Sistemas de Arquivos. Sistemas de Arquivos - Exemplos

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1 1 Sistemas de Arquivos Prof. Clodoaldo Ap. Moraes Lima 1 FAT; NTFS; SunNFS; Ext2/3; Sistemas de Arquivos - Exemplos 2

2 2 FAT MS-DOS Limite de nome de arquivo (8.3) caracteres; Hierarquia de diretórios árvore começam no diretório raiz (root directory); Não existe o conceito de diferentes usuários, portanto, todos os arquivos podem ser acessados por todos os usuários; Cada entrada de diretório possui um tamanho fixo de 32 bytes; 3 FAT Entrada de diretório do MS-DOS Bytes Nome do arquivo Reservado Tamanho Extensão Atributos Número do 1º bloco Hora* 5 bits para segundos; 6 bits para minutos; 5 bits para horas * Defasagem de 2 segundos Tamanho de arquivo: 2Gb, apesar de se ter 32 bits; Data 5 bits para dia; 4 bits para mês; 7 bits para ano; Limite:

3 3 FAT FAT (File Allocation Table): contém o número dos blocos nos quais arquivos estão armazenados; FAT também pode ser utilizada para indicar os blocos livres do disco (MS-DOS); Entrada do Diretório fornece o primeiro bloco no qual o arquivo está armazenado; A B 5 FAT FAT surgiu por volta de 1976 idealizada por Bill Gates; Foi incorporada ao Sistema Operacional do Intel 8086; 6

4 4 FAT Se tivermos um endereço de bloco de 16 bits (2 bytes) podemos endereçar quantos blocos? Se tivermos um bloco de 60 GB, qual tem que ser o tamanho de cada bloco? Qual o tamanho da tabela de alocação? E se usuarmos 32 bits de endereço? 7 FAT Se fixarmos o tamanho do bloco de 1 Kb. Quantos blocos vai ter no disco de 60 Gb? Quantos bits de endereçamento serão necessários? Quantos registros haverá na tabela de alocação? Qual o tamanho em bytes da tabela? 8

5 5 FAT Três versões: FAT12, FAT16, FAT32 (VFAT), dependendo de quantos bits o endereço de disco contém; FAT12: Tamanho de bloco: 512bytes, 1K, 2 K e 4K; Tamanho de partição até 16 Mb; FAT16: Tamanho de bloco: 8k, 16k e 32k; Tamanho de partição até 2Gb; 9 FAT FAT32: iniciou-se com a segunda versão do Windows95 (Win95 OSR2 OEM Service Release 2) Tamanho de bloco: 4k, 8k, 16k e 32k; Tamanho de partição 2Tb; Controle de blocos livres é feito utilizando a FAT; Windows98 utiliza FAT32 e permite arquivos com nomes longos (mais de 8 caracteres); 10

6 6 FAT Entrada de diretório do Windows98 16 bits menos Significativos do bloco inicial Bloco inicial Bytes Nome do arquivo NT Tamanho Extensão Atributos * Defasagem de 10mseg. Sec* Hora e data de criação -NT compatibilidade com o NT Último acesso Hora e data da última modificação 16 bits mais Significativos do bloco inicial 11 FAT Para compatibilidade com o MS-DOS, o Windows98 armazena dois nomes de arquivos: Um com o número total de caracteres utilizados; E outro com o número permitido pelo MS- DOS uso do ~1, ~2...~n (dois últimos caracteres do nome do arquivo); Análise dos 6 primeiros caracteres: os caracteres não válidos para o MS-DOS (+, ; = [ ]) são trocados por _ (underscores); 12

7 7 FAT Todas as letras minúsculas são convertidas para letras maiúsculas; Espaços em branco são removidos; Ex.: Mega Corporation fourth results.doc MEGACO~1.DOC; Mega Corporation fifth results.doc MEGACO~2.DOC; 13 FAT Atributos Read-only Hidden System Volume Label Código Binário * Soma do código binário combina os atributos Diretório Archive Backup: Setado modificado; Valor zero copiado; 14

