PROTÓTIPO DE GERENCIADOR DE ARQUIVOS PARA AMBIENTE DISTRIBUÍDO

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1 UNIVERSIDADE REGIONAL DE BLUMENAU CENTRO DE CIÊNCIAS EXATAS E NATURAIS CURSO DE CIÊNCIAS DA COMPUTAÇÃO (Bacharelado) PROTÓTIPO DE GERENCIADOR DE ARQUIVOS PARA AMBIENTE DISTRIBUÍDO TRABALHO DE CONCLUSÃO DE CURSO SUBMETIDO À UNIVERSIDADE REGIONAL DE BLUMENAU PARA A OBTENÇÃO DOS CRÉDITOS NA DISCIPLINA COM NOME EQUIVALENTE NO CURSO DE CIÊNCIAS DA COMPUTAÇÃO BACHARELADO CATIA SILENE POSSAMAI BLUMENAU, FEVEREIRO/ /2-95

2 PROTÓTIPO DE GERENCIADOR DE ARQUIVOS PARA AMBIENTE DISTRIBUÍDO CATIA SILENE POSSAMAI ESTE TRABALHO DE CONCLUSÃO DE CURSO, FOI JULGADO ADEQUADO PARA OBTENÇÃO DOS CRÉDITOS NA DISCIPLINA DE TRABALHO DE CONCLUSÃO DE CURSO OBRIGATÓRIA PARA OBTENÇÃO DO TÍTULO DE: BACHAREL EM CIÊNCIAS DA COMPUTAÇÃO Prof. Atôio Carlo Tavare Orietador a FURB Prof. Joé Roque Voltolii da Silva Coordeador do TCC BANCA EXAMINADORA Prof. Atoio Carlo Tavare Prof. Sérgio Strigari Prof. Maurício Capobiaco Lope ii

3 SUMÁRIO Sumário... iii Reumo...xiii Abtract...xiv 1 Itrodução Objetivo Origem do trabalho Etrutura do trabalho Fudametação teórica Coceito báico Sitema operacioai mooprogramávei/mootarefa Sitema operacioai multiprogramávei/multitarefa Sitema de computação com múltiplo proceadore Sitema operacioai cetralizado e ditribuído Sitema de arquivo Serviço de arquivo Diretório Etrutura de diretório em ível úico Etrutura de diretório de doi ívei Etrutura de diretório de múltiplo ívei Nome de arquivo Sitema de arquivo ditribuído Etrutura de um itema de arquivo ditribuído Tipo de aceo...14 iii

4 3.2.1 Modelo de aceo local Modelo de aceo remoto Traparêcia Traparêcia quato à localização Idepedêcia quato à localização Idetificação em doi ívei Compartilhameto de arquivo Semâtica Uix Semâtica de eão Semâtica de arquivo imutávei Semâtica de traaçõe Replicação de arquivo Forma de implemetar a criação de arquivo replicado Replicação explícita Replicação retardada Replicação utilizado comuicação em grupo Atualização de arquivo replicado Replicação da cópia pricipal Replicação eletiva Etudo de cao Sitema de arquivo Adrew Arquitetura do AFS A emâtica do AFS Implemetação do AFS Decrição do aceo ao arquivo...33 iv

5 4.2 O Amoeba Objetivo do Amoeba Arquitetura do itema operacioal Amoeba O modelo de oftware do Amoeba (microkerel) Gereciar proceo e liha de cotrole (Thread) Gerêcia de memória Comuicação etre proceo Gereciameto de etrada/aída Servidore do Amoeba Servidor-Bala Servidor de diretório Servidor de replicação Servidor de proceameto Servidor de boot Network File Sytem (NFS) Arquitetura do NFS Protocolo Protocolo NFS para motagem de arquivo Protocolo NFS para aceo a arquivo e diretório Motagem e localização de objeto Performace x coitêcia Deevolvimeto do trabalho Epecificação do requiito Etrutura do protótipo de gereciador de arquivo Proteção ao arquivo...56 v

6 5.3 Módulo do protótipo e etrutura de dado Módulo cliete Módulo ervidor de arquivo Módulo ervidor de diretório Epecificação da primitiva de comado Operaçõe obre diretório Criação de diretório mkdir Mudaça de diretório chdir Excluão de diretório rmdir Litagem de diretório lit Operaçõe obre arquivo Abertura de arquivo ope Criação de arquivo create Leitura de arquivo read Ecrita em arquivo write Remoção de arquivo delete Fechameto de arquivo cloe Implemetação do protótipo Aplicaçõe ditribuída em Java Comuicação etre proceo remoto: ocket Algoritmo do ervidore Fucioameto do protótipo Reultado obtido o tete Coideraçõe fiai Cocluõe...90 vi

7 7.2 Sugetõe para trabalho futuro...91 Referêcia bibliográfica...92 Aexo Parte do programa fote...94 vii

8 LISTA DE FIGURAS FIGURA 2.1 SISTEMA OPERACIONAL DISTRIBUÍDO...07 FIGURA 2.2 ESTRUTURA DE DIRETÓRIO DE NÍVEL ÚNICO...10 FIGURA 2.3 ESTRUTURA DE DIRETÓRIOS COM DOIS NÍVEIS...11 FIGURA 2.4 ESTRUTURA DE DIRETÓRIOS EM ÁRVORE...12 FIGURA 3.1 MODELO DE ACESSO LOCAL A ARQUIVOS...15 FIGURA 3.2 SITUAÇÃO DE UM DIRETÓRIO COM UM LINK PARA UM ARQUIVO DE UM OUTRO DIRETÓRIO...17 FIGURA 3.3 ARQUIVO MANTIDO EM CACHE DE UM CLIENTE E LIDO POR OUTRO CLIENTE...20 FIGURA 3.4 ENDEREÇOS DE ARQUIVOS REPLICADOS COM ASSOCIAÇÃO AO NOME...24 FIGURA 3.5 REPLICAÇÃO RETARDADA EM UM ARQUIVO...25 FIGURA 3.6 USO DE UM GRUPO NA REPLICAÇÃO DE UM ARQUIVO...25 FIGURA 4.1 ARQITETURA DO AFS...29 FIGURA 4.2 ESTRUTURA DE DIRETÓRIOS DO AFS...30 FIGURA 4.3 ESTRUTURA DE UM FID...32 FIGURA 4.4 ARQUITETURA DO SISTEMA AMOEBA...35 FIGURA 4.5 IMPLEMENTAÇÃO DO SERVIDOR-BALA...41 FIGURA 4.6 DIRETÓRIO TÍPICO GERENCIADO PELO SERVIDOR DE DIRETÓRIOS...43 FIGURA 4.7 HIERARQUIA DE DIRETÓRIO NO AMOEBA...44 FIGURA 4.8 PAR DE SERVIDORES DE DIRETÓRIOS...46 FIGURA CLIENTES DIFERENTES PODEM MONTAR OS SERVIDORES EM POSIÇÕES DIFERENTES viii

