Laboratório de Hardware Prof. Marcel Santos Responsável por implementar em software um recurso que não existe no hardware. O hardware oferece simplesmente um grande conjunto de bytes contíguos, e a tarefa principal do sistema de arquivos é implementar a abstração de arquivo em cima do dispositivo de armazenamento. 2 A forma como a controladora do HD vê os dados armazenados nos discos magnéticos pode ser bem diferente da forma como vê o sistema operacional. Enquanto a controladora enxerga as trilhas, setores e cilindros e se esforça para localizá-los nos discos magnéticos, usando as marcações servo, o sistema operacional enxerga apenas uma longa lista de endereços, chamados de clusters ou blocos. 3 Quando ele precisa de um determinado arquivo, ele não se preocupa em tentar descobrir em qual trilha e setor ele está armazenado. Ele apenas envia o endereço do bloco que deve ser lido e a controladora se encarrega do restante. O fato da controladora "esconder" as informações sobre a organização interna dos discos, é o que faz com que os sistemas operacionais sejam compatíveis com todos os HDs do mercado. 4 Formatação Física Formatação Lógica Os discos são divididos em trilhas, setores e cilindros e são gravadas as marcações servo, que permitem que a placa lógica posicione corretamente as cabeças de leitura. Nos HDs atuais, a formatação física dos discos é feita em fábrica com o uso de máquinas especiais. 5 Adiciona as estruturas utilizadas pelo sistema operacional. Ao contrário da formatação física, ela é feita via software e pode ser refeita diversas vezes. Assim, o Sistema de arquivos pode ser definido como o conjunto de estruturas lógicas que permitem ao sistema operacional organizar e otimizar o acesso ao HD. Existem diversos sistemas de arquivos diferentes, como o FAT16, FAT32, NTFS,, ReiserFS, etc. 6 1
Formatação Lógica A formatação do HD é feita em duas etapas: - Particionamento. - Em seguida, a formatação propriamente dita, onde as estruturas do sistema de arquivos são finalmente gravadas na partição. 7 Particionamento Uma partição é uma divisão de um disco rígido. Há três tipos de partições: primárias, estendidas e lógicas. Um disco pode ter até 4 partições primárias, porém apenas 1 ativa e no máximo 1 estendida. Essa partição estendida pode ser dividida em até 12 partições lógicas no caso do Linux. Dependendo do sistema, uma partição estendida pode abrigar até 255 partições lógicas. 8 Particionamento A: e B: são reservados para os drives de disquete. Programa de Particionamento C: é reservado para a partição primária do primeiro disco rígido ligado à controladora. As demais letras para as outras partições e dispositivos de armazenamento. 9 10 Particionamento GPT No Linux elas são nomeadas com o nome do diretório que contém + dispositivo (HD) + o número da partição. Para partições primárias, o número da partição vai de 1 a 4. Para partições lógicas, o número da partição vai de 5 a 12. Para HDs SATA, o dispositivo (HD) é nomeado com SD. Para HDs IDE, o dispositivo (HD) é nomeado com HD. - IDE primária, master: /dev/hda - IDE primária, slave: /dev/hdb - IDE secundária, master: /dev/hdc - IDE secundária, slave: /dev/hdd 11 A estrutura GPT (Tabela de Partição Guid) é um novo layout relativo a particionamento de discos rígidos. A GPT traz muitos benefícios comparado ao tradicional MBR (Master boot record), destacando-se: Suporte para partições acima dos 2 TB; Melhor estrutura/organização ao nível das partições; Possui mecanismos para detecção da dados e partições corrompidas; 12 2
GPT GPT Aumenta a probabilidade de recuperação de dados, na existência de setores do disco danificados, pois o cabeçalho secundário (Secondary GPT Header) funciona como backup da tabela de partições. O campo Protective MBR funciona ao estilo do MBR, mas com suporte para 64 bits. Esta área funciona como como mecanismo de retro compatibilidade. O modelo GPT é atualmente suportado pela maioria dos sistemas operacionais. No caso do windows, apenas as versões de 64 bits suportam este esquema de partições. O GTP traz melhorias significativas comparado ao tradicional MBR e é o único modelo de partições suportado quando ativada a interface UEFI. 13 14 FAT16 e FAT32 Um sistema de arquivos é um conjunto de estruturas lógicas e de rotinas, que permitem ao sistema operacional controlar o acesso ao disco rígido. Diferentes sistemas operacionais usam diferentes sistemas de arquivos: MS-DOS, Win95 e Win98: FAT12, FAT16, FAT32; Win2000, WinNT, WinXP e WinVista: NTFS; WinSeven: WINFS; Linux: Ext2, Ext3. 15 No sistema FAT, o HD é dividido em clusters, que são a menor parcela do HD. Um grande arquivo pode ser dividido em vários clusters, mas não é possível que dois arquivos pequenos sejam gravados dentro do mesmo cluster. Cada cluster pode ser composto por de 1 a 64 setores (ou seja, de 512 bytes a 32 KB), de acordo com o tamanho da partição. 