Arquitetura de Sistemas Operacionais

Transcrição

1 rquitetura de Sistemas Operacionais Francis Berenger Machado Luiz Paulo Maia Complementado por Sidney Lucena (Prof. UNIRIO) Capítulo 11 Sistema de rquivos 11/1

2 Organização de rquivos Um arquivo é constituído por informações logicamente relacionadas rquivo Executável: contém o conjunto de instruções de um programa que serão compreendidas pelo processador rquivo de dados: contém um conjunto de informações que pode ser estruturado livremente Ex.: arquivo texto, arquivo com fontes de programa, arquivo contendo uma base de dados, etc. São armazenados pelo SO em diferentes dispositivos físicos Ex.: Discos magnéticos, fitas, discos ópticos Independência entre arquivos a serem manipulados e o meio de armazenamento 11/2

3 Organização de rquivos Um arquivo é identificado por um nome, composto por uma seqüência de caracteres Dependendo do SO, há distinção entre maiúsculas e minúsculas Regras como tamanho máximo do nome e caracteres permitidos variam de acordo com o SO lguns SOs usam uma extensão para identificar o tipo de arquivo Exemplos:.txt p/ arquivo texto;.exe p/ arquivo executável;.obj p/ arquivo objeto;.c p/ arquivo fonte de programa escrito em linguagem C 11/3

4 Organização de rquivos Organização de rquivos consiste em como os dados estão internamente armazenados Estrutura pode variar em função do tipo de informação contida no arquivo Definidas no momento da criação do arquivo, seja pelo SO ou pela própria aplicação Forma mais simples de organização: Seqüência não-estruturada de bytes Sistema de arquivos não impõe nenhuma estrutura lógica Flexibilidade para a aplicação estabelecer seus próprios critérios de manipulação 11/4

5 Organização de rquivos SO s possuem seus próprios sistemas de arquivos rquivos seguem modelo suportado pelo SO Organizações mais usadas são a sequencial, relativa e indexada: rquivos tratados como um conjunto de registros Registros podem ter tamanho fixo ou variável Registros são armazenados na unidade física seguindo a estrutura lógica do sistema de arquivos 11/5

6 Organização de rquivos n a C l á u d i a T e r e s a B y t e B e a t r i z C a m i l a D a n i e l e P a t r í c i a T i n a V a n e s s a I s a b e l a M a r i a ( a ) O r g a n i z a ç ã o n ã o - e s t r u t u r a d a R e g i s t r o ( b ) O r g a n i z a ç ã o I n d e x a d a 11/6

7 Métodos de cesso Dependendo da organização, sistema de arquivos pode recuperar registros de diferentes maneiras cesso seqüencial: Em fitas magnéticas, acesso a registros devem ser feitos na ordem em que estes foram gravados cesso direto: Manipulação de um registro diretamente na sua posição, exige tamanho fixo Se vale do número do registro, que indica sua posição em relação ao início do arquivo Não há restrição na ordem de leitura ou escrita Método mais eficiente, possível com o advento dos discos magnéticos 11/7

8 Métodos de cesso cesso direto pode ser combinado com acesso seqüencial cesso direto a um registro e, a partir deste, acesso seqüencial aos demais Método mais sofisticado: acesso indexado rquivo possui um índice de ponteiros para acesso direto aos diversos registros R e g i s t r o 0 R e g i s t r o 1 D e s l o c a m e n t o d e d o i s r e g i s t r o s R e g i s t r o 2 R e g i s t r o n 11/8

9 Operações de Entrada/Saída O sistema de arquivos disponibiliza às aplicações um conjunto de rotinas para operações de E/S: Tradução de nomes em endereços Criação e eliminação de arquivos bertura e fechamento de arquivos Leitura e escrita de dados Rotinas de E/S servem como interface simples e uniforme entre aplicações e os diversos dispositivos 11/9

10 Operações de Entrada/Saída p l i c a ç ã o R o t i n a s d e E / S D i s p o s i t i v o s 11/10

11 Operações de Entrada/Saída Cada arquivo possui informações de controle denominadas atributos Os atributos variam dependendo do sistema de arquivos, mas alguns estão presentes em quase todos os SOs: Tamanho Proteção Dono (owner) Data e hora de criação (nunca é modificado) Data e hora da última atualização Organização lógica dos registros (nunca é modificado) Senha de acesso 11/11