9 FIGURA 4.10 ESTRUTURA EM CAMADAS NO NFS...50 FIGURA 5.1 ESTRUTURA GERAL DO PROTÓTIPO DE SISTEMA DE ARQUIVOS..55 FIGURA 5.2 ESTRUTURAS DE DADOS DO PROTÓTIPO...58 FIGURA 5.3 TABELA DE SERVIDORES...58 FIGURA 5.4 TABELA GERAL DE ARQUIVOS DO SISTEMA...59 FIGURA 5.5 TABELA DE USUÁRIOS COM APONTADOR PARA O DIRETÓRIO PESSOAL DE CADA UM...61 FIGURA 5.6 TABELAS DOS USUÁRIOS ATIVOS...61 FIGURA 5.7 DIAGRAMA DE SEQUÊNCIA DO FUNCIONAMENTO GERAL DO PROTÓTIPO...62 FIGURA 5.8 ESPECIFICAÇÃO DO COMANDO MKDIR...64 FIGURA 5.9 ESPECIFICAÇÃO DO COMANDO CHDIR...66 FIGURA 5.10 ESPECIFICAÇÃO DO COMANDO RMDIR...68 FIGURA 5.11 ESPECIFICAÇÃO DO COMANDO LIS6T...70 FIGURA 5.12 ESPECIFICAÇÃO DA PRIMITIVA OPEN...72 FIGURA 5.13 ESPECIFICAÇÃO DA PRIMITIVA CREATE...74 FIGURA 5.14 ESPECIFICAÇÃO DA PRIMITIVA READ...76 FIGURA 5.15 ESPECIFICAÇÃO DA PRIMITIVA WRITE...78 FIGURA 5.16 ESPECIFICAÇÃO DA PRIMITIVA DELETE...80 FIGURA 5.17 ESPECIFICAÇÃO DA PRIMITIVA CLOSE...82 FIGURA 5.18 ALGORITMO DO SERVIDOR DE DIRETÓRIOS...84 FIGURA ALGORITMO DO SERVIDOR DE ARQUIVOS...85 FIGURA TELA DE CONEXÃO DA APLICAÇÃO...86 FIGURA CRIAÇÃO DE UM ARQUIVO...87 FIGURA ABERTURA DE UM ARQUIVO...87 FIGURA ESCRITA EM UM ARQUIVO...88 ix

10 FIGURA MENU DETALHES...89 x

11 LISTA DE QUADROS QUADRO 5.1 FORMATO DA PRIMITIVA MKDIR...63 QUADRO 5.2 FORMATO DA PRIMITIVA CHDIR...65 QUADRO 5.3 FORMATO DA PRIMITIVA RMDIR...67 QUADRO 5.4 FORMATO DA PRIMITIVA LIST...69 QUADRO 5.5 FORMATO DA PRIMITIVA OPEN...71 QUADRO 5.6 FORMATO DA PRIMITIVA CREATE...73 QUADRO 5.7 FORMATO DA PRIMITIVA READ...75 QUADRO 5.8 FORMATO DA PRIMITIVA WRITE...77 QUADRO 5.9 FORMATO DA PRIMITIVA DELETE...79 QUADRO 5.10 FORMATO DA PRIMITIVA CLOSE...81 xi

12 LISTA DE TABELAS TABELA 4.1 CHAMADAS AO SERVIDOR BALA...40 TABELA PRINCIPAIS CHAMADAS A UM SERVIDOR DE DIRETÓRIOS TABELA 5.1 PRIMITIVAS PARA OPERAÇÕES EM ARQUIVOS...59 TABELA 5.2 PRIMITIVAS PARA OPERAÇÕES EM DIRETÓRIOS...60 xii

13 RESUMO Ete trabalho via o deevolvimeto de um protótipo de oftware para tratar o problema de recuperação e orgaização de arquivo em um ambiete ditribuído. O protótipo cotitui-e em um gereciador de arquivo que tore traparete ao uuário a localização fíica do arquivo que deeja armazear e recuperar, e permite a orgaização do arquivo em etrutura de diretório. Serão etudado e implemetado o erviço de arquivo e diretório forecido por um itema de arquivo de um itema operacioal ditribuído. xiii

14 ABSTRACT Thi work develop the oftware prototype to treat the recovery problem ad orgaizatio of file i a ditributed eviromet. The prototype cotitute a file maager that tur traparet to the uer the phyical locatio of the file that wat to tore ad to recover, ad it allow the orgaizatio of the file i directorie tructure. They will be tudied ad implemeted the ervice of file ad directorie upplied by a file ytem of a ditributed operatig ytem. xiv

15 1 1 INTRODUÇÃO Iovaçõe a capacidade de proceameto de comuicação propiciaram grade deevolvimeto da rede de computadore. Com io, foi adicioado ao proceameto de dado o cuto de telecomuicaçõe que, com o tempo, torou-e parcela coiderável. Nete cotexto, o fim do ao 70, urgiram o itema ditribuído, itegrado o recuro computacioai e de telecomuicaçõe, de forma a reduzir o cuto de tramião de dado e de colocar a capacidade de proceameto juto ao uuário da aplicação [STR84]. Sitema ditribuído ão itema de computação compoto por um certo úmero de proceadore coectado atravé de rede. Ete itema ão uma evolução do itema fortemete acoplado, ode uma aplicação pode er executada por qualquer proceador. O itema ditribuído permitem que uma aplicação eja dividida em diferete parte (aplicaçõe ditribuída), que e comuicam atravé de liha de comuicação, podedo cada parte er proceada em ambiete idepedete [MAC97]. O itema ditribuído podem trazer muita vatage, edo que a pricipal dela, em dúvida, é o compartilhameto de recuro (hardware, oftware, dado, etc.). Cada compoete do itema também pode pouir eu próprio itema operacioal, memória, proceador e dipoitivo. Para o uuário e eu aplicativo, é como e ão exitie uma rede de computadore, ma um úico itema cetralizado, de forma a torar mai aceívei o recuro dipoívei [MAC97] e [KIR88]. A operaçõe realizada em itema ditribuído ormalmete ão mai complexa de erem implemetada, por terem que tratar a quetão de ditribuição fíica e lógica, eguraça de iformaçõe, cotrole de aceo, e garatir uma certa abtração ao uuário quato à operaçõe itera eceária para mater o íte abordado acima em fucioameto. O armazeameto e recuperação de iformaçõe ão atividade eeciai para qualquer tipo de aplicação. Para io, o itema operacioai implemetam arquivo, permitido realizar operaçõe de arquivameto e recuperação da iformaçõe.

16 2 O arquivo ão uidade com iformaçõe (programa ou dado) armazeado em dico ou em qualquer outro dipoitivo extero de armazeameto. O arquivo ão gereciado pelo itema operacioal de modo a facilitar o aceo do uuário ao eu coteúdo. A parte do itema operacioal repoável por ea gerêcia é deomiada de itema de arquivo [MAC97] e [TAN95]. Em itema operacioai ditribuído, a gerêcia de arquivo exige o tratameto de quetõe importate, como apecto de traparêcia a localização e ditribuição fíica do arquivo, compartilhameto etre o divero compoete do itema e forma de orgaizar o arquivo etre o divero uuário. Para que io e tore poível, exitem técica que um itema de arquivo deve implemetar para garatir o fucioameto adequado de ua operaçõe. 1.1 OBJETIVOS O objetivo pricipal do trabalho é deevolver um protótipo de gereciador de arquivo, que permita armazear, recuperar e orgaizar dado em um ambiete ditribuído, deixado traparete ao uuário a localização fíica do arquivo, tato a operaçõe de arquivameto quato a recuperação do arquivo. O objetivo ecudário do trabalho ão: a) etudar e decrever apecto da etrutura de um itema de arquivo ditribuído, modelo de aceo ao arquivo, orgaização do arquivo detro do itema, etrutura de diretório, traparêcia o aceo e armazeameto, idetificação de arquivo, emâtica de compartilhameto, forma de implemetar a eguraça do dado e performace do itema de arquivo; b) etudar e decrever etudo de cao referete à itema de arquivo ditribuído ecotrado a literatura; 1.2 ORIGEM DO TRABALHO A motivação para etudar e demotrar, atravé de um protótipo, o itema de arquivo ditribuído, urgiu, em primeiro lugar, do iteree peoal pelo auto, e pela obervação da grade carêcia o etedimeto, por parte do acadêmico, em relação ao

