Sistemas de Arquivos Sistemas Operacionais Profa Priscila Facciolli

Sistemas de Arquivos Sistemas Operacionais Profa. Priscila Facciolli Sistemas Operacionais 1 A 28

Conteúdo v Conceito de Arquivos e Sistema de Arquivos; v Métodos de Acesso; v Operações de Entrada e Saída; v Estrutura de Diretórios; v Gerência de Espaço Livre em Disco; v Gerência de Alocação de Espaço em Disco; v Proteção de Acesso e Lista de Controle de Acesso; v Implementação de Caches. Sistemas Operacionais 2 A 28

Conceito de Arquivos e Sistema de Arquivos Sistemas de Arquivos Os arquivos são gerenciados pelo SO de maneira a facilitar o acesso dos usuários ao seu conteúdo. A parte do SO responsável por essa gerência é o Sistemas de Arquivos que a parte mais visível do SO, pois a manipulação de arquivos é freqüente. Arquivos É constituído por informações logicamente relacionadas e podem representar instruções ou dados. É um conjunto de registros definidos pelo Sistema de Arquivos, onde há conceitos Pré estabelecidos sobre sua definição. Podem ser armazenados por diversos Dispositivos físicos: Discos, fitas magnéticas, etc Um arquivo é identificado por NOME, onde em alguns Sistemas de Arquivos é feita uma Distinção entre caracteres alfabéticos maiúsculos e minusculos. A identificação de um arquivo é composto por duas partes separadas por um ponto , a parte após o ponto é chamada extensão que identifica o conteúdo do arquivo. Sistemas Operacionais 3 A 28

Conceito de Arquivos e Sistema de Arquivos Organização de Arquivos Consistem em como os dados são internamente armazenados e sua estrutura pode variar de acordo com o tipo de informação contida no arquivo. A forma mais simples de organização de arquivos é através de uma seqüência não estruturada de bytes, onde o Sistema de Arquivos não impõem nenhuma estrutura lógica para os dados. A aplicação define toda a organização e critérios. Vantagens: Flexibilidade para criar diferentes estruturas de dados, porém é de total Responsabilidade da aplicação. As organizações mais conhecidas e implementadas são: Seqüencial Relativa e a Indexada. Na indexada, os registros são classificados em registros de Tamanho Fixo, quando possuírem sempre o mesmo tamanho, ou de tamanho variável. Sistemas Operacionais 4 A 28

Métodos de Acesso Dependendo de como o arquivo está organizado, o Sistema de Arquivos poderá recuperá-lo de diferentes maneiras: Acesso Seqüencial – Os primeiros SO´s só armazenavam arquivos em fitas Magnéticas e o acesso era restrito a leitura dos registros na ordem em que eram gravados e os novos registros eram gravados no final de cada arquivo. Acesso Direto – Surgiu com os discos magnéticos, permitia a leitura/gravação de um arquivos direitamente na sua posição, era realizado através do No. Do Registro, que é a sua posição relativa ao início do arquivo. Só era possível implementá-lo com arquivos de tamanho fixo. Acesso Indexado ou Acesso por chave – Tem como base o acesso direto. O arquivo deve possuir uma área de índice onde existam ponteiros para os diversos registros. Caso a aplicação deseje acessar um registro, deve especificar uma chave através da qual o sistema pesquisará na área de índice o ponteiro correspondente e assim é realizada um acesso direto ao registro desejado. Sistemas Operacionais 5 A 28

Operações de Entrada e Saída O Sistema de Arquivos disponibiliza um conjunto de rotinas que permitem as aplicações Realizarem operações de E/S, como tradução de nomes em endereços, leitura e gravação de dados criação e eliminação de arquivos. As rotinas de E/S tem como função disponibilizar uma interface simples e uniforme entre a aplicação e os diversos dispositivos. ROTINA DESCRIÇÃO ATRIBUTOS CREATE Criação de Arquivos OPEN Abertura de um arquivo READ Leitura de um arquivo WRITE Gravação de um arquivo CLOSE Fechamento de um arquivo DELETE Eliminação de uma arquivo São informações de controle de cada arquivo. Variam dependendo o Sistema de Arquivos, porém estes estão presentes em quase todos os sistemas : Tamanho, Proteção, identificação do criador, data da criação. Sistemas Operacionais 6 A 28

