ROTEIRO. Discos magnéticos. Sistemas Operacionais 2014 Sistemas de Arquivos. Estrutura de Armazenamento 03/09/2014

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1 Sistemas Operacionais 2014 Sistemas de Arquivos Alexandre Augusto Giron ROTEIRO Introdução: Estrutura de Armazenamento Fundamentos Métodos de Acesso Estrutura de Diretórios Implementação de Sistemas de Arquivos Desempenho de Sistemas de Arquivos Estrutura de Armazenamento Três principais tipos Discos magnéticos Discos Solid-State (SSD) Fitas magnéticas Discos magnéticos Utilizados na maioria dos computadores Memória não-volátil Composto por pratos circulares recobertos com material magnético Discos magnéticos Discos magnéticos Informação é armazenada por meio da magnetização na superfície dos discos Óxido férrico (discos mais antigos) Liga a base de cobalto Discos magnéticos são endereçados por blocos lógicos Tamanho de Blocos Variam de 512 bytes a 1024 bytes 1

2 Discos magnéticos Desempenho influenciado por Tempo de posicionamento (Random-acess time) Seek Time: tempo para mover o braço sobre um determinado cilindro Latência rotacional: tempo necessário para rotacionar o setor para a cabeça de leitura Taxa de Transferência Quantidade de dados fluindo entre o drive e o computador Rotação dos discos 5400 rpm até rpm Discos magnéticos Taxas de transferência comuns Ordem de MB/s Discos são conectados por meio de barramentos Advanced Technology Attachment (ATA) Serial Advanced Technology Attachment (SATA) Universal Serial Bus (USB)... Ou por meio da distribuição em rede Network-Attached Storage (NAS) Network-Attached Storage - NAS Requisitos Sistema de arquivos distribuído (NFS, CIFS) Acesso via chamada de procedimento remoto Network-Attached Storage - NAS Desempenho depende da rede Consumo de largura de banda Menos eficiente do que discos ligados por barramento Outra abordagem distribuída Storage-Area Network (SAN) SAN Rede privada Conecta servidores e unidades de armazenamento Maior flexibilidade SSD Memória não-volátil Circuito integrado Variações de SSD: DRAM com bateria Chip de Memória flash SLC: de Célula de único nível MLC: Célula de múltiplos níveis 2

3 SSD Tende a ser mais rápido e mais confiável Não há peças se movimentando Não há latência nem seek time Menor consumo de potência Não há necessidade de algoritmos para escalonamento de disco (Veremos mais adiante) Maior custo por MB SSD Utilização em laptops SSDs em um sistema Podem substituir integralmente os discos magnéticos Podem ser usados como um novo nível de cache entre memória e disco Fundamentos FUNDAMENTOS Quando um computador é iniciado Programa de boot é iniciado Armazenado em uma ROM Aspectos da CPU, registradores, controladores são iniciados Kernel do Sistema Operacional é carregado em seguida Disco define uma porção de boot (boot disk) Exemplo: Windows Master Boot Record (MBR): primeiro setor do disco contem código de boot Tabela de partições do disco Fundamentos Fundamentos Formatação Física do disco Ocorre na fabricação Divide o disco em setores Formatação Lógica do disco Instalação do Sistema de Arquivos 3

4 Fundamentos Sistema de arquivos como o aspecto mais visível a usuários Composto por Um conjunto de arquivos e Estrutura de diretório Fundamentos Conceito de Arquivo Define uma unidade lógica de armazenamento Arquivo Espaço contíguo de armazenamento Conjunto de informações armazenadas no armazenamento secundário (Silbershatz) Diferentes tipos de informações Arquivo de texto Arquivo de código-fonte Arquivo executável Fundamentos Arquivos Atributos típicos de um arquivo Nome Identificador Tipo Localização Tamanho Proteção Tempo, data e identificação de usuário Fundamentos Arquivos Operações com um arquivo Criar Escrever localização definida por um ponteiro de escrita Ler localização definida por um ponteiro de leitura Reposicionar o ponteiro do arquivo: seek Apagar Truncar Mapeamento de arquivo na memória Locking: previne acesso por outros processos Fundamentos Arquivos Tipo Extensão Função Executável TABELA exe, com, bin ou nenhuma Programa pronto para executar Objeto obj, o Programa montado Código fonte c, cc, java, perl, asm Código fonte em uma linguagem Batch bat, sh Comandos para o interpretador de comandos do SO Texto txt, doc Dados textuais, documentos Processador de textos wpd, tex, doc Formatos para processadores de texto Biblioteca Lib, a, dll Bibliotecas com rotinas Visualização Os, dvi, gif Arquivo ASCII ou binário de visualização Compactado Zip, tar, rar Arquivo compactado para diminuir espaço Fundamentos Arquivos Estrutura de Arquivos Nenhuma: Sequência de bytes Registros Simples Linha, Tamanho Fixo ou Tamanho variável Complexa Documentos formatados Exemplos UNIX: sequência de bytes Maior flexibilidade, mas pouco suporte do SO Cada aplicação deve interpretar a sequência de bytes por conta própria SOs devem pelo menos suportar arquivos executáveis 4

