Sistemas Operacionais

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1 Introdução Inst tituto de Info ormátic ca - UF FRGS Sistemas Operacionais i Diretórios Aula 18 Sistema de arquivos armazena arquivos de diferentes usuários Duas prerrogativas importantes a respeitar: Liberdade para nomear os arquivos Habilidade para compartilhar os arquivos A noção de estrutura t de diretório tói busca atender essas prerrogativas Estratégias de estruturação : plana (linear), dois níveis e árvore. Questão associada: implementação do diretório em si Lembrando que um diretório é um tipo de arquivo Sistemas Operacionais 2 Implementação de diretório (visão simplificada) Diretório em um único nível É um arquivo especial Armazenado em um local conhecido do disco (partição) Diretório especial: raiz Localização do arquivo diretório raiz Arquivo de diretório d1 (raiz) n Atributos Nome Flag Local.... d: diretório a: arquivo l: link Entrada do diretório permissões Se flag=diretório, local fornece a localização de um outro arquivo diretório (d2) que tem sua próprias entrada. Nesse caso, d2 é um subdiretório de d1. Sistemas Operacionais 3 Todos os arquivos são mantidos em um único diretório Diretório raiz ou mestre (Master File Directory MFD) Problemas: Organização quando há muitos arquivos Nomeação (colisão): nomes devem ser únicos Fatores agravados em ambientes multiusuário Ainda: aspectos de proteção Solução: Empregar uma estrutura hierárquica Diretórios em dois níveis Estruturados em árvores ou grafos Não atende a prerrogativa de liberdade para nomear arquivos Sistemas Operacionais 4

2 Diretório de dois níveis Caminhos em sistemas de dois níveis Criação de um diretório para cada usuário (user file directory - UFD) Conceito de diretório home do usuário Eit Existem dentro de um diretório tói raiz (mastert file directory MFD) Define uma árvore de altura dois Atende a primeira prerrogativa Resolve o problema de colisão de nomes entre usuários Segunda prerrogativa Permitir um usuário indicar arquivo no diretório de outro usuário Envolve questões de autorizações e permissões No login o sistema posiciona o UFD em função do usuário autenticado e isola sua estrutura de arquivos dos demais Um arquivo é localizado no sistema através de MFD + UFD + Nome do arquivo Arquivos do sistema operacional e de uso comum (compiladores, bibliotecas, etc) Criar um usuário especial que mantém todos esses arquivos (UFD sistema) Sequência de acesso Busca no UFD local e, se não encontrar, busca no UFD sistema Caminho de busca: sequência de diretórios pesquisados na procura de um arquivo (caminho: MFD+UFD) Sistemas Operacionais 5 Sistemas Operacionais 6 Diretórios em árvore Noção de diretório corrente, caminho relativo e absoluto Generalização de uma árvore de dois níveis Permite que usuários criem subdiretórios Necessidade de indicar se uma entrada de diretório está relacionada com um arquivo ou com um diretório Uso de um flag indicativo como mais um atributo do arquivo Existência de uma hierarquia de diretórios organizados na forma de pai-filho Um filho é um subdiretório do diretório pai Diretório corrente No login é o home do usuário Arquivos são acessados considerando d que estão no diretório i corrente Em Unix é empregado a notação (./) Necessário indicar um caminho ou mudar o diretório atual para acessar arquivos que estão em outros diretórios Caminho (pathname) Identificação unívoca de um arquivo Duas formas: Relativo: a partir do diretório i corrente Ex.:../../sisop/pdf/aula23.pdf;../pdf/aula23.pdf Absoluto: a partir do diretório raiz (MFD) Ex.: /home/asc/public_html/sisop/pdf/aula23.pdf Sistemas Operacionais 7 Sistemas Operacionais 8