17 3 auto de itema operacioai. Idealizou-e que, o fato de etudar e decrever uma importate parte que compõem o itema operacioai, poa auxiliar, atravé de um exemplo prático, a pequia e compreeão eta área. 1.3 ESTRUTURA DO TRABALHO O trabalho etá orgaizado da eguite forma: O capítulo 1 traz uma itrodução ao tema do trabalho, origem e objetivo a erem alcaçado com o deevolvimeto do memo; O capítulo 2 defie coceito báico em itema operacioai, eceário para o etedimeto do demai tópico. Ete capítulo retrata também o itema de arquivo, ua etrutura e fuçõe; O capítulo 3 explora o auto de itema de arquivo ditribuído: omeação de arquivo, quetõe de traparêcia, compartilhameto de arquivo, como olucioar problema decorrete do compartilhameto de arquivo, replicação de arquivo e outro tema referete à itema de arquivo ditribuído; No capítulo 4 é feita uma explaação de trê etudo de cao: o itema de arquivo Adrew, o Network File Sytem (NFS) e o Amoeba; No capítulo 5 etá a decrição de um protótipo para gereciador de arquivo ditribuído, a epecificação da operaçõe implemetada e da fucioalidade do protótipo; O capítulo 6 demotra o protótipo em fucioameto, uma aplicação que utiliza o gereciador de arquivo deevolvido o trabalho. Ete capítulo demotra também o tete realizado e o reultado obtido, defrotado com o objetivo iiciai do trabalho; O capítulo 7 traz a coideraçõe fiai obre o trabalho e ugetõe para trabalho futuro que podem utilizar-e dete trabalho como bae e iício de pequia; O capítulo 8 traz a referêcia bibliográfica utilizada como pequia o deevolvimeto do trabalho; O capítulo 9 cotém aexo do código fote do protótipo.

18 4 2 FUNDAMENTAÇÃO TEÓRICA Um itema de computação poui divero compoete de hardware e oftware. Ao utilizar ete compoete, a maioria do uuário ão precia e preocupar com a maeira como é realizada a comuicação etre o compoete, ou com o iúmero detalhe evolvido o proceameto. Dete cojuto de dipoitivo, o oftware de itema operacioal é quem oferece a iterface etre o uuário e o recuro dipoívei o itema. O itema operacioal poui um cojuto de rotia epecífica que iterpretam a olicitaçõe do uuário e acioam o compoete de hardware evolvido. Dea forma, tora-e traparete a comuicação etre dipoitivo do itema e uuário, facilitado a operaçõe realizada em computador. 2.1 CONCEITOS BÁSICOS Um itema operacioal é um cojuto de rotia executado pelo proceador, cuja fução é cotrolar o fucioameto do computador, como um agete do divero recuro dipoívei o itema. O itema operacioal erve de iterface etre o uuário e o divero compoete e recuro de um itema de computação, torado a comuicação etre ambo traparete e permitido ao uuário um trabalho mai eficiete e com meo chace de erro. Exitem divero tipo de itema operacioai, que cotrolam diferete modelo de orgaização de hardware. Ete tipo etão relatado a eguir SISTEMAS OPERACIONAIS MONOPROGRAMÁVEIS /MONOTAREFA São itema operacioai que e caracterizam por executar uma úica tarefa/programa de cada vez. Qualquer outro programa, para er executado deve eperar o térmio do programa correte. O itema mooprogramávei fazem com que o proceador, memória e periférico e voltem excluivamete para a execução de uma úica tarefa.

19 2.1.2 SISTEMAS OPERACIONAIS MULTIPROGRAMÁVEIS /MULTITAREFA Nete tipo de itema operacioal, o divero recuro dipoívei podem er utilizado por vário programa, havedo um compartilhameto de proceador, memória, periférico e dado. O itema operacioai multiprogramávei preocupam-e em cotrolar o aceo cocorrete ao recuro, etre o divero programa. Dea forma, o itema faz com que o proceador poa utilizar o tempo ocioo de algum programa para realizar outra operação, havedo etão um aumeto de produtividade do uuário e redução o cuto de proceameto SISTEMAS DE COMPUTAÇÃO COM MÚLTIPLOS PROCESSADORES Ete itema caracterizam-e por pouir doi ou mai proceadore iterligado, trabalhado em cojuto. O itema operacioai com múltiplo proceadore cotrolam a comuicação etre o proceadore e o compartilhameto de memória e dipoitivo de etrada e aída. Ete itema claificam-e em fracamete acoplado e fortemete acoplado. O itema fortemete acoplado pouem doi ou mai proceadore, compartilham uma úica memória e ão cotrolado por apea um úico itema operacioal. O itema fracamete acoplado caracterizam-e por pouir doi ou mai itema de computação, iterligado por liha de comuicação. Cada itema fucioa de forma idepedete, pouido eu() próprio() proceador(e), memória e dipoitivo de etrada e aída. O itema operacioai pouem um cojuto de rotia que oferecem erviço ao uuário do itema e ua aplicaçõe. Ete cojuto de rotia é chamado de úcleo do itema operacioal ou kerel. A pricipai fuçõe do úcleo ão: a) tratameto de iterrupçõe; b) criação e elimiação de proceo; c) icroização e comuicação etre proceo;

20 6 d) ecaloameto e cotrole de proceo; e) gerêcia de memória; f) operaçõe de etrada e aída; g) gerêcia do itema de arquivo; h) cotabilização e eguraça do itema. 2.2 SISTEMAS OPERACIONAIS CENTRALIZADOS E DISTRIBUÍDOS O itema operacioai percorreram um logo camiho dede o ao 50. Origialmete foram projetado para cotrolar um úico computador, gereciado um ó proceador. Ete itema operacioai podem er chamado de itema operacioai cetralizado. O ovo itema operacioai ão deevolvido para executar em uma érie de máquia coectada atravé de rede, edo deomiado itema operacioai ditribuído. O itema operacioai ditribuído urgiram devido ao grade avaço da tecologia. O deevolvimeto do microproceadore, que gaham um poder de proceameto cada vez maior, teve coiderável ifluêcia o aparecimeto dee itema. Outro fator importate foi o urgimeto e rápido crecimeto da rede locai de alta velocidade, que vieram permitir a coexão de muito computadore, compartilhado e traferido um volume cada vez maior de iformaçõe. O reultado dea dua tecologia permite criar facilmete itema de computação com grade úmero de proceadore ligado atravé de rede de alta velocidade. Ete itema ão deomiado itema ditribuído [TAN95]. No itema ditribuído, uma aplicação pode er dividida em diferete parte, podedo eta parte erem executada por diferete proceadore, em ambiete idepedete, comuicado-e atravé de liha de comuicação [MAC97]. Um itema operacioal ditribuído é um itema operacioal que opera em ambiete ditribuído, oferecedo mecaimo de compartilhameto de recuro e aplicaçõe. O itema gerecia o aceo e recuperação de dado ditribuído a rede, forecedo forma de proteção e cotrole. Além dio, o itema operacioai ditribuído preocupam-e com a traparêcia a operaçõe realizada em ambiete ditribuído, de forma que o uuário