5 Fundamentos Arquivos Estrutura Interna Discos dividem setores em blocos físicos de tamanho definido Operações no disco em unidades de bloco Impacto na forma de armazenamento UNIX Packing Determina quanta informação caberá em cada bloco físico Arquivo com 1949 bytes 4 blocos de 512 bytes alocados Últimos 99 bytes serão desperdiçados: Fragmentação interna Fundamentos - Exercício Calcule a fragmentação interna para os seguintes tamanhos de arquivo bytes blocos de bytes blocos de bytes blocos de bytes blocos de 128 Fundamentos - Exercício Calcule a fragmentação interna para os seguintes tamanhos de arquivo bytes blocos de 512 R: 0! bytes blocos de 512 R: 441 bytes bytes blocos de 412 R: 369 bytes bytes blocos de 128 R: 57 bytes Métodos de Acesso Informações dos arquivos deverão ser acessadas Acesso Sequencial Acesso Direto Nem todos os SOs implementam as duas formas Uma abordagem é definir o tipo no momento da criação do arquivo Métodos de Acesso - Sequencial Informações processadas em ordem Implementação mais simples Processa-se o arquivo por meio do ponteiro Atualizado quando há uma leitura Reposicionado ao início do arquivo quando desejado Métodos de Acesso - Sequencial Opcionalmente o SO Suporta o reposicionamento do ponteiro (frente ou atrás) 5

6 Métodos de Acesso - Direto Arquivos divididos em registros lógicos de tamanho fixo Leitura ou escrita direta, sem uma ordem fixa Exemplo: Leitura do bloco 14, escrita no bloco 53 Implementação mais complexa Número relativo de bloco Métodos de Acesso Outras formas Modificações do Acesso Direto Geralmente incluem um index file Ponteiros para vários blocos Armazenado na memória para recuperação rápida dos dados Busca primeiramente o índice Utiliza o ponteiro para acessar os registros do arquivo diretamente Métodos de Acesso Index File Métodos de Acesso Index File Problema Com arquivos maiores, o arquivo de índices pode ocupar muita memória Solução: Index (memória) para o arquivo de índices (disco) Similar com paginação de dois níveis Estrutura de Diretório Computadores armazenam milhões ou até bilhões de arquivos Diretórios Conjunto de nós contendo informações dos arquivos armazenados no disco Úteis para organizar arquivos de uma mesma aplicação Auxilia na busca de um usuário pelo arquivo Estrutura de Diretório Operações em um diretório Pesquisar arquivos Criar um arquivo Excluir um arquivo Listar um diretório Renomear um arquivo Percorrer o sistema de arquivos Cada disco ou partição de disco contem uma estrutura de diretórios Estrutura residente no disco 6

