windows, o que ele fez, quais arquivos foram modificados, que programas foram executados, entre outras informações .

Sistemas de Arquivos Sistemas de Arquivos WindowsWindows• Journaling

Journaling é um recurso muito importante para manter a integridade de arquivos quando o sistema operacional falha ou quando algum problema ocorre durante uma operação;

Com ele o Windows armazena um log aonde são armazenadas todas as modificações realizadas pelo hard-disk.

Assim, em caso de falhas o Windows consegue manter a integridade dos arquivos uma vez que ele tenha armazenado todas as informações necessárias para isso.

• Com o journaling, o uso de partição NTFS minimiza o problema de arquivos corrompidos quando há algum problema no computador (falta de energia, por exemplo).

Sistemas de Arquivos Sistemas de Arquivos WindowsWindows• Convertendo FAT para NTFS

O “NT” permite através do utilitário de linha de comando CONVERT.EXE converter partições FAT para NTFS, sem perder dados.

• Para isto faça o seguinte: Efetue logon como Administrador; Selecione Iniciar|Prompt de comando; Irá aparecer uma janela com prompt de

comando; Execute o comando "convert <unidade>:

/fs:ntfs".• Reinicie o computador. Durante a inicialização do seu computador, o sistema irá converter a partição FAT para NTFS.,


• NTFS com compressão: só em emergências

O uso de partições NTFS com compressão deve ser evitado ao máximo devido à sua lentidão e alto índice de uso da CPU. Embora em alguns testes específicos essa partição mostrou ser mais rápida do que as demais, em geral ela é muito mais lenta do que a FAT32 e NTFS sem compressão. Ela é recomendada APENAS para quem precisa de espaço em disco.

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