21 teham a impreão de etarem trabalhado em um itema cetralizado, elimiado a preocupação com a localização fíica do recuro de hardware e oftware (fig. 2.1) 7 FIGURA 2.1 SISTEMA OPERACIONAL DISTRIBUÍDO REDE Computador 1 Sit. Operacioal ditribuído Recuro do itema de computação Computador 2 Sit. Operacioal ditribuído Liha de comuicação O itema operacioal ditribuído gerecia o aceo ao recuro de hardware e oftware e ao dado que etão ditribuído o itema e poui mecaimo de compartilhameto do recuro Sit. Operacioal ditribuído Computador 3 REDE Uuário aceam o recuro do itema, atravé do itema operacioal ditribuído, como e etiveem em um itema de computação cetralizado 2.3 SISTEMA DE ARQUIVOS A operaçõe realizada em computador evolvem programa e aplicaçõe. O programa em execução e toda a etrutura repoável para mater iformaçõe eceária à ua execução ão chamado de proceo.

22 8 Qualquer aplicação realizada atravé de computador precia armazear, recuperar dado e muita veze compartilhá-lo com outro proceo. O modo como o uuário preciam lidar com eta tarefa depede de como o itema operacioal orgaiza e matém eta iformaçõe o meio de armazeameto, mediate a implemetação de arquivo. O arquivo ão uidade que cotém iformaçõe logicamete relacioada, podedo cotituir-e de programa ou dado. O programa cotém itruçõe compreedida pelo computador, e o arquivo de dado podem coter qualquer tipo de iformaçõe, como texto, regitro de um baco de dado, etc. A parte do itema operacioal repoável pelo gereciameto e mauteção do arquivo é deomiada de itema de arquivo. Atravé do itema de arquivo, tarefa de recuperação e aceo ao coteúdo do arquivo ão dipoibilizada ao uuário, que ficam dipeado do detalhe de como ete arquivo etão orgaizado o meio de armazeameto, como é o cotrole de memória dipoível e outro detalhe da implemetação. Para o uuário, o apecto a er coiderado é como um arquivo erá idetificado, como erá protegido e quai a operaçõe que podem er realizada obre ele. O itema de arquivo cotrola a forma como o arquivo ão orgaizado, como erá o aceo ao dado, como erão idetificado pelo uuário, quai o atributo e operaçõe poívei obre ele. É atravé do itema de arquivo que o uuário terão uma iterface para armazear e recuperar eu dado, de forma traparete quato ao detalhe de implemetação e orgaização. E é atravé dele também que o diferete proceo do itema poderão executar tarefa obre o arquivo ou compartilhá-lo com outro proceo [TAN95] e [MAC97]. O itema de arquivo pode oferecer erviço para ateder a eceidade de armazeameto, cotrole e recuperação de arquivo e também erviço para a orgaização dee arquivo em diretório.

23 SERVIÇO DE ARQUIVOS O modo como o erviço de arquivo etá etruturado depede de como o itema repreeta o arquivo. Para algu itema, um arquivo pode er uma eqüêcia qualquer de byte, como por exemplo o Uix e MS-DOS. Nete cao, o coteúdo e etrutura itera do arquivo fica por cota do programa de aplicação. Um arquivo pode também er etruturado como uma eqüêcia de regitro, ode ua localização é feita atravé de ua poição (úmero do regitro) ou pelo valor de algum de eu campo, e chamada ao itema ão feita para leitura e ecrita em um regitro epecífico. Um arquivo pode coter atributo, que ão iformaçõe obre o arquivo, ma que ão fazem parte do eu coteúdo, por exemplo, ome, data de criação, direito de aceo, tamaho. O arquivo podem pouir, também, proteçõe para cotrole de aceo ao eu coteúdo ou à operaçõe referete ao arquivo. O arquivo podem er protegido por lita de capacidade ou lita de cotrole de aceo. Na lita de capacidade, o uuário recebe uma capacidade para o arquivo ao quai tem aceo. Eta capacidade repreeta quai a operaçõe permitida para o uuário, como omete leitura, ou leitura e ecrita. Na lita de cotrole de aceo, cada arquivo tem aociado uma lita de uuário que poderão acear o arquivo, além do tipo de aceo permitido a cada um DIRETÓRIOS Diretório ão etrutura de dado que cotém etrada aociada ao arquivo ode ão armazeada iformaçõe como: localização fíica, ome, orgaização e demai atributo. Quado é olicitada a leitura de um arquivo, o itema operacioal procura ua etrada a etrutura de diretório. O itema de arquivo pode oferecer o erviço de diretório. O erviço de diretório dipoibiliza operaçõe para criação e remoção de diretório, idetificação e mudaça de ome de arquivo e operaçõe para movimetar arquivo de um diretório para outro.

24 10 O modo como o itema de arquivo orgaiza o arquivo o dico determia a etrutura de diretório. O diretório podem er etruturado de divera forma: etrutura de diretório de ível úico, etrutura de diretório de doi ívei e etrutura de diretório de múltiplo ívei ESTRUTURA DE DIRETÓRIOS DE NÍVEL ÚNICO Eta etrutura é a mai imple de er implemetada, ma ão é a melhor maeira de orgaizar o arquivo em um dico. Ela coite em um úico diretório cotedo todo o arquivo, coforme ilutrado a fig O uuário ão pode criar ome duplicado de arquivo em pode eparar eu arquivo do demai arquivo do dico. FIGURA ESTRUTURA DE DIRETÓRIOS DE NÍVEL ÚNICO Idetificação Proteção Orgaização Fíica Atributo Diretório Arquivo FONTE: [MAC97] ESTRUTURA DE DIRETÓRIOS DE DOIS NÍVEIS Pela limitação da etrutura de ível úico, criou-e também a etrutura de doi ívei. É matido um diretório pricipal, deomiado Mater File Directory (MFD), ode cada uuário poui um diretório idividual, deomiado Uer File Directory (UFD), ligado ao diretório pricipal. O diretório pricipal é idexado pelo ome do uuário e poui uma etrada que apota para cada diretório peoal. Eta etrutura etá ilutrada a fig. 2.3.

25 11 FIGURA ESTRUTURA DE DIRETÓRIOS COM DOIS NÍVEIS Uuário 1 Uuário 2 Arquivo 1 Arquivo 2 Arquivo 3 Arquivo 1 Uuário Mater File Directory MFD FONTE: [MAC97] Arquivo 1 Arquivo 2 Uer File Directory UFD Arquivo ESTRUTURA DE DIRETÓRIOS DE MÚLTIPLOS NÍVEIS Memo com a etrutura de doi ívei, a orgaização do arquivo em um úico diretório aida ão é coiderada adequada. Exite um terceiro tipo de etrutura, a de múltiplo ívei, também chamada de etrutura de diretório em árvore, que permite ao uuário criar quato diretório deejar, permitido que o arquivo fiquem melhor orgaizado logicamete, coforme vito a fig Ete tipo de etrutura é o mai utilizado pela maioria do itema operacioai [MAC97].

