BC Sistemas Operacionais

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1 BC Sistemas Operacionais Sistema de Arquivos (aula 10 - Parte1) Prof. Marcelo Z. do Nascimento Prof. Marcelo Z. do Nascimento marcelo.nascimento@ufabc.edu.br 1

2 Introdução Arquivos Atributos de Arquivos Roteiro Extensão de Arquivos Operações de Arquivos Diretórios Gerência de Alocação de Espaço em Disco Leituras Sugeridas Exercícios 2

3 Introdução Um processo pode armazenar uma quantidade limitada de informações dentro de seu próprio espaço de endereçamento; Tem capacidade restrita ao tamanho do espaço de endereçamento virtual; Quando o processo termina, a informação é perdida? Quando múltiplos processos precisam acessar à informação? O SO abstrai do conceito de processador para criar a abstração de um processo e abstrai o conceito de memória física para oferecer ao processo o espaço de endereçamento (virtual). 3

4 Introdução Um processo deve ser capaz de ler e gravar grande volume de dados em dispositivos como fitas e discos de forma permanente; A maneira pela qual o sistema operacional estrutura e organiza estas informações é através da implementação de arquivos; Arquivo é uma coleção de informações correlatas (registros) que recebe um nome e é gravado no armazenamento secundário: Criada pelo processo; Espaço de endereçamento =>usado para modelar o disco. 4

5 Introdução Os processos podem ler arquivos existentes e criar novos; A informação contida no arquivo deve ser persistente, ou seja, não pode ser afetada pela criação e pelo termino de um processo; Poderá desaparecer se o proprietário removê-lo. De modo geral, a parte do SO que trata dos arquivos é conhecida como sistema de arquivos. 5

6 Arquivos Quando um processo cria um arquivo => recebe um nome, quando termina, o arquivo continua existindo e outros processos podem ter acesso a ele simplesmente pelo nome; As informações contidas em um arquivo são definidas pelo seu criador; Exemplo: arquivo de texto é uma seqüência de caracteres ASCII organizados em linhas. O SO administra de maneira a facilitar ao acesso ao seu conteúdo; Informações sobre arquivos são guardadas em uma estrutura de diretório, a qual é mantida em disco rígido. 6

7 Nomeação de arquivos Arquivos é um mecanismo de abstração: Arquivos Isola o usuário dos detalhes sobre como e onde a informação está armazenada e como os discos funcionam. Quando arquivos são criados, nomes são atribuídos a eles e são referenciados por meio de seus nomes; Muitos sistemas de arquivos permitem nomes com tamanhos de até 255 caracteres. Letras, números e alguns caracteres especiais podem compor nomes dos arquivos: Exemplo: A-Z, a-z, 0-9, %,!, ) e &. 7

8 Exemplos Tipos de Arquivos 8 Sistemas Operacionais

9 Atributos de Arquivo Nome única informação armazenada no formato legível para o ser humano Identificador um número identifica o arquivo dentro do sistema de arquivos Tipo necessário para sistemas que admitem diferentes tipos de arquivos Localização ponteiro para localização do arquivo dentro do dispositivo Tamanho tamanho do arquivo Proteção controla quem pode ler, escrever e executar Data, hora, e identificação do usuário dados úteis para proteção, segurança e último acesso 9

10 Arquivo - Extensão Alguns sistemas, as extensões de arquivos constituem apenas convenções e não são impostas pelo SO; Sistemas Unix: Exemplo: aula1.txt pode ser algum tipo de arquivo texto, mas o nome serve mais para lembrar o proprietário, não oferece qualquer informação real para proprietário; Mas os compiladores podem exigir que arquivos tenha uma extensão; Exemplo: aula1.c O Windows atribui significados a cada extensão: Exemplo: aula1.doc irá inicializar o Microsoft Word. 10

11 Arquivo - Extensão Alguns sistemas suportam uma extensão relacionada ao arquivo: MS-DOS: 1-3 caracteres (Ex.: exemplo.txt); suporta apenas uma extensão; UNIX: extensão pode conter mais de 3 caracteres; UNIX suporta mais de uma extensão: Ex.: exemplo.c.z (arquivo com compressão); UNIX também permite que arquivos sejam criados sem extensão. 11