7 Estrutura de diretório Único nível Dois níveis Árvore Grafos acíclicos Estrutura de diretório- Único nível Único nível de diretório para todos os usuários Problemas Conflito de nomes Agrupamento fraco Estrutura de diretório- Dois níveis Estrutura de diretório- Dois níveis Um nível de diretório para separar usuários Master file directory Um nível para os arquivos de usuário User file directory Usuários podem ter arquivos com o mesmo nome Estrutura de diretório- Dois níveis Total isolamento entre usuários Permite pouca cooperação entre usuários Solução: path names Usuário A: /userb/test.txt Agrupamento melhorado Problema: Arquivos de sistema replicados em cada usuário? Solução Search path Sequência de diretórios a ser pesquisada Cria-se um diretório especial para arquivos do sistema Busca: no diretório do usuário; se não encontrar, busca no diretório especial Estrutura de diretório - Árvore Estrutura em árvore é a mais comum Árvore Diretório raiz Cada arquivo tem um nome de caminho único Cada diretório contem um conjunto de arquivos e/ou subdiretórios Subdiretório: um arquivo tratado de forma diferente Bit 1 para subdiretório, Bit 0 para arquivo Processo ao executar possui um diretório atual 7

8 Estrutura de diretório - Árvore Estrutura de diretório - Árvore Busca eficiente Agrupamento mais eficiente Caminhos de arquivo Absoluto: desde o diretório raiz até o diretório do arquivo root/spell/mail/prt/first Relativo: diretório atual prt/first Abordagens para apagar arquivos Diretório em árvore Apagar diretório vazio Apenas remove a entrada no diretório pai Como apagar diretório com subdiretórios e arquivos? Não permitir Apagar todo o conteúdo: remoção recursiva Depende da política desejada Estrutura de diretório Grafos Acíclicos Diretórios e Arquivos compartilhados Dois programadores em um projeto Subdiretório do projeto no diretório de cada programador Um diretório compartilhado existe em um ou mais lugares do sistema de arquivos Estrutura em grafo permite diretórios e arquivos compartilhados Estrutura de diretório Grafos Acíclicos Estrutura de diretório Grafos Acíclicos Distinção entre cópia e compartilhamento Cópia: cada programador não enxerga alterações dos outros Compartilhamento importante em subdiretórios Formas de implementar o compartilhamento Link para o arquivo Consistência mais fácil de manter Duplicar as entradas de diretório Difícil manter a consistência 8

9 Abordagens para apagar arquivos UNIX: Soft Links e Hard Links: Implementação de compartilhamento Soft: link simbólico, arquivo que contem o nome do arquivo Hard: link para a estrutura dados físicos (Inode no Linux) do arquivo Apagar Arquivos: Deixar links perdidos Backpointers: apagar os links do arquivo automaticamente Contador de referências Abordagens para apagar arquivos UNIX: Soft Links e Hard Links Implementação de compartilhamento Soft: link simbólico, arquivo que contem o nome do arquivo Hard: link para a estrutura dados físicos (I-node no Linux) do arquivo Apagar Arquivos: (UNIX) Deixar links perdidos Soft Links Backpointers: apagar os links do arquivo automaticamente Contador de referências = 1 Hard Links Estrutura de Diretórios: Tipos de grafos Grafos acíclicos Mais fácil de determinar se não há mais nenhuma referência a um arquivo Grafos Cíclicos Cuidado especial com loops em busca de arquivos Apagar arquivos: mecanismo de Garbage Collection Marcar o que pode ser acessado em todo o sistema de arquivos Coleta tudo o que não foi marcado para uma lista de espaços livres Extremamente custoso raramente usado Estrutura de diretório Grafos Acíclicos Estrutura mais complexa Um arquivo pode ter múltiplos nomes absolutos Atravessar o sistema de arquivos Não é necessário percorrer mais de uma vez estruturas compartilhadas Deve-se garantir que não há ciclo Montagem de Sistema de Arquivos Um sistema de arquivos deve ser montado Mount Nome do dispositivo (ou volume) Ponto de montagem: localização da estrutura de arquivos Tipicamente um diretório vazio Montagem de Sistema de Arquivos Ponto de montagem: / 9

10 Proteção Tipos Confiança Danos físicos ao HD Arquivos apagados acidentalmente Falhas no sistema de arquivos Proteção contra Acesso Indevido Proteção contra Acesso Indevido Tipos de operações comuns que podem ser controladas: Read Write Execute Append Nova informação no final do arquivo Delete List Informações e atributos de um arquivo Renomear, copiar, editar e outras Proteção contra Acesso Indevido Esquema mais geral é por uma lista de controle de acesso Access-Control List (ACL) Lista associada a cada diretório e arquivo Verifica a lista do arquivo requisitado Utiliza classificação de usuários: Owner: proprietário Group: Conjunto de usuários que compartilham o arquivo e possuem acesso similar Universe: todos os usuários do sistema Proteção contra Acesso Indevido - UNIX Permissões - #Links Owner Group Tamanho Data Última modificação Nome do arquivo Proteção contra Acesso Indevido - UNIX Permissões 9 bits 3 bits para cada classificação de usuário: Owner Group Universe Bit adicional descreve o tipo Diretório Link... Exercício - Proteção contra Acesso Indevido - UNIX 1. Obtenha as permissões para cada arquivo da listagem a. owner b. group c. universe 2. Quando um arquivo poderá ser efetivamente apagado? 10