26 12 FIGURA ESTRUTURA DE DIRETÓRIOS EM ÁRVORE Arquivo Diretório 1 Arquivo Diretório Arquivo Diretório 2 Arquivo 0 Diretório Diretório Arquivo Arquivo Diretório Raiz Arquivo FONTE: [MAC97] NOMES DE ARQUIVOS No itema de arquivo que utilizam etrutura de árvore de diretório, exitem regra para a formação do ome do arquivo. Doi método ão utilizado para a formação de ome de arquivo: ome de camiho aboluto e ome de camiho relativo. No ome de camiho aboluto, o ome do arquivo é compoto pelo camiho do diretório raiz até o arquivo. Por exemplo, /dir1/dir2/x igifica que o diretório raiz cotém um diretório chamado dir1, e que ete cotém um ubdiretório chamado dir2, e que ete por ua vez cotém um arquivo chamado x. No ome de camiho relativo, utiliza-e do coceito de diretório correte ou diretório de trabalho. Nete método, o uuário deiga um diretório para er o diretório correte, e todo o arquivo refereciado em o diretório raiz o camiho, ão coiderado relativo ao diretório correte. Por exemplo, e o diretório correte é /dir1/dir2, etão o arquivo cujo ome aboluto é /dir1/dir2/x pode er refereciado apea por x [TAN87].

27 13 3 SISTEMA DE ARQUIVOS DISTRIBUÍDOS Aim como o itema cetralizado (mootarefa e multitarefa), o itema de arquivo é parte fudametal e mai viível de um itema operacioal ditribuído, poi freqüetemete o uuário ou aplicaçõe preciam maipular arquivo e eta operaçõe devem er de maeira uiforme, idepedete do tipo de dipoitivo ode o arquivo etão armazeado. Um itema de arquivo ditribuído é um itema de arquivo ode ervidore, cliete e meio de armazeameto etão dipero por máquia de um itema ditribuído. Nete ambiete, coideraçõe obre cocorrêcia, eguraça e método de aceo ao recuro devem er obervada a implemetação do itema de arquivo, para tratar quetõe como compartilhameto e traparêcia. 3.1 ESTRUTURA DOS SISTEMAS DE ARQUIVOS DISTRIBUÍDOS Para a compreeão da etrutura do itema de arquivo ditribuído e eu fucioameto, tora-e eceário defiir o termo ervidor de arquivo, erviço de arquivo e cliete. O erviço de arquivo é a epecificação daquilo que o itema de arquivo oferece como poívei operaçõe obre o arquivo. Ele decreve a primitiva dipoívei, quai o parâmetro dea primitiva e quai a tarefa realizada por ela. O erviço de arquivo repreeta quai o erviço com o quai o uuário poderá cotar. Um ervidor de arquivo é um proceo que executa em alguma máquia do itema, que auxilia a implemetação do erviço de arquivo. Um itema de arquivo ditribuído pode ter mai de um ervidor de arquivo, podedo cada um oferecer um erviço de arquivo diferete. Por exemplo, um ervidor poderia oferecer o erviço de arquivo do Uix e outro ervidor poderia oferecer o erviço de arquivo do Widow, atededo de forma mai abragete divero uuário.

28 14 Para o uuário, a maeira como etá implemetado o erviço de arquivo ou o fato de ele er ditribuído ão é importate. O que ele tem a fazer é olicitar uma tarefa atravé de procedimeto epecificado pelo erviço de arquivo e a tarefa erá executada. Um cliete é um proceo que pode olicitar um erviço oferecido pelo ervidor de arquivo, utilizado a primitiva implemetada por ele, dipoibilizada atravé de ua iterface [TAN95] [TAN87]. 3.2 TIPOS DE ACESSO Proceo e aplicaçõe que armazeam iformaçõe em arquivo ormalmete deejam recuperá-la poteriormete, eja para coulta, alteraçõe ou outra operaçõe. Em ambiete ditribuído, a forma como o arquivo ão recuperado pode er dividida em doi tipo: modelo de aceo local e modelo de aceo remoto MODELO DE ACESSO LOCAL O erviço de arquivo forece dua operaçõe: leitura e ecrita de arquivo. A leitura trafere um arquivo iteiro de um do ervidore de arquivo para o cliete que o requiitou. A ecrita trafere um arquivo do cliete para o ervidor. A movimetação é de arquivo iteiro, em amba a direçõe, e o arquivo podem er armazeado em dico ou a memória, de acordo com a eceidade. O modelo de aceo local é batate imple: a aplicaçõe bucam o arquivo eceário e utilizam-o localmete. Arquivo que ão modificado ou criado pela aplicação devem er ecrito de volta ao ervidor, coforme fig A traferêcia de arquivo iteiro pode er eficiete, ma tem a devatagem de preciar de epaço de memória o cliete, para armazear todo o arquivo eceário. Ete apecto pode torar icoveiete a traferêcia de um arquivo iteiro quado o cliete preciar omete de uma parte dele.

29 15 FIGURA MODELO DE ACESSO LOCAL A ARQUIVOS 1. O arquivo ão traferido para o cliete cliete ervidor Arquivo atigo Arquivo ovo 2. Aceo ão feito o cliete 3. O cliete termia de utilizar o arquivo e ete retora para o ervidor FONTE: [TAN95] MODELO DE ACESSO REMOTO Nete modelo, o erviço de arquivo forece um grade úmero de operaçõe poívei de erem realizada obre o arquivo, como: leitura e ecrita de parte do arquivo, movimetação de iformaçõe detro do próprio arquivo, verificação do atributo do arquivo, operaçõe para abrir e fechar arquivo, etc. No modelo de aceo remoto, o arquivo permaece o ervidor, ão edo eceária ua traferêcia para o cliete. O cliete requiitam operaçõe a erem realizada o arquivo, e eta operaçõe ão executada diretamete o ervidor, que é ode fica o itema de arquivo [TAN95]. 3.3 TRANSPARÊNCIA Em itema de arquivo ditribuído a formação de ome de arquivo evolve o fato de que o arquivo pode etar localizado em qualquer máquia da rede. Para que um uuário de itema ditribuído poa agir em relação ao arquivo como e etivee trabalhado em um úico computador, é eceário levar em coideração apecto de traparêcia. Há dua forma relevate de traparêcia: traparêcia quato a localização e idepedêcia quato a localização.

30 TRANSPARÊNCIA QUANTO À LOCALIZAÇÃO Na traparêcia quato à localização, o camiho do arquivo ou objeto ão deve dar ehuma idicação de ode ele etá localizado fiicamete. Um camiho como /ervidor1/dir1/dir2/x iforma que o arquivo x etá localizado o ervidor1, ma ão iforma em que poto da rede o ervidor1 etá localizado. Aim, o ervidor1 pode er colocado em qualquer poto da rede em que o camiho eja alterado INDEPENDÊNCIA QUANTO À LOCALIZAÇÃO Imagiado que o epaço o ervidor1 eteja ecao, o itema poderia automaticamete traferir o arquivo x para o ervidor2. Ma o cao em que o primeiro compoete do ome do camiho é o ome do ervidor, o itema ão pode mover arquivo de um ervidor para outro automaticamete. Neta movimetação, o ome do arquivo mudaria de /ervidor1/dir1/dir2/x para /ervidor2/dir1/dir2/x. Todo o proceo que utilizem o ome /ervidor1/dir1/dir2/x param de fucioar e o camiho mudar. Um itema em que o arquivo podem er movido em que o ome do arquivo (camiho) mude ão coiderado idepedete quato à localização. O itema em que o ome do ervidor é embutido o camiho ão ão idepedete quato à localização. E o itema baeado em motagem remota também ão ão, poi ão é poível mover um arquivo de um grupo (uidade de motagem) para outro, e aida er capaz de utilizar o ome atigo. 3.4 IDENTIFICAÇÃO EM DOIS NÍVEIS A maioria do itema ditribuído utilizam alguma forma de idetificação em doi ívei. Ao er criado um arquivo, o uuário dá a ele um ome imbólico (ormalmete um cojuto de caractere), que erá utilizado para qualquer aceo poterior ao arquivo. O itema pode gerar um ome biário para o memo arquivo, de modo que, ao er refereciado o ome imbólico, o itema procura iteramete pelo ome biário atribuído ao arquivo. O papel do diretório é forecer uma ligação etre o ome imbólico e o utilizado pelo itema.