8 8 FAT Tamanho de bloco 512bytes FAT12 2Mb FAT16 - FAT32-1kb 4Mb - - 2kb 8Mb 128Mb - 4kb 16Mb 256Mb 1Tb 8kb - 512Mb 2Tb 16kb Mb (1Gb) 2Tb 32kb Mb (2Gb) 2Tb 15 NTFS Surgiu com o Windows NT (New Technology); NTFS foi idealizado com os seguintes objetivos: Flexibilidade; Adaptabilidade; Alta segurança; Alta confiabilidade; Possibilitar um ambiente de rede coorporativo; 16

9 9 NTFS NTFS não está baseado no Sistema de Arquivos FAT, mas se utiliza de algumas características do HPFS (High Performance File System - sistema de arquivos do OS/2); Características: Confiabilidade capacidade de se recuperar de problemas sem perda de dados; melhorar a tolerância a falhas; 17 NTFS Segurança e Controle de Acesso (DAC Discretionary Access Control): estabelece diretivas que permitem implementar controle de acesso em arquivos e diretórios, inexistente no Sistema de Arquivos FAT; Tamanho de partições: projetado para permitir maiores partições no disco; Armazenamento mais eficiente estrutura de armazenamento; Nome de arquivo: até 255 caracteres; Sistema de caracteres: UNICODE; Caminho: até caracteres; 18

10 10 NTFS Suporta Case Sensitive, no entanto, essa característica é perdida devido ao Win32 API; Suporte à rede; Compressão de arquivos; Tamanho de blocos 512bytes até 64Kb; Windows2000 4Kb; Baseado no conceito de transações tarefa é cumprida até o fim ou é abortada; Links simbólicos; 19 NTFS Cada arquivo é um conjunto de atributos, cada qual representado por um stream de bytes; Sistema de arquivos hierárquico diretório de trabalho corrente, caminho relativo e absoluto; Master File Table (MFT): armazena a estrutura do NTFS e as informações sobre arquivos/diretórios; Bloco de boot tem o endereço do MFT; 20

11 11 NTFS MFT é uma seqüência linear de registros de 1kb é um arquivo; Cada registro descreve um arquivo ou diretório informações como nome, lista de endereço onde seus blocos estão alocados; Até2 48 registros; 21 NTFS - MFT 1Kb Primeiro arquivo do usuário Reservado $Extend Extentions: quotas, etc. $Upcase Case conversion table $Secure Security descriptors for all files $BadClus List of bad blocks $Boot Bootstrap loader $Bitmap $ Bitmap of blocks used Root Directory $AttrDef Attribute definitions $Volume Volume file $LogFIle Log file to recovery $MftMirr Mirror copy of MFT $Mft Master File Table Metadados 22

12 12 NTFS - MFT Exemplo de um Registro MFT 23 Estrutura do Sistema de Arquivos Um arquivo que requer três registros MFT para armazenar todas as suas séries 24

13 13 Estrutura do Sistema de Arquivos O registro da MFT para um pequeno diretório 25 Busca por Nomes de Arquivos Passos na busca do arquivo C:\maria\web.htm 26

14 14 Compressão de Arquivos a)exemplo de arquivo com 48 blocos sendo comprimido para 32 blocos b) O registro da MFT para o arquivo depois da compresão 27 FAT Características FAT FAT32 NTFS Sistemas DOS, Win9x, NT Win98, NT4, NT5 NT4, NT5 Partição 2Gb 2Tb Ilimitada Número de arquivos Ilimitado Ilimitado Atributos Conjunto básico Conjunto básico Vários Segurança Não Não Sim Compressão Não Não Sim 28

15 15 Sun NFS Arquitetura Protocolos Implementação Proteção de arquivos Transparência Escalabilidade 29 Sun NFS Criado pela Sun em 1985; NFS é um sistema de arquivos distribuído que permite aos usuários (clientes) acessar arquivos e diretórios localizados em computadores remotos (servidores) e tratá-los como se fossem locais; É possível usar comandos convencionais para criar, remover, ler (...) e manipular arquivos e diretórios remotos; 30