Estrutura de Diretórios É como o Sistema de Arquivos organiza logicamente os diversos arquivos contidos em um disco, onde armazena informações como: Localização Física, etc. Quando um arquivo é aberto, o SO procura sua entrada na estrutura de diretórios, armazenando as informações sobre os atributos e a localização de um arquivo em uma tabela mantida na Memória Principal. A implementação mais simples de uma estrutura de diretórios é chamada de Nível Único, onde só existe um único diretório contendo todos os arquivos do disco. É bastante limitado pois não permite que os usuários criem arquivos com o mesmo nome, o que ocasionaria conflito no acesso aos arquivos. Houve a evolução do modelo onde para cada usuário existiria um diretório particular Denominado USER FILE DIRECTORY (UFD), passando cada usuário a criar arquivos. com qualquer nome. Sistemas Operacionais 7 A 28

Gerência de Espaço Livre em Disco A forma mais simples de implementar uma estrutura de espaços livres é através de uma Tabela denominada Mapa de Bits (BITMAP). Cada entrada na tabela é associada a um bloco do disco representado por um Bit, podendo assumir valor igual a 0 (bloco livre) ou 1 (bloco ocupado). Uma segunda maneira é Encadear todos os blocos livres do disco, onde cada bloco possui uma área para armazenar o endereço do próximo bloco. Outra solução leva em consideração que Blocos Contíguos são geralmente alocados e liberados simultaneamente, mantendo uma tabela com o endereço do 1º. Bloco e o no. de blocos livres contíguos que seguem. Sistemas Operacionais 8 A 28

Gerência de Alocação de Espaço Livre em Disco Alocação Contígua: Armazena um arquivo em blocos seqüenciais dispostos no disco. O sistema localiza um Arquivo através do endereço do 1º bloco. Seu principal problema é a alocação de espaço livre para novos arquivos. Caso um arquivo deva ser criado com um determinado tamanho, é necessário existir uma quantidade suficiente de blocos contíguos no disco para a realização de alocação. Existem Estratégias de Alocação para selecionar qual o segmento na lista de blocos será alocado: FIRST-FIT- O primeiro segmento livre com tamanho suficiente será alocado BEST-FIT – Seleciona o menor segmento livre disponível com tamanho suficiente para armazenar o arquivo. A busca em toda a lista se faz necessária para a seleção do segmento. WORST-FIT – O maior segmento é alocado. Desvantagens: Cria problemas de fragmentação do espaço livre. Solução: Desfragmentação Sistemas Operacionais 9 A 28

Gerência de Alocação de Espaço Livre em Disco Alocação Encadeada: Um arquivo pode ser organizado através de um conjunto de blocos ligados logicamente no disco, independentemente de sua localização física. Cada bloco possui um ponteiro para o bloco seguinte do arquivo. Vantagens: Os blocos livres alocados não precisam ser contíguos Desvantagens: Fragmentação de Arquivos, resultando no aumento do tempo de acesso aos arquivos e desperdiça espaço nos blocos com o armazenamento de ponteiros. Alocação Indexada: Mantém os ponteiros de todos os blocos de arquivos em uma Única estrutura denominada Bloco de Índice. Vantagem: Permite o acesso direto aos blocos dos arquivos, não utiliza informações de controle nos blocos de dados Sistemas Operacionais 10 A 28

Proteção de Acesso e Lista de Controle de Acesso Há dois mecanismos de proteção que estão presentes na maioria dos Sistemas de Arquivos: Senha de Acesso – O usuário tem conhecimento da senha e tem certas liberdades de acesso ao arquivo. Grupo de Usuários – São organizados logicamente com o objetivo de compartilhar arquivos e diretórios. Há três níveis de proteção de arquivos: Owner (dono), Group (grupo) e All (todos). Lista de Controle de Acesso É uma lista associada a cada arquivo , onde são especificados quais os usuários e os tipos de acesso permitidos. Quando um usuário tenta acessar um arquivo, o SO verifica se na lista há autorização para a operação desejada. Sistemas Operacionais 11 A 28

Implementação de Caches O acesso ao disco é lento se comparado ao acesso da Memória Principal devido a sua arquitetura e isso causa problemas de desempenho de sistema. Para minimizá-lo, os SO´s implementaram o Buffer Cache, onde o SO reserva uma área de memória para que se tornem disponíveis caches em operações de acesso ao disco. Caso o bloco requisitado não se encontre no cache, a operação de E/S é realizada e o cache atualizado. Vantagens: Melhora do desempenho do sistema; Desvantagens: Problemas de energia podem ocasionar perda nas tarefas. Resolvendo a desvantagem: O SO possui uma rotina que executa periodicamente atualizações em disco de todos os Blocos modificados do cache ou toda vez que um bloco da cache for modificado, acontece uma atualização no disco (Write-Through Cache). Sistemas Operacionais 12 A 28