31 17 O ome biário do arquivo é também cohecido como ó-i. O ó-i cotém iformaçõe de ode localizar o arquivo e quai o bloco de memória utilizado por eu dado. O ome biário podem variar de itema para itema. No itema compoto por divero ervidore de arquivo, o ome biário pode implemete er um úmero de ó-i local (ete cao ão é poível refereciar ehum arquivo ou diretório de outro ervidore). Uma outra forma de idetificar o arquivo é ter o ome biário a epecificação tato do ervidor quato de um arquivo epecífico ete ervidor. Eta idetificação permite que um ervidor poa refereciar-e a arquivo de outro ervidor, forecedo um mecaimo para compartilhameto de arquivo. Ito pode er feito atravé de uma ligação imbólica (lik). 3.5 COMPARTILHAMENTO DE ARQUIVOS Quado divero uuário preciam utilizar o memo arquivo, ete arquivo precia er compartilhado. Uma forma de compartilhameto é a criação de lik, ode um arquivo aparecerá imultaeamete em diretório diferete que pertecem a diferete uuário. Imagie um arquivo x, pertecete a um diretório A, e compartilhado com um diretório B (fig. 3.2). Nete cao, o arquivo x o diretório B eria uma ligação (lik). FIGURA SITUAÇÃO DE UM DIRETÓRIO COM UM LINK PARA UM ARQUIVO DE OUTRO DIRETÓRIO (a) Ate do lik (b) Depoi do lik criado (c) Depoi que o proprietário origial remove o arquivo Diretório A Diretório B Diretório A Diretório B Proprietário = A Cotador = 1 Proprietário = A Cotador = 1 Proprietário = A Cotador = 1 FONTE: [TAN95]

32 18 Um arquivo pode pouir múltiplo lik. Aim, diferete ome de arquivo podem er aceado por divero uuário o aceo à iformaçõe de um úico arquivo [TAN95] e [MAC97]. O compartilhameto de arquivo pode trazer algu problema. Se o diretório armazeam em ua etrada realmete edereço fíico do bloco de um arquivo, ao er feita uma ligação, como o exemplo da fig. 3.2, uma cópia dee edereço é feita o diretório B, o mometo da criação do lik. Se A ou B acrecetarem algo ao arquivo, o ovo bloco erão acrecetado apea a etrada do diretório que modificou o arquivo. Uma maeira de reolver io é fazer com que o edereço do bloco fíico ão fiquem a etrada do diretório, ma em uma etrutura de dado aociada ao arquivo. Nete cao, o diretório devem apotar para eta etrutura. O Uix implemeta ete tipo de compartilhameto e utiliza como etrutura um ó-i. Outra olução é fazer com que eja criado um ovo arquivo o diretório do uuário que deeja acear o arquivo de outro uuário. Dea forma, o ovo arquivo coterá o ome do camiho do arquivo com o qual ele é ligado. O ovo arquivo criado é marcado como edo um lik, de forma que quado o uuário fizer uma operação de leitura do arquivo, o itema buca o ome do arquivo para fazer a leitura. Ete método é deomiado ligação imbólica. Ete método também tem eu problema. No primeiro dele, um arquivo compartilhado tem um campo ode é armazeado o proprietário do arquivo. A ligação ão muda o proprietário, apea muda o cotador de ligação, para aber quata etrada de diretório apotam para o arquivo. Tomado o exemplo da fig. 3.2, e A apagar o arquivo e a etrutura correpodete ao bloco dee arquivo também for removida, o diretório B terá uma etrada apotado para uma etrutura iválida. A melhor olução é fazer com que o itema detecte que o arquivo aida etá em uo atravé do cotador e, ao remover a etrada do diretório A, mateha a etrutura de bloco do arquivo itacta, com o cotador em 1, coforme fig Nete cao, o diretório B é o úico a ter uma etrada para um arquivo cujo proprietário é A. Quado B remover ete arquivo e o cotador chegar em zero, a etrutura de dado que cotém o bloco do arquivo é etão removida.

33 19 Com ligaçõe imbólica, omete o verdadeiro proprietário tem um poteiro para a etrutura de dado do bloco do arquivo. O uuário que foram ligado ao arquivo tem apea ome de camiho. Qualquer tetativa de uar ete arquivo por uma ligação imbólica falhará, poi o arquivo ão poderá er ecotrado. A ligaçõe imbólica efretam um problema de overhead. Para er ecotrada a etrutura de dado do bloco do arquivo, o camiho de uma ligação precia er aaliado, compoete a compoete. Eta buca caua divero aceo ao dico. A grade vatagem dee tipo de ligação é que podem er uada para ligar arquivo de máquia que etejam em qualquer lugar, atravé de um edereço da rede de comuicação de ode etá o arquivo e o camiho de localização dee arquivo eta máquia. O compartilhameto de arquivo em ambiete ditribuído pode cauar algu problema pelo fato de divero uuário poderem realizar operaçõe o memo arquivo e porque pode haver cocorrêcia eta operaçõe. Por io, quado doi ou mai uuário compartilham o memo arquivo, é eceário defiir emâtica de leitura e ecrita, para ão ocorrer de um uuário obter o coteúdo atigo de um arquivo que foi alterado SEMÂNTICA UNIX Em itema com um úico proceador que permitem compartilhameto de arquivo, a emâtica ormalmete etabelece que uma operação READ empre obterá o valor do último WRITE executado o arquivo. Dea forma, empre é retorado o valor mai recete. Para que io fucioe, o itema matém uma ordeação aboluta de toda a operaçõe [TAN95]. Em itema ditribuído, eta emâtica pode er facilmete adquirida cao o itema poua um úico ervidor de arquivo, e o cliete ão coloquem arquivo a cache. Toda a operaçõe de leitura e ecrita vão diretamete para o ervidor de arquivo e ão proceada em ordem equecial. Podem ocorrer problema quado acotecer um retardo a rede, e por exemplo, um read que foi executado um microegudo apó um write chegue ate o ervidor, obtedo o valor atigo. Mater toda a iformaçõe o dico do ervidor, e fazer com que toda a requiiçõe paem pelo ervidor para erem executada pode reultar em problema de

