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Sistema de Arquivos. Sistemas de Arquivos

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(1)

S is te m a d e A rq uiv os

 

 

Sistemas de Arquivos

Sistemas de Arquivos

(2)

S is te m a d e A rq uiv os

Definições Básicas

Definições Básicas

1.

1.Um arquivo é uma unidade lógica de informação Um arquivo é uma unidade lógica de informação criado por processos. As informações podem

criado por processos. As informações podem

representar instruções e dados de qualquer tipo [1].

representar instruções e dados de qualquer tipo [1].

Exemplo de arquivos.

Exemplo de arquivos.

2

2.Os arquivos são gerenciados pelo sistema .Os arquivos são gerenciados pelo sistema operacional para facilitar o acesso pelos usuários. A

operacional para facilitar o acesso pelos usuários. A

parte do sistema operacional responsável por este

parte do sistema operacional responsável por este

gerenciamento é o Sistema de Arquivos [2].

gerenciamento é o Sistema de Arquivos [2].

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S is te m a d e A rq uiv os

Considerações

Considerações

1.

1.O armazenamento e a recuperação de informações O armazenamento e a recuperação de informações são as atividades essenciais de qualquer aplicação;

são as atividades essenciais de qualquer aplicação;

2.Um processo deve ser capaz de ler e gravar de forma

2.Um processo deve ser capaz de ler e gravar de forma

permanente grande volumes de dados em

permanente grande volumes de dados em

dispositivos de armazenamento;

dispositivos de armazenamento;

3.O sistema operacional estrutura e organiza estas

3.O sistema operacional estrutura e organiza estas

informações através do Sistema de Arquivos.

informações através do Sistema de Arquivos.

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S is te m a d e A rq uiv os

Organização de Arquivos

Definição

A organização de arquivos consiste em como os

dados

estão

internamente

armazenados,

podendo variar em função do tipo de dados

contido no arquivo [2].

Formas de Organização de Arquivos

a)Organização não-estruturada de bytes;

b)Organização Indexada;

c)Organização Sequencial;

d)Organização Relativa.

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Organização de Arquivos

Exemplos de Organização de Arquivos

Byte

(a ) O rg a n iza çã o n ã o - e str u tu r a d a

A n a C lá u d ia Tere sa

Bea triz Ca m ila D a n iele Pa tr ícia Tin a Va n e ssa

Isa b ela M a r ia

Reg istr o

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Métodos de Acesso

Em função de como os arquivos estão

organizados, o sistema de arquivos pode

recuperar registros de diferentes maneiras:

a) Acesso sequencial;

b) Acesso direto

c) Acesso Indexado ou Acesso por Chave.

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S is te m a d e A rq uiv os

Métodos de Acesso

Acesso direto

Permite a leitura/gravação de um registro diretamente da sua posição. Este método é implementado através através da identificação do número do registro, que é a sua posição relativa ao inicio do arquivo.

Reg istr o

0 Reg istr o1 Registr o2 Registr on

D eslo ca m en to d e d o is reg istr os

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Métodos de Acesso

Acesso Indexado

Considerado o mais sofisticado método de

acesso, pois tem como base o acesso

direto. Para este tipo de acesso o arquivo

deve possuir uma chave de índice onde

existam ponteiros para os diversos

registros.

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S is te m a d e A rq uiv os

Métodos de Acesso

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S is te m a d e A rq uiv os

Operações de Entrada/Saída

O sistema de arquivos disponibiliza uma interface simples e uniforme entre as aplicações e os diversos dispositivos, através das rotinas de E/S, que têm como função realizar operações como a tradução de nomes em endereços, leitura e gravação de dados e criação/eliminação de arquivos.

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S is te m a d e A rq uiv os

Operações de Entrada/Saída

A figura abaixo, ilustra de forma simples a comunicação entre a aplicação e dispositivos de entrada/saída.

D i sp o sit iv o s Ro ti n a s d e E/ S

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S is te m a d e A rq uiv os

Operações de Entrada/Saída

A tabela abaixo, presenta algumas destas rotinas de E/S implementadas no sistema de Arquivos.

Rotina Descrição

create Criação de arquivos

open Abertura de um arquivo

read Leitura de um arquivo

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Atributos do Arquivos

Cada arquivo possui informações de controle denominadas atributos, podendo variá em função do sistema de arquivos, mas alguns são muito utilizados, como os apresentados na tabela abaixo:

Atributo Descrição

Tamanho Especifica o tamanho dos arquivos

Proteção Código de proteção de acesso

Dono Identifica o criador do arquivo

Criação Data e hora de criação do arquivo

Backup Data e Hora do último backup

Organização Indica a organização lógica do arquivo

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Diretórios

O diretório é uma estrutura de dados que contém

entradas associadas aos arquivos, onde cada

entrada armazena informações como localização

física, nome organização e demais atributos.

A estrutura de diretórios é a foma como o

sistema organiza logicamente os diversos

arquivos contidos em um ambiente de

armazenamento secundário [1].

