Gerenciamento de Arquivos. Sistema de arquivos Dispositivos com tecnologias variadas CD-ROM, DAT,...
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Gerenciamento de ArquivosGerenciamento de Arquivos
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Gerenciamento de ArquivosGerenciamento de Arquivos
Sistema de arquivos
• Dispositivos com tecnologias variadas• CD-ROM, DAT, HD, Floppy, ZIP• SCSI, IDE, ATAPI, ...• sistemas de arquivos em rede
• Interfaces de acesso uniforme• visão homogênea dos dispositivos• transparência para as aplicações
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Gerenciamento de ArquivosGerenciamento de Arquivos
Arquit. da gerência de arquivos
Sistema de arquivos lógicos
Organização de arquivos
Sistema de arquivos básico
Controle de entrada/saída
Dispositivos físicos
API de acesso a arquivos
aplicaçãoaplicação
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Gerenciamento de ArquivosGerenciamento de Arquivos
Dispositivos e drivers
• Dispositivo físico:• armazenamento dos dados• estruturados em blocos de bytes (~ 512 bytes)• CD-ROM, hard disk, floppy, fitas
• Driver de dispositivo:• acesso em baixo nível aos dispositivos• gerencia interrupções e DMA• mapeia acessos a trilhas/setores/cabeças em
operações sobre portas de E/S do dispositivo
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Gerenciamento de ArquivosGerenciamento de Arquivos
Visão dos dispositivos
0 1 2 3 4 5 6 7
• Visão física: cabeças, trilhas, setores• Visão lógica: vetor de blocos idênticos
• Função do sistema de arquivos básico
Visão física Visão lógica
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Gerenciamento de ArquivosGerenciamento de Arquivos
Sistema de arquivos básico
• Aciona comandos de leitura/escritanos drivers de dispositivos.
• Mostra o dispositivo como um vetorde blocos de mesmo tamanho.
• Blocos lógicos entre 512 bytes e 8 Kbytes
• Pode efetuar buffering e caching:• Buffering: otimizar acessos reais em escrita.• Caching: otimizar acessos reais em leitura.
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Gerenciamento de ArquivosGerenciamento de Arquivos
Buffering & caching
buffer cache
disco disco
processo processo
kernel
buffering caching
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Gerenciamento de ArquivosGerenciamento de Arquivos
Escalonamento de disco
• Acesso ao disco por vários processos– processos acessam áreas distintas– o disco é um dispositivo LENTO– desempenho de I/O pode ser péssimo
• Acesso ao disco deve ser escalonado– escolher ordem de atendimento dos pedidos de
acesso aos discos– buscar o melhor desempenho
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Gerenciamento de ArquivosGerenciamento de Arquivos
Exemplos de escalonamento
bomruim
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Gerenciamento de ArquivosGerenciamento de Arquivos
Organização de arquivos
• Problema:• Como armazenar diversos arquivos dentro
de um único vetor de blocos lógicos ?• Cada arquivo também deve ser visto como
uma seqüência de blocos lógicos.
• Restrições:• flexibilidade de alocação• rapidez de acesso (seqüencial e aleatório)• eficiência no uso do espaço real em disco
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Gerenciamento de ArquivosGerenciamento de Arquivos
Organização de arquivos
0 1 2 3 4 5 6 7
?
readme.txt
0 1 2
prova.doc
0 1 2 3 4 5 6 7
aula.pdf
0 1 2 3 4
Dispositivofísico
Vetor deblocoslógicos
Arquivos
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Gerenciamento de ArquivosGerenciamento de Arquivos
Técnicas de alocação
• Formas de mapear os blocos dos arquivos em posições no vetor de blocos lógicos
• Alocação contígua de arquivos• Alocação em listas encadeadas
– listas diretas ou listas indexadas• Alocação indexada
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Gerenciamento de ArquivosGerenciamento de Arquivos
Alocação contígua de arquivos
• Cada arquivo ocupa um conjunto de blocos lógicos consecutivos.
• Não há blocos vazios entre os blocos de um mesmo arquivo.
• Para cada arquivo, o diretório informa seu bloco de início e o no de blocos.
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Gerenciamento de ArquivosGerenciamento de Arquivos
Alocação contígua
readme.txt 010 003prova.doc 002 008Aula.pdf 017 005
arquivo inicio #blocos
0 1 2 3 4 5 6 7
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Gerenciamento de ArquivosGerenciamento de Arquivos
Alocação contígua
• Vantagens:– Simplicidade de implementação.– Rapidez de acesso aos arquivos:
• todos os blocos do arquivo estão próximos.– Facilidade de acesso seqüencial e aleatório:
• sequencial: basta ler os blocos consecutivos• aleatório: posições internas podem ser facilmente
calculadas a partir da posição do bloco inicial.