12 Extensão de arquivos - Exemplos Extensão Significado File.bak Arquivo de backup Arquivos File.gif File.hlp File.mp3 File.pdf File.txt Formato de imagens gráficas (Graphical Interchange Format) Arquivo de ajuda Arquivo de áudio padrão MPEG (Moving Picture Expert Group padrão de compressão de vídeo digital e áudio) Arquivo Portable Document Format Arquivo texto 12

13 Arquivos - Classificação Usuário: Alto nível Interface como os arquivos aparecem? Como arquivos são nomeados e protegidos? Quais operações podem ser realizadas? S.O.: Baixo nível Como arquivos são armazenados fisicamente? Como arquivos são referenciados (links)? 13

14 Operações de Arquivos O sistema de arquivo disponibiliza um conjunto de rotinas que permite às aplicações realizarem operações de E/S; Aplicação O SO pode fornecer chamadas ao sistema para criar, ler, excluir, etc. Rotinas de E/ S Dispositivos Fonte: Machado, F. B; Maia, L. P. Arquitetura de Sistema Operacionais, 3º ed., LTC,

15 Criar: Operações sobre Arquivos Duas etapas são necessárias: espaço no sistema de arquivo e uma entrada para o novo arquivo precisa ser feita no diretório; Escrever: Fazer um system Call com o nome do arquivo e as informações a serem escritas; Ler: Um system call que especifica o nome do arquivo e onde na memória o próximo bloco do arquivo deve ser colocado. Reposicionar dentro de um arquivo: O diretório é pesquisado em busca de entrada correta, e o ponteiro da posição atual do arquivo é reposicionado para determinado valor 15

16 Apagar: Operações sobre Arquivos Procura-se o arquivo nomeado no diretório e libera o espaço do arquivo e apaga-se a entrada no diretório. Truncar: Se quiser apagar o conteúdo de um arquivo, mas manter seus atributos de forma que seu tamanho seja igual a zero e seu espaço seja liberado. 16

17 Abertura de Arquivos Um conjunto de informações (dados) são necessário para gerenciar um arquivo aberto; O SO mantém uma tabela de arquivos aberto; Várias informações estão associadas ao arquivo aberto: Ponteiro de Arquivo: ponteiro para localização da ultima leitura/escrita pelo processo que abriu o arquivo Contador de arquivo aberto: contador do número de vez que o arquivo foi aberto permite remover dados da tabela de arquivo aberto quando o último processo é fechado Localização em disco do arquivo: as informações para localizar o arquivo no disco são mantidas na memória Direito de acesso: permitir ou negar requisições de E/S subsequentes 17

18 Lock de arquivo Fornece funcionalidade semelhante aos locks de leitor/escritor de sincronização de processos; Lock compartilhado: semelhante a um lock de leitor, em que vários processos podem obter o lock ao mesmo tempo; Lock exclusivo: comporta-se semelhante como um lock de escritor, apenas um processo por vez. Também pode oferecer o mecanismo: obrigatória: quando um processo obtiver o arquivo impede que qualquer outro processo tenha acesso ao arquivo Ex. Windows consultivo:obtém o lock manualmente no momento em que for acessar o arquivo Ex. Unix 18

19 Organização de Arquivos Consiste em como os seus dados estão internamente armazenados; Arquivos podem ser estruturados de diferentes maneiras: a) Seqüência não estruturada de bytes Para o SO, os arquivos são apenas conjuntos de bytes; SO não se importa com o conteúdo do arquivo; Significado deve ser atribuído pelos programas em nível de usuário (aplicativos); Exemplo: UNIX e Windows; 19

20 Organização de Arquivos b) Árvores de registros (tamanho variado), cada qual com um campo chave em uma posição fixa: Visualizar um arquivo como um conjunto de registros; Exemplo: Banco de Dados Ana Cláudia Teresa Byte Beatriz Camila Daniele Patrícia Tina Vanessa Isabela Maria (a) Organização não-estruturada Registro (b) Organização Indexada Fonte: Machado, F. B; Maia, L. P. Arquitetura de Sistema Operacionais, 3º ed., LTC,