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Diretórios

Tipos de Estruturas de Diretórios

Nível Único é a mais simples, pois possui apenas um

único diretório contendo todos os arquivos do disco.

I d e n ti f i ca çã o Pr o te çã o O r g a n iza çã o Lo ca l i za çã o A t r ib u t o s D i r e t ó r i o s A r q u i v o s

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Diretórios

Tipos de Estruturas de Diretórios

Estrutura de diretórios com dois níveis, neste caso, a

implementação permite a existência de um diretório particular para cada usuário UFD (User File Directory).

Para controlar os diretórios dos usuários é necessário um diretório adicional MFD (Master File Directory) que controla os diretórios do usuário, isto é, a indexação é por nome de usuário, e nele cada entrada aponta para o diretório pessoal.

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Diretórios

Tipos de Estruturas de Diretórios

Estrutura de diretórios com dois níveis

Master File Directory (MFD) U su á r i o 1 U su á r i o 2 U su á r i o 3 U su á r i o n A r q u i v o 1 A r q u i v o 2 A r q u i v o 3 A r q u i v o 1 A r q u i v o 1 A r q u i v o 2 A r q u i v o 3 U se r Fi l e D i r e cto r y (U FD ) A r q u i v o s

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Diretórios

Tipos de Estruturas de Diretórios

Estrutura de Diretórios em Árvore é semelhante a

estrutura em dois níveis, onde o MFD é a raiz, os galhos são os diretórios UFD e os arquivos são as folhas.

Neste tipo de estrutura, quando é necessário se referenciar a um arquivo é preciso especificar, além do seu nome, o diretório onde ele se localiza, esta referencia é denominada de PATH (caminho).

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S is te m a d e A rq uiv os

Diretórios

Estruturas de Diretórios em Árvore

U su á r io 1 U su á r io 2 U su á r io 3 U su á r io n D iretó rio Ra iz D iretó ri o 1 D iretó ri o 2 A rq u ivo 1 A rq u ivo 1 D iretó ri o 1 A rq u ivo 1 A rq u ivo 2 A rq u ivo 1 A rq u ivo 2 A rq u ivo 1 A rq u ivo 1 A rq u ivo 2

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Diretórios

Estruturas de Diretórios em Árvore

Path de um arquivo

D i sco C :/ Iva n Iva n C a r lo s Pa u l o Te ste Pe sso a l So m a .exe

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S is te m a d e A rq uiv os

Gerência de Espaço

Livre em Disco

A criação de arquivos em discos exige que o sistema tenha total controle de quais áreas podem ser utilizadas. Este controle é realizado utilizando-se algum tipo de estrutura de dados, que armazenam informações que possibilitam ao sistema de arquivos gerenciar o espaço livre em disco. As formas mais comuns de implementações são:

a) Mapa de bits;

b) Lista encadeada;

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S is te m a d e A rq uiv os

Gerência de Espaço

Livre em Disco

Alocação de espaço em disco

1 1 0 0 1 1 0 1 1 1 1 0 0 0 0 0 . . . 0 1 1 1 0 1 0 0 1 0 0 0 0 1 1 1 (a ) M a p a d e b its In íci o (b ) Lista e n ca d ea d a Blo co C o n ta d o r 4 2 1 0 1 2 5 2 0 1 3 7 5 0 5 © Ta b ela d e b lo co s l ivr es

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Da mesma forma que o sistema operacional gerencia espaços livres no disco, a gerência dos espaços alocados aos arquivos é de fundamental importância para o sistema de arquivos. A seguir, apresenta-se as principais técnicas de alocação:

a) Alocação Contígua; b) Alocação Encadeada; c)Alocação Indexada.

Gerência de Alocação de

Espaço em Disco

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S is te m a d e A rq uiv os

Alocação Contígua

Alocação Contígua consiste em armazenar um arquivo em blocos sequencialmente disposto no disco. Neste esquema, o sistema localiza um arquivo através do endereço do primiero bloco e da sua extensão em blocos. 0 1 2 3 4 5 6 7 8 9 1 0 1 1 1 2 1 3 1 4 A rq u ivo Blo co A . TXT 4 B. TXT 1 0 C . TXT 1 3 3 1 2 Exte n sã o

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S is te m a d e A rq uiv os

Alocação Contígua

Estratégias de Alocação Contígua

1.First-Fit:primeiro segmento livre é alocado com tamanho suficiente.

2.Best-Fit:menor segmento livre é alocado com tamanho suficiente.

3.Worst-Fit: maior segmento livre é alocado com tamanho suficiente. 0 1 2 3 4 5 6 7 8 9 1 0 1 1 1 2 1 3 1 4 A r q u ivo Blo co A . TXT 4 B. TXT 1 0 C . TXT 1 3 3 1 2 Exte n sã o

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Alocação Contígua

Desfragmentação

Á r e a d e tr a b a l h o

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Alocação Encadeada

Na Alocação Encadeada, um arquivo pode ser organizado como um conjunto de blocos ligados logicamente no disco, independente de sua localização física, onde cada bloco deve possuir um ponteiro para o próximo bloco. In íci o 0 1 2 3 4 5 6 7 8 9 1 0 1 1 1 2 1 3 1 4 A r q u iv o Blo co A .TXT 6 . . . . . . . . . . . . . . . .