12 Diretórios estrutura de diretórios é como o sistema organiza logicamente os arquivos contidos em um disco O diretório é uma estrutura que contém entradas com informações associadas aos arquivos a ele relacionados Localização física, nome e atributos Quando um arquivo é aberto, SO procura na estrutura de diretórios as respectivas informações e as armazena numa tabela mantida na MP Quando arquivo é fechado, libera-se estas infos da tabela 11/12

13 Diretórios Estrutura de diretórios de nível único é a implementação mais simples Um único diretório contendo todos os arquivos I d e n t i fi c a ç ã o P r o t e ç ã o O r g a n i z a ç ã o L o c a l i z a ç ã o t r i b u t o s D i r e t ó r i o s r q u i v o s 11/13

14 Estrutura de diretórios com dois níveis: Diretórios Cada usuário possui um diretório particular, o User File Directory (UFD) Cada usuário pode criar arquivos com qualquer nome, independente dos nomes de arquivo usados pelos demais usuários Usa-se um nível de diretório adicional, o Master File Directory (MFD), indexando os diretórios dos usuarios 11/14

15 U U U U s u á r i o 1 s u á r i o 2 s u á r i o 3 s u á r i o n r q u i v o 1 r q u i v o 2 r q u i v o 3 r q u i v o 1 r q u i v o 1 r q u i v o 2 r q u i v o 3 U s e r F i l e D i r e c t o r y ( U F D ) Diretórios r q u i v o s 11/15

16 Estrutura de diretórios em árvore: Diretórios Extensão do modelo de dois níveis para um de múltiplos níveis Permite que arquivos sejam logicamente melhor organizados Estrutura mais adotada pela maioria dos SOs Cada usuário pode criar diversos níveis de diretórios (subdiretórios) Cada subdiretório pode conter arquivos ou outros subdiretórios (em geral, tratados como arquivos) rquivo nesta estrutura especificado unicamente pelo seu caminho absoluto (path) desde a raiz (MFD) até diretório onde arquivo está ligado 11/16

17 Estrutura de diretórios em árvore U U U U s u á r i o 1 s u á r i o 2 s u á r i o 3 s u á r i o n D i r e t ó r i o R a i z D D D i r e t ó r i o 1 i r e t ó r i o 2 r q u i v o 1 r q u i v o 1 i r e t ó r i o 1 r q u i v o 1 r q u i v o 2 r q u i v o 1 r q u i v o 2 r q u i v o 1 r q u i v o 1 r q u i v o 2 Diretórios 11/17

18 Path de um arquivo D i s c o C : / C I av ra l no s I v a n P a u l o T e s t e P e s s o a l S o m a. e x e Diretórios 11/18

19 Gerência de Espaço Livre em Disco Criação de arquivos em disco exige que SO saiba quais áreas do disco estão livres Necessária estrutura (lista ou tabela) contendo informações sobre blocos livres no disco que podem ser alocados a um novo arquivo Quando alocado, bloco é removido da estrutura para que não seja utilizado Quando arquivo é eliminado, todos os seus blocos retornam à estrutura contendo os espaços livres Forma mais simples de estrutura é o bit map, onde cada bit representa um bloco do disco: 0 indica bloco livre, 1 indica bloco ocupado Problema: gasto excessivo de memória 11/19

20 Gerência de Espaço Livre em Disco Segunda forma de estrutura é uma lista encadeada contendo os blocos livres no disco Cada bloco deve possuir área reservada para endereço do próximo bloco da lista cesso se dá de forma seqüencial a partir do primeiro bloco da lista Restrições envolvendo espaço de controle em cada bloco e tempo para busca de espaço livre Terceira forma considera blocos livres contíguos Usa tabela com endereço do primeiro bloco e número de blocos livres contíguos Conhecida como tabela de blocos livres 11/20

21 Gerência de Espaço Livre em ( a ) M a p a d e b i t s I n í c i o ( b ) L i s t a e n c a d e a d a Disco B l o c o C o n t a d o r T a b e l a d e b l o c o s l i v r e s 11/21

22 Gerência de locação de Espaço em Disco locação Contígua rmazena arquivo em blocos seqüencialmente dispostos no disco Necessário haver quantidade suficiente de blocos livres contíguos para alocação a arquivo de determinado tamanho Sistema acessa arquivo através do endereço de seu primeiro bloco e de sua extensão (tamanho em blocos) Simplicidade p/ algoritmos de leitura ou escrita Disco é tratado como um grande vetor de segmentos de blocos contíguos Estratégias p/ escolha de onde alocar arquivo: Best-fit, Worst-fit e First-fit 11/22