21 Arquivos regulares são aqueles que contêm informações dos usuários; Exemplo: UNIX e Windows; Tipos de arquivos Diretórios são arquivos responsáveis por manter a estrutura do Sistema de Arquivos; Arquivos especiais de caractere são aqueles relacionados com E/S e utilizados para modelar dispositivos seriais de E/S; Ex.: impressora, interface de rede, terminais; Diretório: /dev/lp; Arquivos especiais de bloco são aqueles utilizados para modelar discos; Diretório: /dev/hda1; 21

22 $ ls -l /home/davidson Exemplo: Linux $ -rwxr--r-- 1 davidson davidson :27 apt-list Dono: Definido como pelo usuário que criou o arquivo, Grupo: As permissões em nível de grupo, Outros: Simplesmente, todos os usuários que não são você mesmo nem pertencem ao seu grupo primário. Leitura (r), Escrita (w), Execução (x). 22

23 Estrutura de Diretório: Partições Deseja-se ter vários sistemas de arquivos em um disco, com um espaço de swap ou disco não formatado; O sistema de arquivos pode ser dividido em partições. Cada disco possui no mínimo uma partição, que é uma estrutura de baixo nível, em que arquivos e diretórios residem. Cada partição é tratada como um disco separado; As partes podem ser combinadas para formar estruturas maiores, conhecidas como volume ou disco virtual. 23

24 Tabela de conteúdo do volume: Cada partição possui informações sobre os arquivos armazenados nela. Estrutura de Diretório: Partições O diretório mantém informações sobre os arquivos da partição específica - como o nome, localização, tamanho e tipo. O diretório pode ser visto como uma tabela de símbolos que traduz o nome do arquivo em posição para o mesmo ser manipulado. 24

25 Estrutura de Diretório: Partições 25 Sistemas Operacionais

26 Tabela de partição MBR Estrutura de Diretório: Partições Disco Partições Boot Super bloco Gerenc. de Espaço livre I-nodes Diretório Raiz Arquivos Diretórios Contém parâmetros (tipo do SA, número de blocos) sobre o sistema de arquivos e é carregado na memória 26

27 O diretório pode ser visto como uma tabela de símbolos, que traduz nomes de arquivo nas entradas de diretório; As operações em um diretório: Estrutura de Diretório: Conceitos Procurar por um arquivo:procurar a entrada para um determinado arquivo Criar um arquivo: Excluir um arquivo: Listar um diretório: listar os arquivos Renomear um arquivo: Atravessar o sistema de arquivo: acessar cada diretório e cada arquivo dentro de uma estrutura de diretório. 27

28 Estrutura do Diretório Uma coleção de nodes contendo informações sobre todos os arquivos Directory Arquivos F 1 F 2 F 3 F 4 F n Ambos as estruturas de arquivos e diretórios resiem no disco 28

29 Exemplos de operações com diretório (UNIX): Create; Delete; Estrutura de Diretório: Conceitos Opendir; Closedir; Readdir; Rename; 29

30 Estrutura de diretórios de nível único Apenas um diretório contém todos os arquivos diretório raiz (root directory); Estrutura de Diretório: Conceitos Identificação Proteção Organização Localização Atributos Desvantagem: Sistemas com vários usuários podem criar arquivos como mesmo nome; Diretórios Arquivos Fonte: Machado, F. B; Maia, L. P. Arquitetura de Sistema Operacionais, 3º ed., LTC,

31 Estrutura de diretórios com dois níveis Cada usuário possui um diretório privado; Sem conflitos de nomes de arquivos; Estrutura de Diretório: Conceitos Usuário 1 Usuário 2 Arquivo 1 Arquivo 2 Arquivo 3 Usuário 3 Arquivo 1 Arquivo 1 Usuário n Arquivo 2 Arquivo 3 User File Directory (UFD) Arquivos Fonte: Machado, F. B; Maia, L. P. Arquitetura de Sistema Operacionais, 3º ed., LTC,