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Alocação Indexada

Alocação Indexada, é uma técnica que tem como

princípio manter os ponteiros de todos os blocos do arquivo em uma única estrutura denominada de bloco de índice.

Permite acesso direto aos blocos do arquivo, não utiliza informações de controle nos blocos de dados.

Este tipo de alocação soluciona uma das principais limitações da alocação encadeada, que é o acesso direto aos blocos dos arquivos.

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Alocação Indexada

Alocação Indexada utiliza um bloco de índice que

armazena os ponteiros de todos os blocos do arquivo

0 1 2 3 4 5 6 7 8 9 1 0 1 1 1 2 1 3 1 4 Blo co d e ín d ice 3 1 0 1 1 7

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Proteção de Acesso

Como os meios de armazenamento são

compartilhados entre diversos usuários é fundamental que o sistema de arquivos implemente

mecanismos de proteção individual de arquivos e diretórios.

Existem diferentes mecanismos e níveis de proteção, cada qual com suas vantagens e desvantagens, sendo que, para cada tipo de sistema, um modelo pode ser mais adequado do que outro. A seguir, são apresentados três mecanismos de proteção presentes na maioria dos dos sistemas de arquivos.

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Senhas de Acesso

A associação de uma senha de acesso a um arquivo é um principio muito simples, o controle de acesso resume-se ao conhecimento da senha.

Problemas

a)cada arquivo possui apenas uma senha;

b)não é possível determinar quais tipos de operações podem ou não ser concedidas

c)dificuldade de compartilhamento de arquivos – todos

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Grupos de Usuário

Proteção por grupos de usuários é baseada em

grupos de usuários, sendo implementada por diversos dos sistemas operacionais. Neste caso, o usuário é associado ao um grupo, sendo possivel o compartilhamento de arquivos e diretórios entre os membros do mesmo grupo.

D A D O S.TXT O w n er G ro u p A ll Leitu ra Escr ita Execu çã o Elim in a çã o Leitu ra

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Lista de Controle de Acesso

A Lista de Controle de Acesso ( LCA), consiste

em uma lista de associada a cada arquivo, onde

são especificados quais os usuários e os tipos de

acesso permitido. Neste caso, quando um usuário

tenta acessar um arquivo, o sistema operacional

verifica se a lista de controle autoriza a operação.

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S is te m a d e A rq uiv os

Lista de Controle de Acesso

Problemas da LCA

a)Tamanho da lista pode ser bastante extenso, já

que um arquivo pode ser compartilhado por

vários usuários;

b)Overhead adicional, se comparado com o

mecanismo de proteção por grupo de vários

usuários, devido a pesquisa sequencial que o

sistema deverá realizar na lista sempre que um

acesso for solicitado.

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S is te m a d e A rq uiv os

Lista de Controle de Acesso

U suário: M aia

Acesso: Leitura + Escrita U suário: M achado

Acesso: Leitura

Usuário: M aia

Acesso: Leitura + Escrita + Execução Usuário: M achado

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Implementação de Caches

Motivação

Acesso a disco é mais lento do que o acesso a memória principal, já que as operações de E/S com disco causam problema de desempenho para o sistema.

Solução

Implementar a técnica de Buffer Cache

O sistema operacional reserva uma área da memória para que se tornem disponíveis caches utilizados em operações de acesso a disco.

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S is te m a d e A rq uiv os

Implementação de Caches

Implementação do Buffer Cache

Quando uma operação é realizada, seja leitura ou gravação, o sistema verifica se a informação desejada se encontra no Buffer Cache. Em caso positivo, não é necessário o acesso a disco. Coso o bloco requisitado não se encontra no cache, a operação de E/S é realizada e o cache é atualizado.

Problema na implementação do Buffer Cache

1)Como existe uma limitação no tamanho do cache, cada sistema adota politicas para a substituição de blocos como a FIFO ou a LRU.

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S is te m a d e A rq uiv os

Implementação de Caches

Problema na implementação do Buffer Cache

1)Como existe uma limitação no tamanho do cache, cada sistema adota politicas para a substituição de blocos como a FIFO ou a LRU;

2) Problemas de Segurança – perdas de dados por por problemas de energia

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S is te m a d e A rq uiv os

Referências

[1]Andrew S. Tanenbaum. 3a Edição. Editora Pearson Prentice Hall – 2009. (capítulo 4)

[2]Silberchatz. Abraham. Galin, Peter. Gagne, Greg.. Tradução de Adriana Rieche. Rio de Janeiro: Elvier, 2008 – 7ª Reimpressão. Editora Campus. (Capítulo 12)

Referências

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