34 20 performace. Ito ocorre porque, ate que um cliete poa ler um arquivo, ele precia er traferido do dico do ervidor para a ua memória pricipal, e daí para a memória pricipal do cliete, atravé da rede. Amba a traferêcia coomem tempo. Ete problema pode er ameizado armazeado (cachig) a memória pricipal do ervidor o arquivo mai recetemete utilizado, formado a chamada cache do ervidor. Dea forma, um arquivo requiitado pelo cliete, lido diretamete da memória do ervidor, elimia a eceidade de traferêcia do dico, embora aida teha que traferir o arquivo atravé da rede. Uma forma para elimiar a traferêcia atravé da rede é mater uma cache a memória do cliete também. Utilizar a memória pricipal do cliete ou o epaço de eu dico é a ecolha etre epaço e performace. O dico tem mai capacidade, porém eu aceo é mai leto. A memória poibilita aceo mai rápido, porém é mai limitada quato a capacidade de armazeameto. Voltado a quetão de compartilhameto, e um cliete matém localmete um arquivo em ua cache e o modifica, outro cliete que leia ete arquivo logo em eguida do ervidor obterá um arquivo oboleto, coforme vito a fig FIGURA ARQUIVO MANTIDO EM CACHE DE UM CLIENTE E LIDO POR OUTRO CLIENTE Servidor de arquivo a b 1. Leitura obtém ab 3. Leitura obtém ab Cliete 1 Cliete 2 2. Ecrita de c A a b B a b a b c FONTE: [TAN95] Uma alterativa para olucioar ete problema é eviado ao ervidor imediatamete toda a alteraçõe feita o arquivo armazeado em cache, ma ete método é ieficiete.

35 21 Para eta alterativa, exite o algoritmo write through. Ele defie que, ao er alterado um arquivo, ele permaece a cache, ma também é eviado imediatamete ao ervidor. Io pode cauar algu problema. Se um proceo de um cliete modificar um arquivo, ele o matém a cache e evia uma cópia ao ervidor. Se um proceo de outro cliete abrir o arquivo e fizer modificaçõe, eviado também uma cópia ao ervidor e o cliete aterior abrir ovamete o arquivo que etá em ua cache, ele terá um valor oboleto. Io pode er reolvido, fazedo com que o gereciador de cache verifique a ituação do arquivo juto ao ervidor. Poderia er comparado o itate da última modificação da cópia da cache com a cópia do ervidor, ou um úmero de verão. Se o úmero ou o itate forem o memo, a cache etá atualizada. Cao cotrário, o gereciador buca o arquivo o ervidor. Neta comparação, a quatidade de dado tramitido pela rede é pequea, porém ua algum tempo. O algoritmo write through auxilia a leitura, ma gera um grade tráfego a ecrita. Uma outra alterativa é o algoritmo de ecrita retardada. Ete algoritmo ugere que, quado um cliete fizer ecrita em um arquivo, ele implemete evia ao ervidor uma ota idicado que o arquivo foi atualizado e ó evia o arquivo de volta ao ervidor detro de determiado período de tempo SEMÂNTICA DE SESSÃO Uma outra alterativa é cohecida como emâtica de eão, e defie que a alteraçõe feita em arquivo ão viívei apea para o proceo que modificam o arquivo. Somete apó o arquivo er fechado é que eta alteraçõe ão eviada ao ervidor. Ito ão muda o que acotece a fig. 3.3, ma etipula um modo de comportameto. Um cliete obtém o valor origial de um arquivo do ervidor como edo o correto. Quado o cliete que fez a modificaçõe fechar o arquivo, uma cópia dete é eviada ao ervidor, de forma que a leitura ubeqüete feita ao arquivo obterão o coteúdo atualizado. No uo deta emâtica, e doi cliete modificarem imultaeamete um arquivo, o reultado fial dete depede de quem fechou por último o arquivo. O primeiro cliete faz a alteraçõe, fecha o arquivo e evia uma cópia para o ervidor. O egudo cliete faz o memo. O que fechar por último o arquivo teve ua modificaçõe matida. Logo, a emâtica de eão, com ete algoritmo, que é deomiado write-o-cloe, ão garate que toda a leitura retorarão o valor mai recete do arquivo.

36 22 Para melhorar a coitêcia utilizado eta emâtica, pode-e utilizar um algoritmo deomiado de cotrole cetralizado. Ele defie que, quado um arquivo é aberto, a máquia que o aceou faz uma otificação ao ervidor, atravé de uma meagem. O ervidor matém um cotrole obre quem tem arquivo aberto e e ete arquivo ão omete para leitura, ecrita ou leitura/ecrita. Se for omete para leitura, ão há problema em outra máquia acear o arquivo para leitura, porém, ão deve er aberto para ecrita. Da mema forma, quado um cliete abrir um arquivo para ecrita, outro aceo a ete arquivo devem er proibido. Quado um arquivo é modificado, o mometo em que ele é fechado e eviado ao ervidor, ete atualiza ua tabela de aceo ao arquivo SEMÂNTICA DE ARQUIVOS IMUTÁVEIS Uma outra alterativa para a emâtica de compartilhameto de arquivo é a de arquivo imutávei. O uo deta emâtica faz com que o arquivo ejam imutávei, ão permitido que um arquivo eja aberto para ecrita. A úica operaçõe realizada obre o arquivo ão leitura (read) e criação (create). Nete método, a criação de um arquivo em determiado diretório, com o memo ome de um arquivo já exitete, deixa o arquivo atigo iaceível (pelo meo ob ete ome). Io elimia o problema de um arquivo etar edo ecrito por um proceo e lido por outro proceo imultaeamete, ma permaece o problema de doi proceo tetarem ubtituir o memo arquivo ao memo tempo. Uma da maeira de lidar com io, como a emâtica de eão, é defiir que o proceo que termiar por último a geração do arquivo ubtitua o arquivo atigo. Outro problema com a emâtica de arquivo imutávei é que um arquivo pode etar edo ubtituído equato outro proceo faz a leitura dete arquivo. Nete cao, pode-e utilizar meio que garatam a cotiuação da leitura do arquivo atigo, memo que ele ão exita mai em ehum diretório e a ubtituição do memo arquivo por um ovo. Ou pode-e fazer com que eja detectada uma modificação o arquivo e gerar uma falha.

37 SEMÂNTICA DE TRANSAÇÕES Outro método de emâtica de compartilhameto de arquivo é a emâtica de traaçõe. Ea emâtica defie que um proceo que deeja acear um arquivo ou grupo de arquivo deve executar uma chamada de iício de traação. A partir do iício da traação, toda a leitura ou ecrita defiida detro da traação é executada equecialmete, em iterferêcia de ehum outro proceo ou traação cocorrete. Ao termiar o trabalho, o proceo evia um fim de traação. Se dua ou mai traaçõe iiciarem ao memo tempo, o itema deve garatir que o reultado fial é o memo que o obtido e a dua traaçõe foem executada em alguma ordem equecial idefiida. Por exemplo, e em uma operação bacária de depóito em cota correte, doi proceo tetarem adicioar imultaeamete uma determiada quatia, a operaçõe devem er agrupada em uma úica traação, fazedo com que o reultado fial obteha o valor correto. Se a cota cotiha 100 dólare e um do proceo quer depoitar mai 50 dólare e o outro proceo deeja depoitar 20 dólare, a operaçõe devem er executada de modo que o reultado ão eja em 150 dólare e em 120 dólare (advido de uma leitura o valor atigo de 100 dólare), ma im 170 dólare, realizado a leitura do 100 dólare, a ecrita de mai 20 (ou 50) dólare, a ova leitura do valor atualizado e mai uma ecrita de 50 (ou 20) dólare, reultado o motate correto da dua traaçõe [TAN95]. 3.6 REPLICAÇÃO DE ARQUIVOS Algu itema de arquivo ditribuído oferecem o erviço de replicação de arquivo. Io igifica ter vária cópia de arquivo elecioado, que erão matido em ervidore ditito. A replicação de arquivo traz algu beefício: a) tora o itema mai cofiável, pelo divero backup que poui. Se um do ervidore tiver problema, o arquivo fica aceível atravé de outro ervidor. Ou e ocorrer uma falha irreverível o itema de arquivo de um ervidor, ão haverão perda de dado; b) é poível acear um arquivo memo e um ervidor tiver problema;

