Unix: Sistema de Arquivos. Geraldo Braz Junior

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1 Unix: Sistema de Arquivos Geraldo Braz Junior

2 2 Arquivos Um arquivo é visto pelo SO apenas como uma seqüência de bytes: nenhuma distinção é feita entre arquivos ASCII, binários, etc.; Muitos programas esperam que nomes de arquivo sejam constituídos por um nome básico seguido de um ponto e uma extensão; A extensão informa o tipo do arquivo; Um arquivo pode ter várias extensões: prog.java.z; As extensões não são exigidas pelo SO.

3 Diretórios Arquivos podem ser agrupados em diretórios; O sistema de arquivos é hierárquico e o diretório raiz é chamado /; Caminho absoluto e relativo (diretório de trabalho); Quando um diretório é criado duas entradas são inseridas automaticamente:. e.. 3

4 4 Diretórios Importantes

5 Ligação(link) de Arquivos e Diretórios 5

6 Referência a Múltiplos Discos 6 Uma solução é usar um sistema de arquivos independente em cada um devendo o usuário especificar tanto o dispositivo quando o arquivo quando necessário: Exemplo: cp a:/x /a/d/x Estratégia adotada pelo MS-DOS, Windows e VMS; Outra solução é permitir que um disco seja montado em uma árvore de arquivos de outro disco (adotado pelo Unix).

7 7 Referência a Múltiplos Discos

8 8 Impedimento (locking) A utilização de um arquivo por dois ou mais processos pode gerar situações de disputa; Uma solução é programar a aplicação com regiões críticas; É possível associar um semáforo a cada diretório ou arquivo e implementar a exclusão mútua; No entanto, o arquivo ou diretório todo fica impedido, mesmo que somente um arquivo deva ser acessado;

9 Impedimento (locking) POSIX oferece um mecanismo flexível e de granularidade fina; O programador deve especificar o arquivo, byte inicial e o número de bytes seguintes que ficarão impedidos de serem acessados por outros processos; Tipos de impedimento: Compartilhado Exclusivo 9

10 Impedimento (locking) 10 (a) Arquivo com um lock (b) Adição de um segundo lock (c) Um terceiro lock

11 Chamadas ao Sistema Gerenciamento de Arquivos 11 s : código de erro fd : descritor do arquivo position : offset no arquivo

12 Chamada stat Campos retornados pela chamada stat 12

13 Chamadas ao Sistema Gerenciamento de Diretórios 13 s : código de erro dir : identificador do diretório dirent : uma entrada no diretório

14 Implementação Esquema do Disco Esquema de uma partição de disco no Unix clássico 14

15 Implementação Esquema do Disco Bloco 0 (boot): não utilizado pelo Unix Bloco 1 (superbloco): Nº de i-nodes Nº de blocos do disco Ponteiro para lista de blocos livres I-nodes Possui 64 bytes Cada i-node descreve um arquivo Blocos de dados Armazenam arquivos e diretórios 15

16 Estrutura do i-node Estrutura de um i-node no System V 16

17 Diretórios e Abertura de Arquivos 17 O diretório consiste em um conjunto desordenado de entradas de 16 bytes: Nome do arquivo: 14 caracteres Nº do i-node do arquivo Abrindo arquivos: No diretório corrente Utilizando um caminho absoluto: /usr/ast/file (i-node 2 aponta para o diretório raíz. O i- node 0 é utilizado para tratamento de blocos danificados) I-node de arquivos abertos são mantidos na tabela de i-nodes do kernel.

18 Leitura de Arquivo n = read(fd, buffer, nbytes) Dado o descritor de arquivos o sistema deve localizar o i-node correspondente; Cada processo possui sua tabela de descritores de arquivos abertos; Como vimos anteriormente, quando um processo abre o arquivo, o Unix inclui seu i-node na tabela de i-nodes do kernel; A solução parece simples... 18

19 Leitura de Arquivo Onde deve ser mantido o ponteiro para próxima leitura/escrita no arquivo? 1. Na tabela de i-nodes Se dois ou mais processos não relacionados abrirem o arquivo eles devem ter ponteiros independentes 2. Na tabela de descritores Problemas com o compartilhamento de arquivos: considere um shell script constituído de 2 comandos p 1 e p 2, executados em ordem e que o script foi executado assim: s>x Solução: tabela de descrição de arquivos abertos 19

20 20 Leitura de Arquivo

21 Sistema de Arquivos de Berkeley O limite do nome de arquivos passou a ser de 255 caracteres; As chamadas opendir, closedir, readdir e rewinddir foram introduzidas; Cache de nome: agiliza a localização de entradas em diretórios; Divisão do disco em grupos de cilindros, cada um com seu próprio suberbloco, i- nodes e blocos de dados; A idéia é manter próximos os blocos de dados e o i-node de um arquivo a fim de evitar longos posicionamentos. 21

22 Sistema de Arquivos de Berkeley Introdução de dois tamanhos de bloco: Para armazenar arquivos grandes é mais eficiente ter um número pequeno de blocos grandes; Por outro lado, muitos arquivos do Unix são pequenos e blocos grandes gerariam desperdício de espaço. 22

23 Sistema de Arquivos de Berkeley 23 Um diretório BSD com três arquivos O mesmo diretório depois da remoção do arquivo voluminous

24 NFS: Sistema de Arquivos de Rede 24 Desenvolvido pela Sun Microsystems; Permite que um conjunto de clientes e servidores compartilhe um sistema de arquivo comum; Cada servidor exporta um ou mais diretórios para serem acessados pelos clientes remotos; A lista de diretórios exportados é mantida em /etc/exports; Cada máquina pode ser cliente e servidor ao mesmo tempo.