3 Diretórios como grafos direcionados acíclicos (DAGs) Vínculos (link) Características da organização em árvore Cada arquivo (inclui arquivos de diretório) tem apenas um diretório pai Liberdade d para nomeação (prerrogativa 1) Compartilhamento implica em fornecer caminhos Podem ser arbitrariamente longos Diferentes nomes (i.é. caminho+nome) para um mesmo arquivo Problema sob o ponto de vista do usuário (não conveniente) Solução: emprego de grafos acíclicos Permitir que um arquivo tenha vários diretórios pais (múltiplos ascendentes) Conceito de vínculo (link) Vínculo ou link (ou ainda, ligação) Conexão direcionada entre dois arquivos existentes na estrutura de diretório link é um tipo de arquivo e sua entrada no diretório i indica isso Resolução do link: localização do caminho real Genericamente fornecido por uma tupla <from_file_name; to_file_name; link_name> c (c; c/software/web; guest) Diretório Diretório ou arquivo guest A partir do diretório c:./guest./software/web software to_file_name pode ser acessado como se fosse nomeado link_name no diretório from_file_name web Sistemas Operacionais 9 Sistemas Operacionais 10 Problema: remoção de arquivos (original do apontamento) Vínculo simbólico ou softlink Opção I: apagar a entrada do diretório sempre que for solicitada por um de seus ascendentes (caminho) Referência inválidas para os demais ascendentes Opção II: remover a entrada apenas no ascendente (caminho) origem da solicitação de remoção Contador de referência Número de caminhos alternativos para um arquivo Arquivo é efetivamente removido quando o contador de referência for zerado Sistemas operacionais ofecerem essas opções através de Vínculos simbólicos (softlinks) Vinculos estritos (hardlinks) Permite um arquivo possuir vários ascendentes (caminhos de acesso), mas apenas um deles é o proprietário do arquivo Arquivo original i (acesso oficial ): i proprietário i do arquivo Vínculo (acesso secundário ): forma alternativa de acesso ao arquivo softlink Semântica de remoção: Remover o link implica em remover apenas a sua entrada na estrutura de diretório, não o arquivo que aponta D1 a b D2 l r t D3 c n a p D4 n m k D5 h k D6 e f F1 F2 F3 F4 D7 q n F10 a F5 F11 F6 F7 F8 F9 softlink Sistemas Operacionais 11 Sistemas Operacionais 12

4 Vínculos estritos (hardlink) Problema adicional: presença de ciclos Um arquivo possui múltiplos ascendentes sem distinguir quem é o original e quem é o vínculo remove d1/b d1 d2 d1 d2 Solução: remove só a entrada a b a Inexistente a b (removido) NÃO pode!! Semântica da remoção Manter um contador de referências nos atributos dos arquivos Arquivo só é apagado efetivamente quando o contador for igual a zero d1 Contador de referência é igual a 1 na criação do arquivo Incrementado a cada criação de vínculo (link) Decrementado na remoção (se zero remove o arquivo e a entrada no diretório, senão remove apenas a entrada) d2 0-mai A. Carissimi -2 Contador de referência só funciona bem se não tiver ciclos (a partir do diretório A) A %rm projects A projects (count=2) projects (count=1) projects2 projects2 beta realtime li beta realtime main pgm main pgm Inacessível!! Sistemas Operacionais 13 Sistemas Operacionais 14 Solução para os problemas com ciclos Exemplos de implementação de vínculos Problemas de ciclos e soluções Desempenho: atravessar uma região compartilhada mais de uma vez Não varrer links (se sabe pela entrada no diretório) i Pesquisa contínua (fica preso no ciclo) Não varrer links (se sabe pela entrada no diretório) Arquivos inacessíveis com contagem de referências diferente de zero Garbage collection (procedimento custoso) Solução simples e eficaz: Impedir a existência de ciclos na estrutura de diretórios proibindo que sejam feitos vínculos estritos (hardlinks) k entre diretórios i Apenas esses geram arquivos inacessíveis (subárvores) Microsoft windows Implementa vínculos simbólicos através dos atalhos (shortcuts) Atalhos são ponteiros para arquivos ou diretórios que podem ser copiados e movidos entre diretórios Remover um shorcut consiste em apagar apenas esse ponteiro Remover o objeto apontado gera um shortcut tinválido UNIX Implementa aliases simbólicos (soft link) e múltiplos ascendentes (hard link) Soft link é equivalente ao shortcut (microsoft) Hard link só é permitido com arquivos que não sejam diretórios Diretório tem apenas um ascendente, mas pode ser referenciado via soft link Ao ser removido apaga-se apenas o ponteiro; o objeto apontado só é efetivamente removido se não houver mais referências a ele Sistemas Operacionais 15 Sistemas Operacionais 16