11 Conceitos IMPLEMENTAÇÃO DE SISTEMA DE ARQUIVOS Sistemas de Arquivos residem no disco Memória secundária Dois problemas principais: Como o sistema de arquivos é visto e utilizado por usuários? Quais operações? Como mapear os arquivos para as unidades de armazenamento secundário? Quais estruturas de dados e algoritmos utilizar? Conceitos Funções principais Mapear arquivos para blocos Gerenciar espaço livre Alocação de disco Conceitos Vários exemplos de sistemas de arquivos UNIX: UFS, FFS Windows: FAT, FAT32, NTFS Linux: Ext2, Ext3, Ext4 Mais recentes: ZFS: Sun Microsystems GoogleFS FUSE: sistema de arquivos como um programa de usuário Sistema de Arquivos Lógico Parte que gerencia metadados de arquivos Localização e manutenção dos blocos Informações de diretórios Proteção: permissões, proprietário Transferências em unidades de blocos Um ou mais setores de disco Implementação O que é necessário? Boot Control Block Informações para inicializar o SO a partir de um volume (segmento de um disco partição) Tipicamente o primeiro bloco Volume Control Block Detalhes da partição Quantidade de blocos livres, tamanho de bloco, NTFS: tabela de arquivos UFS: superblock Uma estrutura de diretórios Um bloco de controle para cada arquivo (FCB) 11

12 FCB Abrir/Ler Arquivo No Linux: Inodes No NTFS: Armazena registros em uma tabela Master File Table Aponta para os blocos de dados FCB típico Estruturas necessárias Estrutura de diretórios Armazenada no disco Carregada para a memória Por exemplo, abrir um arquivo Tabela de arquivos abertos Na memória Aponta para a tabela de arquivos (File Table) Que aponta para blocos de dados no disco Métodos de Alocação Se referem a como os blocos do disco são alocados para os arquivos Métodos Contígua Lista Ligada Indexada Alocação Contígua Organização contígua de blocos Cada arquivo ocupa um conjunto contíguo de blocos Implementação mais simples Armazena-se o bloco inicial e o número de blocos do arquivo Problemas Aumento no tamanho do arquivo Procurar espaço livre para um arquivo Conhecer o tamanho do arquivo Alocação Contígua Se um arquivo possui N blocos e inicia no bloco B i O arquivo ocupará os blocos: B i -> B i+1 -> B i+2 -> B n 12

13 Alocação Contígua Alocação Contígua Arquivo Início Tamanho Cont 0 2 Tr 14 3 Mail 19 6 List 28 4 F 6 2 Arquivo Início Tamanho Cont 0 2 Tr 14 3 Mail 19 6 List 28 4 F 6 2 Exercício 1. Represente os blocos alocados em um disco com alocação contígua, a partir da tabela: Arquivo Início Tamanho Arq1 0 6 Arq Arq3 7 6 Arq Arq Arq Após a alocação, é possível alocar Arq7 de tamanho igual a 3 blocos? 3. Mostre 2 problemas encontrados nesta alocação Exercício - Resposta Arquivo Início Tamanho Arq1 0 6 Arq Arq Arq Arq Alocação por Lista Ligada Alocação por Lista Ligada Cada arquivo é composto por uma lista ligada de blocos Cada bloco contém um ponteiro para o próximo arquivo Ponteiro == NULL: fim do arquivo Vantagem Não precisa ser de forma contígua Não há fragmentação externa Sem necessidade de compactação Deve-se conhecer apenas o bloco inicial Armazena-se apenas o bloco inicial (por exemplo no diretório ou em uma tabela) O endereço do bloco seguinte está no ponteiro do bloco anterior 13