23 locação Contígua Gerência de locação de Espaço em Disco r q u i v o B l o c o E x t e n s ã o T X T 4 3 B. T X T C. T X T /23

24 Gerência de locação de Espaço em Disco Problema da alocação contígua: Fragmentação dos espaços livres medida que arquivos são criados e eliminados, espaço livres contíguos ficam fragmentados em pequenos pedaços no disco Disco pode conter blocos livres mas não ter espaço livre contíguo para alocar a arquivo de determinado tamanho Problema contornado através de um rearranjo dos blocos alocados aos arquivos em disco: desfragmentação Consome tempo e deve ser repetido periodicamente 11/24

25 Desfragmentação locação Contígua Á r e a d e t r a b a l h o 11/25

26 locação Encadeada rquivo organizado como uma lista encadeada de blocos no disco Cada bloco possui ponteiro para bloco seguinte (desvantagem) locação contígua dos blocos (extents) deixa de ser problema Fragmentação implica em maior tempo de acesso aos blocos do arquivo Braço do disco se deslocando várias vezes para cada extent Necessário haver desfragmentação periódica do disco para otimizar tempo de E/S cesso aos blocos somente seqüencial: desvantagem 11/26

27 I n í c i o locação Encadeada r q u i v o B l o c o. T X T /27

28 locação Indexada locação Indexada permite acesso direto aos blocos dos arquivos Ponteiros de todos os blocos do arquivo são mantidos em estrutura denominada bloco de índice Não desperdiça espaço nos blocos de dados c/ controle B l o c o d e í n d i c e 11/28

29 Proteção de cesso Mecanismos implementados para garantir proteção individual de arquivos e diretórios Possibilita também compartilhamento de arquivos entre usuários, quando desejado Implementados mediante concessão ou não de diferentes tipos de acesso Leitura, escrita, execução e eliminação No caso de diretórios Criação/eliminação de arquivos/subdiretórios no diretório Visualização do seu conteúdo Eliminação do próprio diretório 11/29

30 Proteção de cesso Mecanismos presentes na maioria dos SOs: Senha de acesso, grupos de usuário e lista de controle de acesso Proteção por senha de acesso se resume a usuário ter conhecimento de senha que dá total poder de manipulação ao arquivo Proteção por grupos de usuário implementada por diversos SOs Cada usuário é associado a um grupo Grupos de usuários objetivam compartilhar arquivos e diretórios Três níveis de proteção: owner, group e all (public) Na criação do arquivo, usuário especifica permissões que poderão ser modificadas posteriormente 11/30

31 Proteção por grupos de usuários: Proteção de cesso D D O S. T X T O w n e r G r o u p l l L e i t u r a E s c r i t a E x e c u ç ã o E l i m i n a ç ã o L e i t u r a 11/31

32 Proteção de cesso Lista de Controle de cesso, ou ccess Control List (CL), consiste em uma lista associada a cada arquivo especificando quais usuários e tipos de acesso são permitidos Tamanho desta estrutura pode ficar muito grande caso arquivo seja compartilhado por muitos usuários Pesquisa seqüencial na lista impõe overhead de tempo lguns SOs permitem o uso tanto de CLs como de grupos de usuários U s u á r i o : M a i a c e s s o : L e i t u r a + E s c r i t a U s u á r i o : M a c h a d o c e s s o : L e i t u r a U s u á r i o : M a i a c e s s o : L e i t u r a + E s c r i t a + E x e c u ç ã o U s u á r i o : M a c h a d o c e s s o : E l i m i n a ç ã o 11/32

33 Implementação de Caches Para minimizar problema do tempo de acesso ao disco (lento) para operações de E/S, faz-se uso de buffer cache SO reserva área da MP para cachear operações de acesso ao disco Comportamento análogo às diversas estruturas de cache presentes no sistema (hardware ou software) spectos de segurança devem ser considerados: Problemas de energia podem ocasionar perda de tarefas já realizadas em cache mas ainda não refletidas no disco tualizações no disco podem ser periódicas (menos operações de E/S) ou imediatamente após modificação do cache (mais seguro) 11/33