5 Exemplo UNIX: soft e hard links Implementação de diretório %ln index hlink %ln -s index slinl Contador de referências %ls -l -rw chavez chem 5228 Mar 12 11:36 index -rw chavez chem 5228 Mar 12 11:36 hlink lrwx rwx rwx 1 chavez chem 5 Mar 12 11:36 slink index i Diretório index hlink slink inode arquivo index inode arquivo Localização do arquivo em disco inode = estrutura UNIX que descreve os blocos lógicos do disco que formam um arquivo É um arquivo especial do sistema operacional que mantém informações sobre arquivos Pode ser visto como uma tabela com cada entrada possuindo atributos de um arquivo ex.: nome, tipo, localização, tamanho, proteção, contador de referências... Atributos interessantes: Contador de referência: número de entradas que apontam ao arquivo flags: serve para diferenciar diferentes tipos de entrada ex.: l (link), d (diretório), c (caracter), b (bloco) lock: acesso exclusivo Sistemas Operacionais 17 Sistemas Operacionais 18 Operações em diretórios Implementação de tabelas Operações típicas Pesquisa (search): mais comum Criação e remoção de arquivos Atualização na chamada close( ) Listar o conteúdo Remover o diretório Envolve pesquisar, inserir e remover entradas em uma estrutura de dados que representa o diretório Um diretório nada mais é que uma tabela Três implementações mais utilizadas: Lista (ordenada e não ordenada) Tabela de dispersão (tabela hash) Estruturas em árvore (e.g. árvores B+) Relação custo versus desempenho Simplicidade versus desempenho Em tabelas, tempo médio é n/2 Em árvores a complexidade está na inserção e remoção de entradas, mas o desempenho de acesso é bom Sistemas Operacionais 19 Sistemas Operacionais 20

6 Exemplo: implementação de diretórios UNIX Exemplo: implementação de diretórios Windows 2000 Berkeley File System (BFS ou UFS) Vetor linear de entradas de tamanho variável i-node, tipo (diretório ou regular), nome simbólico, buraco buraco surge da fragmentação gerada pela remoção de entradas Pode receber uma nova entrada Cada entrada possui um tamanho máximo limitado pelo fato do nome simbólico ter até 255 caracteres i-node = descritor inode tipo l1 l2 entrada abc buraco New Technologie File System (NTFS) Cada arquivo e diretório é representado por um descritor de 1 Kbyte Diretório é organizado de duas formas: Pequenos: lista nome do arquivo e um indice do descritor do arquivo Entradas do diretório cabem no 1 Kbyte Grandes: descritores adicionais (runs) organizados em uma B-tree+ D1 1 kbyte 1 kbyte dabc Nome do arquivo e seu descritor desc D1 abc c desc a p1 b p2 xyz c desc Sistemas Operacionais 21 Sistemas Operacionais 22 Leituras complementares R. Oliveira, A. Carissimi, S. Toscani; Sistemas Operacionais. Editora Sagra-Luzzato, Capítulo 8, seções , , e A. Silberchatz, P. Galvin; Operating System Concepts. Addison- Wesley, (4 rd edition). Capítulo 10, seções 10.1, 10.2,10.4, e 10.5 Sistemas Operacionais 23