14 Alocação por Lista Ligada Arquivo pode aumentar Endereço do novo bloco adicionado no último Desde que haja espaço Para aumentar a vazão de dados Agrupamento blocos - clusters Acesso em unidades de cluster: menor quantidade de ponteiros Porém aumenta a fragmentação interna Desvantagens Não há acesso direto: deve-se seguir a lista a partir do início Fragmentação Interna Confiabilidade: ponteiro perdido? Alocação por Lista Ligada FAT: uma variação da alocação por lista ligada File Allocation Table Simples e eficiente Porção no início de um volume reservada para a tabela FAT FAT possui uma entrada para cada bloco FAT Test: blocos 217,618 e 339 Tipos de FAT FAT12 FAT16 FAT32 Cada FAT mapeia clusters de blocos para arquivos Cluster e quantidade de clusters definem o tamanho máx do volume T volume = # clusters * T cluster FAT12 1ª versão Utiliza 12 bits para cada entrada na tabela Máximo de blocos/cluster: 2 12 = 4096 (mas na prática o máximo é 4080) Por quê? Uso de flags reservado para blocos ruins FAT exige que cada cluster seja usado somente por um arquivo Suporte para os seguintes tamanhos de cluster 512 bytes 1 KB 2 KB 4 KB FAT16 16 bits para cada entrada Máximo de cluster 2 16 = (mas na prática o máximo é especifica 11 flags) Suporte para 2 KB 4 KB 8 KB 16 KB 32 KB De tamanho de cluster 14

15 FAT32 FAT 32 bits para cada entrada Máximo de cluster 2 28 = 256 M de cluster 4 bits reservados Suporte para clusters menores KB KB 128 e 256 KB se o tamanho do setor for maior que 512 bytes Tamanho máximo Permite n máximo de setores 2 32 = 4 GB Assim, o tamanho máx da partição é 4 GB * 512 = 2 TB 512: tamanho do setor Tamanho máximo de cluster Qtde de cluster Tamanho máx do volume FAT 12 FAT 16 FAT 32 4 KB 32 KB ~16 MB ~2 GB (4 GB no caso do NT) 2 TB (2 32 setores, não clusters!) Alocação Indexada Alocação Indexada Lista Ligada não suporta acesso direto Alocação Indexada Todos os ponteiros em um único bloco: index block Tabela de índices i-ésima entrada no index block aponta para o i-ésimo bloco do arquivo Alocação Indexada Questões Qual a capacidade do index block? Pouca: não consegue manter todos os ponteiros do arquivo Muita: desperdício de espaço (Exemplo: um arquivo com 2 blocos. Todos os outros ponteiros serão NULL) Influencia no tamanho do arquivo Alocação Indexada Mecanismos para expansão da alocação indexada Lista ligada de index block Índices multinível Para acessar um bloco, o SO usa o primeiro índice para achar o segundo index block e então acessa o bloco de dados Abordagem combinada 15

16 Abordagem Combinada UNIX: Inode Abordagem Combinada UNIX: Inode Abordagem Combinada Gerência de Espaços Livres Tamanho do arquivo determinado pelo tamanho do ponteiro Nesse método, o tamanho do arquivo ultrapassa a limitação de 4 GB para arquivos Ponteiros: 32 bits (4 bytes) 2 32 : 4 GB Muitas implementações suportam ponteiros de 64 bits Tamanho em Exabytes ( TB) ZFS suporta 128 bits para ponteiros de arquivos Mapa de bits Lista Ligada Mapa de Bits Cada Bit representa um bloco Se o bloco está livre: bit é 1 Se o bloco está alocado: bit é 0 Abordagem simples Exemplo: Blocos livres: 0, 3, 5, 7,8,9,12 Mapa: Mapa de Bits Cálculo do bloco livre por hardware (n de bits por palavra)*(n de 0) + deslocamento até o bit 1 Normalmente o mapa de bits é mantido na memória E armazenado em bits para recuperação 16