16 16 Sun NFS NFS pode ser utilizado em uma grande variedade de tipos de máquinas, sistemas operacionais e arquiteturas de rede. Essa independência é alcançada utilizando-se Remote Procedure Call (RPC) Nível de transporte: UDP/IP; Transparência; 31 Sun NFS: Arquitetura Na maioria dos casos, clientes e servidores estão localizados em uma mesma rede local; Cada servidor exporta um ou mais de seus diretórios; nfs.server; Lista de diretórios que um servidor exporta: mantida no arquivo /etc/dfs/dfstab; Clientes montam os diretórios exportados; nfs.client; Lista de diretório que um cliente monta (boot): mantida no arquivo /etc/vfstab; 32

17 17 Sun NFS: Arquitetura Cliente 1 Cliente 2 / / /bin /usr /bin /mnt /usr/ast mount /bin /proj1 /projects /proj2 Servidor 1 Servidor 2 33 Sun NFS: Protocolos Heterogeneidade interface entre clientes e servidores bem definida; Dois Protocolos: Protocolo de Montagem dos arquivos; Protocolo para Acesso a Diretórios e a Arquivos; 34

18 18 Sun NFS: Protocolos Protocolo de Montagem dos arquivos Cliente Servidor 1- Nome de caminho, solicitação permissão 2 - Autorização para manipulação de arquivo (tipo do sistema de arquivo, disco onde está, número do nó-i do diretório, informações segurança) 35 Sun NFS: Protocolos Protocolo de Montagem dos arquivos Montagem automática durante o boot da máquina cliente; Automontagem: Nenhum diretório remoto é montado durante o boot; Montagem dinâmica de um sistema de arquivos; 36

19 19 Sun NFS: Protocolos Protocolo para Acesso a Diretórios e a Arquivos: Clientes enviam mensagens aos servidores solicitando autorização para ler ou escrever em arquivos; Não guarda informações sobre o estado dos arquivos abertos (stateless); 37 Sun NFS: Implementação V-node 38

20 20 Sun NFS: Proteção de Arquivos Utiliza o mecanismo de proteção do UNIX: bits rwx; Utilização de sistema de criptografia: validação do cliente e do servidor a cada pedido e resposta; Chaves usadas na autenticação: mantidas pelo NIS (Network Information Service); 39 Sun NFS: Transparência Transparência de Localização: Arquivos remotos podem estar associados a diferentes caminhos em diferentes clientes; 40

21 21 Sun NFS: Escalabilidade Projetado originalmente para permitir cada servidor suportar 5-10 clientes; As versões mais novas não possuem um limite; Número de clientes que podem acessar simultaneamente um arquivo compartilhado é limitado; 41 Sun NFS Outras implementações do NFS: WebNFS; Solstice Network Client 3.2; MS Windows 3.x, Win95, Win98 e Windows NT; 42

22 22 O Sistema de Arquivos do Unix Alguns diretórios importantes encontrados na maioria dos sistemas Unix 43 Sistema de Arquivos do Unix (a) Antes da ligação (b) Depois da ligação 44

23 23 O Sistema de Arquivos do Unix (a) Sistemas de arquivos separados (b) Após a montagem 45 Sistema de Arquivos do Unix Esquema do disco em sistemas Unix clássicos 46

24 24 O Sistema de Arquivos do UNIX V7 Uma entrada de diretório do UNIX V7 47 Sistema de Arquivos do UNIX V7 Um i-node UNIX 48

25 25 O Sistema de Arquivos do UNIX V7 Os passos para localizar /usr/ast/mbox 49 O sistema de Arquivos rápido de Berkeley Primeira Inovação Aumento do nome de arquivo para 255 caracteres; Segunda Inovação Divisão do disco em chamados grupos de cilindros Cada um com seu proprio superbloco, i-nodes e blocos de dados A idéia Manter próximos os blocos de dados e o i-node de um arquivo a fim de evitar longos posicionamentos Terceira Inovação Introdução de dois tamanhos de blocos 50

