Arquitetura de Sistemas Operacionais – Machado/Maia Cap. 11 – Sistema de Arquivos1 Arquitetura...

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Cap. 11 – Sistema de Arquivos 1

Arquitetura de Sistemas Arquitetura de Sistemas OperacionaisOperacionais

• Técnico em Informática MBI1 e NBI2Técnico em Informática MBI1 e NBI2

Sistema de ArquivosSistema de Arquivos

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Sumário

• Introdução • Arquivos

– Organização de Arquivos – Métodos de Acesso – Operações de Entrada/Saída

• Atributos • Diretórios • Gerência de Espaço Livre em Disco • Gerência de Alocação de Espaço em Disco• Implementação de Caches

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Conceito de Arquivos

• Existem várias definições possíveis para o conceito de arquivos. Tanembaum afirma que, de forma simplificada, os arquivos podem ser entendidos como seqüências de bytes não interpretadas pelo sistema, dependendo-se de aplicações apropriadas para sua correta utilização (1995, p. 246). Deitel coloca que arquivos são uma coleção identificada de dados (1992, p. 389) enquanto Guimarães explica: “Um arquivo é um conjunto de informações relacionadas entre si e residentes no sistema de memória secundária: discos, fitas, cartões, etc.” (1986, p. 211)

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Introducão

• Um processo deve ser capaz de ler e gravar grande volume de dados em dispositivos como fitas e discos de forma permanente, além de poder compartilhá-los com outros processos

• A manipulação de arquivos é uma atividade freqüentemente realizada pelos usuários, devendo sempre ocorrer de maneira uniforme, independente dos diferentes dispositivos de armazenamento

• A maneira pela qual o sistema operacional estrutura e organiza estas informações é através da implementação de arquivos

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Arquivos

• Extensão de arquivos

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Organização de Arquivos

• Organização de Arquivos

Byte

(a ) O rg an iza çã o n ã o - estruturad a

A na C lá ud ia Teresa

Bea triz C a m ila D an iele Pa tr ícia Tina Va nessa

Isab ela M ar ia

Registro

(b ) O rgan izaçã o Ind exa da

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Métodos de Acesso

• Acesso direto

Registro0

Registro1

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Registron

D esloca m en to ded o is reg istro s

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Operações de Entrada/Saída

D ispo sitivo s

Ro tina s d e E/ S

A plicaçã o

• Operações de Entrada/Saída

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do/M

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Operações de Entrada/Saída

• Rotinas de E/S

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do/M

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Atributos

• Atributos de arquivos

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Diretórios

• Estrutura de diretórios de nível único

Iden tifica çãoPro teçã o

O rg an iza çãoLo ca l iza ção

A tr ib utos

D iretó rio s A rq u ivos

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Diretórios

• Estrutura de diretórios com dois níveis

U su á r io1

U su á r io2

U su á r io3

U su á r ion

A rq u ivo1

A rq u ivo2

A rq u ivo3

A rq u ivo1

A rq u ivo1

A rq u ivo2

A rq u ivo3

U ser F ile D irecto ry(U FD )

A rq u ivos

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Diretórios

• Estrutura de diretórios em árvore

U su á r io1

U su á r io2

U su á r io3

U su á r ion

D iretó rio Ra iz

D iretó rio1

D iretó rio2

A rq u ivo1

A rq u ivo1

D iretó rio1

A rq u ivo1

A rq u ivo2

A rq u ivo1

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A rq u ivo1

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Diretórios

• Path de um arquivo

D isco C :/

IvanIvanC a r lo s Pa u lo

Teste Pessoa l

Som a .exe

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Gerência de Espaço Livre em Disco

• A criação de arquivos em disco exige que o sistema operacional tenha o controle de quais áreas ou bloco do disco estão livres. Geralmente, há o uso de uma lista ou tabela para identificar blocos livres que poderão ser alocados a um novo arquivo. Neste caso, o espaço é removido da estrutura para que não seja reutilizado. Da mesma forma, quando um arquivo é eliminado, todos os seus blocos são liberados para a lista de espaços livres.

• A forma mais simples de implementar uma estrutura de espaços livres é através de uma tabela denominada mapa de bits ( bits map ). Cada entrada da tabela é associada a um bloco do disco representado por um bit, que pode assumir estado 0 ( livre ) ou 1 ( ocupado ). O grande problema dessa implementação é o grande consumo de memória, já que para cada bloco deve existir uma entrada na tabela.

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• Uma segunda maneira de realizar esse controle é com uma estrutura de lista encadeada de todos os blocos livres do disco. Para que isso seja possível, cada bloco deve armazenar um endereço do bloco seguinte. A partir do primeiro bloco, então, é possível o acesso seqüencial aos demais. Como desvantagens deste modelo, tem-se o consumo de espaço em disco para armazenamento do caminho de acesso e um algoritmo seqüencial de pesquisa na lista.

• Uma outra solução faz uma tabela de blocos livres, contendo o endereço inicial do bloco de cada segmento e o número de blocos contíguos livres que o seguem.

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• Alocação de espaço em disco

11 00 11 01

11 10 00 00

.

.

.

01 11 01 00

10 00 01 11

(a ) M ap a d e b its

In ício

(b ) Lista en ca dea da

Blo co C on ta do r

4 2

10 1

25 20

13 7

50 5

© Tab ela de b loco s l ivres

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Alocação Contígua

• Uma forma de organizar-se os arquivos fisicamente é através da armazenagem dos dados em áreas adjacentes dos dispositivos físicos, isto é, em setores consecutivos das unidades de disco. Sistemas de arquivos implementados desta forma são denominados de alocação contígua ou contínua e neles o armazenamento físico corresponde à organização lógica do arquivo, ou seja, o primeiro bloco de dados ocupa o primeiro setor alocado e assim sucessivamente.

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Gerência de Alocação de Espaço em Disco

• Alocação Contígua

0 1 2

3 4 5

6 7 8

9 10 11

12 13 14

A rq u ivo Blo co

A . TXT 4

B. TXT 10

C . TXT 13

3

1

2

Exten são

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• Desfragmentação

Á rea d e tra b a lho

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Alocação não contígua

• A outra forma possível de organizar-se fisicamente o armazenamento de arquivos é através da alocação não contígua. Neste esquema cada bloco do arquivo pode estar armazenado num setor distinto da unidade de disco, de forma que o armazenamento físico não corresponde à organização lógica do arquivo.

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Alocação não contígua

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• Alocação Indexada

0 1 2

3 4 5

6 7 8

9 10 11

12 13 14

Blo co d eínd ice

310117

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Proteção de Acesso

• Lista de Controle de Acesso

U su á r io : M a iaA cesso : Leitura + Escr ita

U su á r io : M ach a d oA cesso : Leitura

U su á r io : M a iaA cesso : Leitura + Escr ita + Execuçã o

U su á r io : M ach a d oA cesso : El im in a ção

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Implementação de Caches

• Acesso a disco é bastante lento• Buffer cache minimiza este problema• Quando uma operação é realizada o sistema verifica

se a informação se encontra no buffer cache– Em caso positivo, não é necessário o acesso ao disco– Caso o bloco requisitado não se encontre no cache, a

operação de E/S é realizada e o cache é atualizado

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