32 Estrutura de diretórios hierárquicos: Usuários podem criar diversos diretórios que agrupam arquivos; Estrutura de Diretório: Conceitos Diretório 1 Arquivo 1 Arquivo 2 Busca eficiente; Usuário 1 Diretório 2 Arquivo 1 Capacidade de agrupamento Usuário 2 Usuário 3 Arquivo 1 Arquivo 1 Diretório corrente (diretório de trabalho) cd /spell/mail/prog Usuário n Diretório Raiz Diretório 1 Arquivo 1 Arquivo 2 Arquivo 1 Arquivo 2 Fonte: Machado, F. B; Maia, L. P. Arquitetura de Sistema Operacionais, 3º ed., LTC,

33 Caminho de um arquivo O método requer técnicas pelas quais os arquivos são acessados; Estrutura de Diretório: Conceitos Disco C:/ Carlos Ivan Ivan Paulo Teste Pessoal Soma.exe Fonte: Machado, F. B; Maia, L. P. Arquitetura de Sistema Operacionais, 3º ed., LTC,

34 Dois diferentes maneiras: Caminho absoluto (absolute path name); Caminho relativo (relative path name); Diretórios Caminho absoluto: consiste de um caminho a partir do diretório raiz até o arquivo; É único; Exemplo: UNIX: /usr/ast/mailbox; Windows: \usr\ast\mailbox. 34

35 Diretórios Caminho relativo: utilizado em conjunto com o diretório corrente; Usuário estabelece um diretório como sendo o diretório corrente; nesse caso caminhos não iniciados no diretório raiz são tido como relativos ao diretório corrente; Exemplo: Absoluto: cp /usr/ast/mailbox /usr/ast/mailbox.bak Relativo: /usr/ast: cp mailbox mailbox.bak 35

36 Diretório em Grafo Acíclico Uma estrutura de árvore proíbe o compartilhamento de arquivos ou diretório; Com grafo acíclico é possível o compartilhamento de arquivos e subdiretórios, ou seja, o mesmo arquivo ou subdiretório pode estar em dois diretórios diferentes. 36

37 Diretório em Grafo Acíclico Compartilhamento pode ser implementado por: link: é criado um ponteiro, para outro arquivo ou subdiretório; duplicar informações: pode gerar inconsistências de informação; lista de referências ao arquivo: entradas no diretório ou links simbólicos Eliminação de um arquivo ou diretório: retirada dolink: não afeta o arquivo, arquivo ou diretório é eliminado se todos os links forem removidos; retirada da referência da lista de referências: arquivo só é eliminado quando a lista estiver vazia ->é preciso somente de um contador de referências, se contador = 0, arquivo pode ser eliminado. 37

38 Montagem SO => capacidade de montar vários sistemas de arquivos. Constrói tabelas de montagem que contêm informações sobre os nomes de caminhos do ponto de montagem e sobre os dispositivos que armazena cada sistema de arquivo. Montagem => combina vários sistemas de arquivo em um único espaço de nomes (conjunto de arquivos que pode ser identificado por um único sistema de arquivo). Exemplo: Windows montado em C: sistema arquivo seguinte D; Unix alguns sistemas de arquivos são montados em um dos diretórios localizados em /mnt/. 38

39 Montagem SO => verifica se o dispositivo contém um sistema de arquivo válido. O sistema de arquivo é montado no ponto de montagem especificado. SO pode proibir a montagem sobre diretórios que contém arquivos (a) Sistema Existente. (b) Partição não montada 39

40 Contra danos físicos (confiabilidade) acessos impróprios (proteção) Proteção Confiabilidade: cópia de arquivos com intervalos regulares Proteção resultado direto da habilidade de acessar arquivos Níveis de Proteção de Sistemas não permitem o acesso a outros usuários, não precisam de proteção (default) têm proteção completa, proibindo o acesso têm livre acesso sem nenhuma proteção 40

41 Lista de acesso pode ser muito grande dependendo da forma de implementação; Redução do tamanho da lista: Proteção operações de leitura, escrita e execução classificação dos usuários em grupos proprietário: usuário que criou o arquivo grupo: vários usuários que compartilham e necessitam de acesso similar ao arquivo universo: todos os outros usuários 41

42 Classificação: três campos para definir a proteção; Cada campo = coleção de bits que controlam o acesso, a cada bit está associado uma permissão; Exemplo: Unix três campos com três bits ( 0 = negado, 1 = permitido) r = acesso de leitura w = acesso de escrita x = acesso de execução Proteção 42