26 26 Ext2 Tamanho de blocos: 1kb, 2kb, 4kb; Estrutura hierárquica de diretórios; Assim como o UNIX, o LINUX também se utiliza da estrutura de i-nodes vinculada a cada arquivo: informações de proteção e uso do arquivo; Informações de ponteiros para os blocos de dados que formam o arquivo; 12 endereços diretos e três endereços indiretos Unix 10 endereços diretos e três endereços indiretos 51 Ext2 52

27 27 Ext2 Um arquivo de diretório é composto por uma série de registros (entradas); Cada entradas possui, entre outros campos, o número do i-node correspondente aquela entrada e o nome do arquivo; 53 Ext2 Esquema do sistema de arquivos Ext2 do Linux 54

28 28 Ext2 Tarefa: Encontrar /usr/ant/texto.txt Diretório Raiz * bin 6 usr 7 tmp Encontra /usr com i-node 6 I-node 6 modo tamanho hora 132 Bloco 132 tem o sub-diretório /usr Bloco 406 O arquivo texto.txt está no i-node 72 Bloco dick 26 ana 20 ant /usr/ant está no i-node notas 66 teste.c 72 texto.txt I-node 26 modo tamanho hora 406 Bloco 406 tem o sub-diretório /usr/ant 55 Ext2 Controle de blocos livres mapa de bits; Tanto o mapa de bits quanto a tabela de i-nodes são armazenados no disco; Diversos são os sistemas de arquivos utilizados pelo LINUX: Ext2; Ext3; CFS, TCFS, VFS, GFV; ReiserFS; JFS (IBM); Primeiro FS do LINUX foi baseado no Minix (SO desenvolvido por Tanenbaum para ensinar Sistemas Operacionais) 56

29 29 Ext2 Virtual File System (camada): facilita a adição de novos sistemas de arquivos no kernel do LINUX; ExtFS (Extended File System ): Tamanho de partição: 2Gb; Tamanho de arquivo: 2Gb; Nome de arquivo: até 255 caracteres; Baixa performance devido às listas encadeadas de blocos livres e i-nodes Fragmentação; 57 Ext2 Processo do Usuário Chamadas de sistema VFS possui informações dos sistemas de arquivos; Interface VFS ExtFS Ext2FS Ext3FS Kernel do Linux Cache Drivers Controlador Hardware 58

30 30 Ext2 Ext2FS (Second Extended File System ); Até Red Hat 7.2; Ext3FS (Third Extended File System); RedHat7.3; Conectiva 8; 59 Ext2 Características: 5% dos blocos são armazenados para o administrador do sistema (root); Permite atualizações síncronos; (writethrough do MS-DOS); Links simbólicos; Controla o status do sistema de arquivos utilizando um Superbloco; Uso intensivo de cache; 60

31 31 Ext2 Pré-alocação de blocos contíguos (adjacentes) 8 blocos; Partições são divididas em grupos de blocos, cada qual com um Superbloco, mapa de bits, i-nodes; Confiabilidade; Desempenho acessos; Limite de tamanho de arquivo: 2Gb; Limite de tamanho de partição: 4Tb; Limite de tamanho de nome de arquivos: 255 caracteres (podendo ser estendido para 1012); Tipos de arquivos: arquivos comuns, diretórios, arquivos de dispositivos de E/S, links simbólicos; 61 Ext2 Diretórios são gerenciados como listas ligadas com entradas de tamanho variado; Cada entrada possui quatro campos: Número do i-node; Tamanho da entrada (Tent); Tamanho do nome (Tnome); Nome; I-node Tent Tnome Nome arquivo Entrada de um diretório Ext2FS i file1 i Long_file_name 62

32 32 Ext2 Ext2FS possui uma baixa tolerância à falhas; Ext3: principal diferença journaling; O sistema mantém logs dos eventos; permitindo uma recuperação rápida; 63 Ext2 X Ext3 Característica Ext2FS Ext3FS Estabilidade Excelente Boa Ferramentas para recuperar arquivos removidos Tempo de reboot após um problema Perda de dados em caso de problemas Sim Longo Sim Sim Curto (rápido) Não 64