38 24 c) a replicação pode trazer também gaho de performace. Se um ervidor etiver muito carregado, pode-e acear um arquivo atravé de outro ervidor que eteja mai liberado FORMAS DE IMPLEMENTAR A CRIAÇÃO DE ARQUIVOS REPLICADOS Se a replicação ficar ob a total repoabilidade do itema, cotrolado tudo que for eceário para que ela ocorra, etão diz-e que a replicação é traparete. Exite também a alterativa de o cliete ficarem a par do proceo de replicação, podedo icluive cotrolá-lo. Nete cao a replicação ão é traparete REPLICAÇÃO EXPLÍCITA Uma da maeira de implemetar a replicação é fazer com que o programador cotrole todo o procedimeto. Quado um proceo cria um arquivo, ete é criado em um ervidor epecífico. A partir daí, ele pode, e eceário, fazer cópia adicioai do arquivo em outro ervidore. Se o ervidor de diretório permitir múltipla cópia de um arquivo, o edereço de cada cópia a rede pode er aociada ao ome (fig. 3.4), de forma que ao er bucado um ome de arquivo, toda a cópia poderão er ecotrada. Quado um arquivo é aceado, teta-e uceivamete toda a cópia, até ecotrar uma dipoível. FIGURA 3.4 ENDEREÇO DE ARQUIVOS REPLICADOS COM ASSOCIAÇÃO AO NOME Cliete Servidor 1 Servidor 2 Servidor 3 Arquivo Prog.c Nome imbólico Edereço biário múltiplo (para Servidor1, ervidor2 e ervidor3 FONTE: [TAN95]

39 REPLICAÇÃO RETARDADA Na replicação retardada, é feita apea uma cópia de cada arquivo em algum ervidor. A replicação ocorre em backgroud. Quado o ervidor tiver um tempo livre, ele e ecarrega de fazer outra cópia para outro ervidore, coforme motrado a fig O itema deve ter mecaimo para recuperar cada uma deta cópia, quado eceário. Deve-e levar em coideração o fato de um arquivo poder er modificado ate da cópia terem ido feita. FIGURA REPLICAÇÃO RETARDADA DE UM ARQUIVO Servidor 1 Cliete agora Servidor 2 Mai tarde Mai tarde Servidor 3 FONTE: [TAN95] REPLICAÇÃO UTILIZANDO COMUNICAÇÃO EM GRUPO Nete método, a replicação ocorre o mometo que o arquivo origial é criado, coforme fig Ao er utilizada uma chamada write, eta é tramitida para todo o ervidore, ode ão feita cópia extra do arquivo. Nete cao, é edereçado um grupo de ervidore e ão apea um ervidor como a replicação retardada. FIGURA USO DE UM GRUPO NA REPLICAÇÃO DE UM ARQUIVO Grupo Servidor 1 Cliete Servidor 2 Servidor 3 FONTE: [TAN95]

40 ATUALIZAÇÃO DE ARQUIVOS REPLICADOS Quado o itema utiliza o coceito de replicação de arquivo deve-e levar em cota a atualização da cópia em cao de modificação o arquivo. Eviar implemete uma meagem de atualização a cada cópia pode ão er muito eficiete, poi e o proceo repoável por ea tarefa falhar, algu arquivo podem ão er modificado, reultado a poível leitura de coteúdo oboleto em alguma operaçõe. Doi algoritmo batate cohecido para reolver ete problema etão decrito a eguir REPLICAÇÃO DA CÓPIA PRINCIPAL Nete método, um do ervidore é deigado a er o ervidor pricipal, equato o outro ão coiderado ecudário. Qualquer alteração em um arquivo replicado é feita o ervidor pricipal. Ete e ecarrega de eviar comado ao ervidore ecudário, idicado que devem fazer a alteraçõe eceária. Para reolver o problema de falha o ervidor pricipal, cada alteração é gravada também em memória etável, ate da modificação o ervidor pricipal. Quado o ervidor e recuperar da falha, ele verifica e alguma modificação etava em adameto quado ela ocorreu. Em cao poitivo, o procedimeto pode er retomado. Dea forma, em algum mometo todo o ervidore receberão a atualização do arquivo. O problema com ete método é que ehuma alteração em arquivo replicado é atualizada quado o ervidor pricipal etiver parado por algum problema REPLICAÇÃO SELETIVA O propóito dete método é fazer com que um cliete que deeja ler ou ecrever em um arquivo replicado, deva, primeiramete, olicitar e adquirir permião de vário ervidore para depoi poder realizar a operação. O úmero de ervidore a erem cotatado pode variar. Um bom exemplo é fazer com que metade do ervidore mai um precie dar o coetimeto ao cliete. Quado um arquivo replicado é criado, ele recebe um úmero de verão, que é igual para toda a ua cópia. Para atualizar o arquivo, o cliete etão requiita permião à

41 27 maioria do ervidore. Se for cocedido o direito, o arquivo é atualizado e uma ova verão é gerada em toda a cópia atualizada. Para a leitura de um arquivo, um cliete faz ovamete cotato com a maioria do ervidore olicitado que ele eviem o úmero da verão. Se metade mai um do arquivo tiverem a mema verão, igifica que etão atualizado, poi para terem ido alterado a verão aterior, também houve ea mema verificação a maioria do ervidore.

42 28 4 ESTUDOS DE CASO Para ilutrar algu do coceito e demotrar a utilização do método apreetado e etudado ateriormete, erão decrito algu do itema de arquivo ditribuído ecotrado a literatura. 4.1 SISTEMA DE ARQUIVOS ANDREW O itema Adrew (AFS) foi deevolvido a Caregie Uiverity, e eu ome e deve ao fudadore da Uiveridade, Adrew Caregie e Adrew Mello. O AFS tem a caracterítica de tratar de a etaçõe de trabalho, edo que um grade quatidade dela podem etar ativa ao memo tempo. Baeado-e em [TAN95], [VAH96] e [SIL94] erão decrito o fucioameto e etrutura do AFS ARQUITETURA DO AFS O AFS é cotituído por cluter. Cada cluter cotém um ervidor de arquivo e divera etaçõe cliete. Coforme motra a fig 4.1, procurou-e fazer com que o tráfego foe local a um úico cluter, reduzido a carga de traferêcia a rede. Máquia cliete e ervidora ão e ditiguem fiicamete, e rodam verõe do itema operacioal Uix de Berkeley. Acima do kerel, o cliete e ervidore rodam oftware diferete. O ervidore executam um programa chamado Vice, que trata a chamada de operaçõe obre o arquivo, vida do cliete. O cliete executam editore de texto, gereciadore de jaela e outro oftware do Uix. Exite o cliete, também, um programa chamado Veu, que fucioa como gereciador de cache e faz a iterface etre o cliete e o Vice.

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