16 FAT16 e FAT32 A principal limitação é que, como o nome sugere, o FAT16 usa endereços de 16 bits para endereçar os clusters dentro da partição, permitindo um máximo de 65536 clusters, que não podem ser maiores que 32 KB. Isso resulta num limite de 2 GB para as partições criadas. FAT16 e FAT32 A grande limitação do sistema FAT32 está relacionada ao tamanho máximo dos arquivos. Mesmo usando uma grande partição, não é possível armazenar arquivos com mais de 4 GB. A principal evolução foi o uso de endereços de 32 bits para o endereçamento dos clusters, o que possibilita a criação de partições muito maiores, de até 2 terabytes. 17 18 3
Permitem ao sistema operacional organizar os dados gravados e acessá-los com a maior velocidade e confiabilidade possíveis. Setor de boot: também chamado de MBR ou trilha zero, contém dois componentes essenciais. O primeiro é um bootstrap, o software responsável por iniciar o carregamento do sistema operacional. Tipicamente, é utilizado um gerenciador de boot, como o NTLDR ou GRUB. 19 O bootstrap ocupa os primeiros 446 bytes do MBR. Os 66 bytes restantes são usados para armazenar a tabela de partições, que guarda informações sobre onde cada partição começa e termina. Depois que o disco rígido foi formatado e dividido em clusters. Alguns setores são reservados para guardar a FAT ("file allocation table" ou "tabela de alocação de arquivos"). 20 Diretório raiz: ocupa mais alguns setores no disco, logo após os setores ocupados pela FAT. Cada arquivo ou diretório do disco rígido possui uma entrada no diretório raiz, com o nome do arquivo, a extensão, a data de quando foi criado ou quando foi feita a última modificação, o tamanho em bytes e o número do cluster onde o arquivo começa. 21 Um arquivo pequeno pode ser armazenado em um único cluster, enquanto um arquivo grande é "quebrado" e armazenado ocupando vários clusters. Ao gravar um novo arquivo no disco, o sistema simplesmente procura o primeiro setor livre, continuando a gravá-lo nos setores livres seguintes. (Pode surgir o problema de fragmentação). 22 Cada arquivo recebe também uma extensão de até três caracteres, como "EXE", "DOC", etc. Através da extensão, o sistema operacional sabe que um determinado arquivo deve ser executado ou aberto usando o Word, por exemplo. O sistema FAT possuía uma grave limitação quanto ao tamanho dos nomes de arquivos, que não podiam ter mais que 11 caracteres, sendo 8 para o nome do arquivo e mais 3 para a extensão. Para contornar esse problema foi criado o VFAT (Virtual FAT). 23 NTFS O NTFS incorporou desde o início a capacidade para endereçar os clusters usando endereços de 64 bits. É superior ao sistema FAT, na tolerância a falhas, mantendo um log de todas as operações realizadas LFS (Log File Service). Outro recurso interessante é a possibilidade de encriptar os dados gravados, de forma a impedir que sejam acessados por pessoas não autorizadas, mesmo caso o HD seja removido e instalado em outro micro. 24 4
NTFS Também é possível compactar pastas e arquivos individuais, economizando espaço em disco. A MFT (Master File Table), que substitui a FAT, armazenando as localizações de todos os arquivos e diretórios. O é atualmente o sistema de arquivos mais utilizado no mundo Linux. Usado por padrão pela grande maioria das distribuições. Pode trabalhar com partições de até 32TB. Tudo começou com o sistema EXT (Extended File System), introduzido em 1992. Permissões de acesso 25 A principal característica do é o uso do recurso de journaling, onde o sistema de arquivos mantém um journal (diário) das alterações realizadas, um recurso similar ao LFS usado no NTFS. 26 Todo arquivo no Linux possui permissão de acesso. Há 3 níveis de segurança de acesso: Leitura Arquivos e diretórios podem ser exibidos/abertos Escrita Arquivos e diretórios podem ser editados ou apagados Execução Arquivos executáveis podem ser executados Diretórios podem ser acessados O super usuário root tem acesso a qualquer arquivo no sistema. 27 Cada arquivo/diretório tem definido seu nível de segurança para 3 grupos: - Usuário Aplica-se ao usuário que é dono do arquivo - Grupo Aplica-se ao grupo que está associado ao arquivo - Outros Aplica-se a todos os outros usuários 28 Atividade 03 Pesquisar as características do novo modelo de particionamento de disco rígido GPT. Exemplo: Apresentar as diferenças entre MBR e GPT. Informações Importantes. 1. Um trabalho impresso por grupo; 2. Data de entrega: 10/03/2014 Próxima aula. 29 30 5
Referências MORIMOTO, C. E.. Hardware, O Guia Definitivo. 3ª ed. Porto Alegre: Sul Editores, 2007. 31 6