25 NFS: Sistema de Arquivos de Rede 25

26 Protocolos NFS Dois protocolos são utilizados: 1. Para a montagem de diretórios 2. Para o acesso a arquivos e diretórios 26

27 27 NFS: Protocolo de Montagem Cliente envia um nome de caminho para um servidor solicitando permissão para montar o diretório localmente; O local da montagem não é fornecido; Se o caminho for válido, o servidor retorna um controle de arquivo (file handler) contendo: Tipo do sistema de arquivos; Disco; Número do i-node do diretório; Informações de segurança. O controle de arquivo deve ser utilizado nas requisições de acesso a arquivos e diretórios.

28 28 NFS: Protocolo de Acesso Clientes podem enviar mensagens para manipular diretórios, ler e escrever em arquivos; Muitas chamadas do Unix são suportadas, menos open e close; Não é necessário abrir ou fechar arquivos: Operação lookup retorna um controle para o arquivo. Essa operação não copia qualquer informação para tabelas internas do servidor; O controle do arquivo contêm o identificador do arquivo e o número do i-node; A chamada read contêm o controle do arquivo, o deslocamento e número de bytes desejados; O servidor, portanto, não armazena estado!

29 NFS: Protocolo de Acesso Como o servidor não armazena estado, seu processo de recuperação em caso de falha é simplificado; No entanto, o NFS requer um mecanismo adicional para tratar impedimentos (locking). 29

30 Implementação do NFS Dividido em três camadas: 1. A camada superior trata as chamadas ao sistema (open, read, close, etc.); 2. A segunda camada (VFS Virtual File System) mantêm uma tabela com uma entrada para cada arquivo aberto denomida v-node (i-node virtual); 3. A terceira camada é responsável pelo acesso ao arquivo ou diretório. 30

31 31 Implementação do NFS

32 V-nodes Informam se o arquivo é local ou remoto; Para arquivos locais, são registrados o sistema de arquivos e o i-node; Para arquivos remotos, o v-node aponta para um r-node (i-node remoto); O r-node possui as informações que permitem o acesso remoto ao arquivo. 32

33 Implementação do NFS Eficiência Transferências entre o servidor e o cliente são feitas em grandes blocos (8192 bytes) mesmo que poucos bytes sejam requisitados; Leitura antecipada: geração automática de requisição para leitura do próximo bloco; Transferências de escrita também devem possuir pelo menos 8KB; Escritas menores são acumuladas localmente (ou até que o arquivo seja fechado); São utilizadas caches tanto no servidor quanto no cliente. 33

34 34 Implementação do NFS Consistência da Cache Cleinte Associado a cada bloco da cache existe um temporizador. Quando ele expira, a entrada é descartada; Para arquivos: 3s; para diretórios: 30s; Sempre que um arquivo operado na cache é aberto, uma mensagem é enviada ao servidor para descobrir quando o arquivo foi alterado pela última vez; A cada 30s todos os blocos sujos (modificados) são enviados para o servidor.

35 Segurança no Unix Cada usuário possui um UID; Usuários são organizados em grupos. Cada grupo possui um GID; Um usuário pode pertencer a vários grupos; Arquivos são marcados com o UID e GID de seu proprietário; Cada processo carrega o UID e GID do seu proprietário (do usuário que solicitou a execução programa). 35

36 Segurança no Unix Cada arquivo possui também um conjunto de permissões relativas ao proprietário, grupo do proprietário e restante dos usuários em chaves de 3 bits: rwx. 36

37 Segurança no Unix Diretórios também possuem chave de proteção sendo que o x se refere à permissão de busca em vez de execução; A chave rwxr-xr-w permite apenas leitura e busca de arquivos pelos outros usuários, impedindo-os de adicionar ou remover arquivos do diretório. 37

38 Segurança no Unix O usuário com UID=0 é chamado de superusuário ou root; O root tem o poder de ler e escrever em todos os arquivos do sistema, independentemente de sua chave de proteção; Processos com UID=0 também podem executar um pequeno número de chamadas ao sistema protegidas; Arquivos especiais também utilizam chave de proteção. 38

39 Segurança no Unix O arquivo /dev/lp poderia ser de propriedade do root ou de um usuário especial (daemon) e ter modo de proteção rw para impedir que qualquer um pudesse imprimir; De forma semelhante, o /etc/passwd não deve ser liberado para escrita; Então, como usuários comuns podem imprimir ou alterar sua senha? 39

40 Segurança no Unix Utiliza-se um bit a mais de proteção: o SETUID; Quando um programa que tem o bit SETUID ativado é executado, o UID efetivo para aquele processo se torna o UID do proprietário do arquivo executável em vez do UID do usuário que o invocou. 40

41 Segurança no Unix Chamadas ao Sistema As três últimas chamadas são permitidas apenas para o root 41

42 Segurança no Unix Quando um usuário entra no sistema, o login (que tem SETUID de root) solicita o nome de uma conta e uma senha; Se a conta e senha estão corretas, o login executa um shell utilizando setuid e setgid para definir o proprietário e grupo corretos. 42

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