43 Windows XP Controle de Acesso 43 Sistemas Operacionais

44 Unix Exemplo de Acesso 44 Sistemas Operacionais

45 Alocação Contígua Gerência de Alocação de Espaço em Disco É armazenado cada arquivo como um bloco contíguo de dados no disco; Arquivo Bloco Extensão A. TXT 4 B. TXT 10 C. TXT Ex. Escrita em CD e DVD Fonte: Machado, F. B; Maia, L. P. Arquitetura de Sistema Operacionais, 3º ed., LTC,

46 Alocação Contígua Gerência de Alocação de Espaço em Disco Vantagem: desempenho é excelente porque o arquivo todo pode ser lido do disco numa única operação; Desvantagens: Não é viável a menos que o tamanho máximo do arquivo seja conhecido no momento que o arquivo é criado. Fragmentação externa. 46

47 Alocação Encadeada Gerência de Alocação de Espaço em Disco Organizado como um conjunto de blocos ligados logicamente no disco, independente de sua posição física. Usa um ponteiro no início do arquivo Fonte: TANENBAUM, A. Sistemas Operacionais Modernos. Rio de Janeiro: PHB, 2ª ed.,

48 Alocação Encadeada Gerência de Alocação de Espaço em Disco Vantagem: não há fragmentação externa já que todo bloco do disco pode ser usado; Desvantagem: Acesso aos arquivos é realizado seqüencialmente aos blocos dos arquivos. Isso exige muitas buscas e o acesso a disco deve acessar seqüencialmente cada setor do arquivo Fonte: TANENBAUM, A. Sistemas Operacionais Modernos. Rio de Janeiro: PHB, 2ª ed.,

49 Gerência de Alocação de Espaço em Disco Alocação Encadeada usando uma tabela na memória O ponteiro é colocado em uma tabela na memória ao invés de ser colocado no bloco (File Allocation Table); Ex. MS-DOS Fonte: TANENBAUM, A. Sistemas Operacionais Modernos. Rio de Janeiro: PHB, 2ª ed.,

50 Gerência de Alocação de Espaço em Disco Alocação Encadeada usando uma tabela na memória Vantagem: O encadeamento permanece na memória, assim pode ser seguido sem fazer qualquer referência ao disco; Desvantagem: Toda a tabela deve estar na memória Fonte: TANENBAUM, A. Sistemas Operacionais Modernos. Rio de Janeiro: PHB, 2ª ed.,

51 Alocação Indexada Gerência de Alocação de Espaço em Disco Cada arquivo tem seu próprio bloco de índice Bloco de índice Ex. Ext2fs e NTFS Fonte: Machado, F. B; Maia, L. P. Arquitetura de Sistema Operacionais, 3º ed., LTC,

52 Alocação Indexada Gerência de Alocação de Espaço em Disco Vantagem: O bloco de índice somente é carregado na memória quando o seu respectivo arquivo está aberto (em uso); Desvantagem: sofre desperdício de espaço, pois o ponteiro do bloco de índice é em geral maior do que o de alocação encadeada (parte do bloco). 52

53 Sistema de Arquivos Atributos de Arquivos Extensão de Arquivos Diretórios: Partições Estrutura: Níveis Sumário Gerência de Alocação de Espaço em Disco: Alocação contígua Alocação encadeada Alocação indexada 53

54 Leituras Sugeridas Silberschatz, A., Galvin, P. B. Gagne, G. Sistemas Operacionais com Java. 7º edição. Editora Campus, TANENBAUM, A. Sistemas Operacionais Modernos. Rio de Janeiro: Pearson, 3 ed

55 Acesse o link abaixo: Notas de Aula Obrigado!!! 55

56 Exercícios 1.Quais as formas de alocação de espaços em discos? Liste e explique as características (vantagens e problemas) de cada técnica. 2.Explique o objetivo das operações open e close aplicadas em arquivos. 3.Quais as vantagens e desvantagens de usar locks obrigatório em vez de locks de consulta, cujo uso dita a critério do usuário? 56