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Gerenciamento de ArquivosGerenciamento de Arquivos
Alocação contígua
• Desvantagens:– Pouca flexibilidade no crescimento dos
arquivos.– Tamanho máximo do arquivo deve ser
conhecido no momento da alocação.– Ocorrência de fragmentação externa.– Necessidade de desfragmentação periódica.
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Gerenciamento de ArquivosGerenciamento de Arquivos
Fragmentação externa
• Espaços vazios entre blocos de arquivos.• À medida que o sistema evolui:
– arquivos são criados e removidos– mais espaços vazios aparecem.– os espaços vazios ficam menores.
Alocar novos arquivos torna-se difícil !
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Gerenciamento de ArquivosGerenciamento de Arquivos
Evolução da fragmentação
t
aloca aloca
aloca aloca
Agora, como alocar um arquivo com 4 blocos ?
remove remove
remove
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Gerenciamento de ArquivosGerenciamento de Arquivos
Desfragmentação
• Mover arquivos para reagrupar os fragmentos em espaços maiores
• Visa permitir alocar arquivos maiores• Deve ser feita periodicamente• Uso de algoritmos para minimizar
movimentação de arquivos (rapidez)
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Gerenciamento de ArquivosGerenciamento de Arquivos
Estratégias de desfragmentação
Situação inicial
Moveu 6 blocos
Moveu 4 blocos
Moveu 2 blocos
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Gerenciamento de ArquivosGerenciamento de Arquivos
Estratégias de alocação
• First-fit: usar o primeiro espaço livre• maior rapidez de alocação• pouca preocupação com fragmentos
• Best-fit: usar o menor espaço livre• usar o melhor possível os espaços em disco• fragmentos residuais são pequenos
• Worst-fit: usar o maior espaço livre• fragmentos residuais são maiores (mais úteis)
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Gerenciamento de ArquivosGerenciamento de Arquivos
Alocando um arquivo c/ 2 blocos
Worst-fit
Best-fit
First-fit
Situação inicial
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Gerenciamento de ArquivosGerenciamento de Arquivos
Alocação encadeada
• Os arquivos são armazenados como listas de blocos
• cada bloco aponta para o próximo• diretório aponta para o bloco inicial• os blocos podem estar espalhados
• Base de funcionamento da FAT– sistema de arquivos Windows
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Gerenciamento de ArquivosGerenciamento de Arquivos
Alocação encadeada
readme.txt 010 003prova.doc 002 008Aula.pdf 017 005
arquivo inicio #blocos
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Gerenciamento de ArquivosGerenciamento de Arquivos
Alocação encadeada
• Vantagens• não há fragmentação externa• todo o disco pode ser usado• tamanho dos arquivos pode ser mudado facilmente
• Desvantagens• acesso aleatório é mais demorado• maior fragilidade em caso de problemas
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Gerenciamento de ArquivosGerenciamento de Arquivos
Alocação indexada
• Baseada em tabelas de blocos– um bloco especial guarda a tabela de blocos do
arquivo: index-node (i-node)– diretório aponta para os i-nodes– blocos podem estar espalhados
• Base de funcionamento do UNIX
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Gerenciamento de ArquivosGerenciamento de Arquivos
Alocação indexada
readme.txt 010 003prova.doc 002 008Aula.pdf 017 005
arquivo inicio #blocos
I-node
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Gerenciamento de ArquivosGerenciamento de Arquivos
Alocação indexada
• Vantagens• não há fragmentação externa• todo o disco pode ser usado• acesso rápido• robustez em caso de problemas
• Desvantagens• gerência mais complexa• espaço em disco perdido com os i-nodes
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Gerenciamento de ArquivosGerenciamento de Arquivos
Fragmentação interna
• Arquivos são alocados em blocos:• Os blocos têm tamanho fixo.• Entre 512 bytes e 8 Kbytes.• Um bloco não pode ser alocado parcialmente.
• Se usarmos blocos de 4096 bytes:• um arquivo de 5700 bytes ocupará 2 blocos.• 2492 bytes serão perdidos no último bloco.
• Em média, perde-se 1/2 bloco por arquivo.
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Gerenciamento de ArquivosGerenciamento de Arquivos
Tamanho dos blocos
• A escolha do tamanho dos blocos é importante para a eficiência do sistema.
• Blocos pequenos:• menor perda por fragmentação interna• mais blocos por arquivo: maior custo de gerência
• Blocos grandes:• maior perda por fragmentação interna• menos blocos por arquivo: menor custo de gerência