17 Mapa de Bits Desvantagem: Aumento do mapa de bit Um disco de 1.3 GB com blocos de 512 Utilizará 332 KB (na memória) para o mapa Um disco de 1 TB (blocos de 4KB) Utilizará 256 MB na memória para o mapa Lista Ligada de Blocos livres Manter uma lista com os blocos livres Ponteiro para o primeiro bloco livre Bloco contem um ponteiro para o próximo livre Lista Ligada de Blocos livres Lista Ligada de Blocos livres Não requer muitas operações de E/S? Percorrer a lista para os blocos livres? Porém, normalmente Percorrer a lista de blocos livres não é uma operação frequente Se apenas um bloco livre (o primeiro) é necessário Desempenho: Sistemas de Arquivos DESEMPENHO DE SISTEMA DE ARQUIVOS Discos afetam o desempenho do sistema Componente mais lento (memória mais lenta) Requisitos do sistema de arquivos Eficiência Desempenho do armazenamento secundário 17

18 Escalonamento de Disco Responsabilidade do SO em utilizar de forma eficiente o disco Requisição vinda do SO Para realizar uma operação de E/S no disco Write ou Read? Qual o endereço no disco para a transferência? Qual o n de setores a serem transferidos? Escalonamento de Disco Requisitos Baixo tempo de acesso Seek Time + Latência Rotacional Maior largura de banda alocada Taxa de transferência Ordem das requisições do SO Influenciam no desempenho Fila de requisições para acessar o disco Como escolher qual a requisição a ser atendida? Algoritmos de Escalonamento de Disco Algoritmos de Escalonamento de Disco FCFS SSTF SCAN C-SCAN Considere a fila de requisições aos cilindros no disco 98, 183, 37, 122, 14, 124, 65, 67 Algoritmos de Escalonamento de Disco Como avaliar um algoritmo de escalonamento de disco? Menor movimentação da cabeça de leitura reduz o tempo de acesso Ordem de acesso ao cilindro Cilindros próximos: tempo de movimentação menor FCFS Primeiro a chegar, primeiro a ser atendido Sinônimo ao FIFO A partir da posição inicial da cabeça de leitura Atende as requisições na ordem de chegada FCFS 98, 183, 37, 122, 14, 124, 65, 67 Cabeça de leitura: cilindro 53 18

19 FCFS 98, 183, 37, 122, 14, 124, 65, 67 Cabeça de leitura: cilindro 53 FCFS: Movimentação 98, 183, 37, 122, 14, 124, 65, 67 Q movimentos = (98-53) + (183-98) + (183-37) + (122-37) + (122-14) + (124-14) + (124-65) + (67-65) Q movimentos = 640 cilindros SSTF Shortest-Seek-Time-First Seleciona primeiro a requisição com menor tempo de busca Requisição de blocos do cilindro mais próximo da posição da cabeça de leitura SSTF 98, 183, 37, 122, 14, 124, 65, 67 SSTF 98, 183, 37, 122, 14, 124, 65, cilindros SSTF Melhoria em relação ao FCFS Porém, o SSTF pode causar starvation Uma requisição pode nunca ser atendida Requisições chegam a todo momento 19

20 SCAN Conhecido como algoritmo do elevador Atende todas as requisições em uma mesma direção Retorna atendendo as demais E assim sucessivamente SCAN 98, 183, 37, 122, 14, 124, 65, 67 SCAN Quantidade igual a 208 movimentos Densidade das requisições Normalmente uma nova requisição não chegará imediatamente próximo a outra já atendida Nessa situação, essas requisições serão atendidas por último Probabilidade maior de requisições chegarem na outra extremidade da posição atual da cabeça C-SCAN Evolução do C-SCAN Forma circular Foco na densidade das requisições Atendimento mais uniforme Move a cabeça em uma direção Retorna ao início do disco C-SCAN 98, 183, 37, 122, 14, 124, 65, 67 SCAN e C-SCAN Na prática, a movimentação não ocorre até o início/final do disco O cabeça de leitura percorre apenas até a última requisição em cada direção Modificação conhecida como LOOK e C- LOOK 20

21 Exercício em sala 1. Dada a Fila de requisições, obtenha 18, 183, 22, 137, 11, 126, 35, 27 a quantidade de movimentos da cabeça de leitura para os algoritmos: a. FCFS: b. SSTF: c. SCAN (início para a direita): d. C-SCAN (início para a direita): e. LOOK f. C-LOOK Considere um disco com 199 cilindros e a posição inicial da cabeça no cilindro 20 Memory Mapped Files (Tanenbaum) Acesso ao disco mais lento que acesso à memória Alguns SOs fornecem mapeamento de arquivos para a memória No espaço de endereçamento de um processo Arquivos no disco Exemplo: cópia Memory Mapped Files Cópia diretamente na memória Suponha que o arquivo seja mapeado para o endereço 512 (frame 1) Sucessivas operações de E/S... Memory Mapped Files Como ler o início do arquivo? Acesso ao endereço 512 da memória Writes ocorrem na memória!... Memory Mapped Files Quando o processo termina Páginas modificadas (dados do arquivo) são persistidas (salvas) no disco Funciona bem com sistemas com suporte à segmentação Um arquivo mapeado para um segmento Byte na posição k do arquivo estará no byte k do segmento Facilita a programação Cópia de um arquivo: loop com fread e fwrite agora desnecessário Cópia passa a ser de um segmento de origem para outro de destino 21

22 Memory Mapped Files Outra vantagem Eliminação de constantes operações de E/S no disco Problemas Processos compartilhando arquivos Nova modificação deve ser persistida SO deve garantir consistência entre as versões do arquivo Arquivo maior que o espaço de endereçamento Mapeamento de uma porção do arquivo Similar à paginação sob demanda Problema: falha de páginas! Recuperação Checagem de consistência Comparação de dados na estrutura de diretórios com os blocos no disco Tenta resolver inconsistências Processo custoso Abordagens Utilizar programas de sistema para backup de dados do disco para outra unidade Recuperação por meio da restauração do backup Journaling Sistemas baseados em Journaling Sistemas de arquivos estruturados em Log (Journaling) Todas as operações são armazenadas em um log Transação completada: Quando um conjunto de operações no sistema de arquivos foi salvo em um log Onde? Dispositivo separado, seção no disco Sistemas baseados em Journaling Fluxo: Transação é solicitada e completada Transações no log São persistidas (escritas) na estrutura do sistema de forma assíncrona Quando a estrutura foi modificada, a transação é removida do log Se houver um problema Todas as transações no log deverão ser realizadas novamente Sistemas baseados em Journaling Vantagens Recuperação rápida Chances de ocorrer inconsistência nas estruturas são eliminadas Exemplos de uso Extended File System (Ext3, Ext4) New Technology File System (NTFS) Unix File System (UFS) Sistema de Arquivo Virtual (VFS) Como fornecer compatibilidade? Diferentes sistemas de arquivos na mesma máquina VFS permite API para chamadas de sistema para diferentes sistemas de arquivos Separação das operações genéricas em arquivos dos detalhes de implementação Guarda informações em vnodes Chamada para as operações do sistema de arquivos desejado 22

23 VFS VFS Modelo orientado a objetos Para facilitar a implementação e organizar as diferentes rotinas dos sistemas de arquivos Exemplo RESUMO Estrutura de armazenamento: Discos magnéticos Discos Solid-State (SSD) Fitas magnéticas Conceito de arquivo: Conjunto de informações armazenadas Unidade lógica de armazenamento RESUMO Métodos de Acesso Direto Sequencial Estrutura de diretórios Único nível Dois níveis Árvore Grafos Acíclicos Implementação de Sistema de Arquivos: Gerenciar espaço livre Fornecer métodos de alocação Mapear arquivos para blocos lógicos/físicos RESUMO Para casa Desempenho de Sistema de arquivos Algoritmos de Escalonamento de Disco FCFS SCAN SSTF C-SCAN LOOK C-LOOK Memory Mapped Files Arquivos mapeados na memória Recuperação Journaling Leitura da parte III (Sistemas de Arquivos Cap. 11 e 13) E lista de exercícios (Sistemas de Arquivos Introdução e Implementação) 23

24 Bibliografia 1. SILBERSHATZ, A. et al. Operating systems Concepts. John Wiley & Sons, New York, 5ª edição STALLINGS, W. Operating system concepts. Prentice Hall, New Jersey, 3ª edição, TANENBAUM, A. et al. Operating systems: design and implementation. Prentice Hall, New Jersey, TANENBAUM, A. et. al. Modern Operating Systems. Prentice Hall, New Jersey,