Sistema de Arquivoshostel.ufabc.edu.br › ~marcelo.nascimento › BC1518... · Arquivos Extensão...

Sistemas Operacionais

1

BC 1518 - Sistemas Operacionais

Sistema de ArquivosSistema de Arquivos(aula 10 - Parte1)

Prof. Marcelo Z. do NascimentoProf. Marcelo Z. do [email protected]


2

Roteiro

• Introdução

• Arquivos

• Atributos de Arquivos

• Extensão de Arquivos

• Operações de Arquivos

• Diretórios

• Gerência de Alocação de Espaço em Disco

• Leituras Sugeridas

• Exercícios


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 éperdida?

• Quando múltiplos processos precisam acessar àinformação?

• 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).


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 égravado no armazenamento secundário:

– Criada pelo processo;

– Espaço de endereçamento =>usado para modelar o disco.


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.


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.


7

Arquivos

Nomeação de arquivos

• Arquivos é um mecanismo de abstração:– 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 &.


8

Tipos de Arquivos

Exemplos


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


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.


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.


12

Arquivos

Extensão de arquivos - Exemplos

Arquivo Portable Document FormatFile.pdf

Arquivo textoFile.txt

Arquivo de áudio padrão MPEG (Moving Picture Expert Group – padrão de compressão de vídeo digital e áudio)

File.mp3

Arquivo de “ajuda”File.hlp

Formato de imagens gráficas (Graphical Interchange Format)

File.gif

Arquivo de backupFile.bak

SignificadoExtensão


13

• 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)?

Arquivos - Classificação


14

Operações de Arquivos

Dispositivos

Rotinas de E/ S

Aplicação

Fonte: Machado, F. B; Maia, L. P. Arquitetura de Sistema Operacionais, 3º ed., LTC, 2003

• O sistema de arquivodisponibiliza um conjunto de rotinas que permite às aplicações realizarem operações de E/S;

• O SO pode fornecer chamadas ao sistema para criar, ler, excluir, etc.


15

Operações sobre Arquivos

• Criar:

– 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


16

Operações sobre Arquivos

• Apagar:

– 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.


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 éfechado

– 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


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


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;


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

Byte

(a) Organização não-estruturada

Ana Cláudia Teresa

Beatriz Camila Daniele Patrícia Tina Vanessa

Isabela Maria

Registro

(b) Organização Indexada



21

• Arquivos regulares � são aqueles que contêm informações dos usuários;

• Exemplo: UNIX e Windows;

• 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;

Tipos de arquivos


22

Exemplo: Linux

$ ls $ ls --l /home/davidsonl /home/davidson

$ $ --rwxrrwxr----rr---- 1 davidson davidson 1 davidson davidson 66546654 20052005--0303--07 05:27 07 05:27 aptapt--listlist

• 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).


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 éuma 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.


24

Tabela de conteúdo do volume:

• Cada partição possui informações sobre os

arquivos armazenados nela.

• 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.



25



26

Disco

MBR

Tabela de partição Partições

BootDiretório

RaizGerenc. de Espaço livre

Super blocoArquivosDiretóriosI-nodes

Contém parâmetros (tipo do SA, número de blocos) sobre o sistema de arquivos e é carregado na memória



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:– 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.

Estrutura de Diretório: Conceitos


28

– Create;

– Delete;

– Opendir;

– Closedir;

– Readdir;

– Rename;

Exemplos de operações com diretório (UNIX):



29

• Estrutura de diretórios de nível único

IdentificaçãoProteção

OrganizaçãoLocalizaçãoAtributos

Diretórios Arquivos

• Apenas um diretório contém todos os arquivos � diretório raiz (root directory);

• Desvantagem:

• Sistemas com vários usuários podem criar arquivos como mesmo nome;




30

• Estrutura de diretórios com dois níveis

Usuário1

Usuário2

Usuário3

Usuárion

Arquivo1

Arquivo2

Arquivo3

Arquivo1

Arquivo1

Arquivo2

Arquivo3

User File Directory(UFD)

Arquivos

•Cada usuário possui um diretório privado;

•Sem conflitos de nomes de arquivos;




31

• Estrutura de diretórios hierárquicos:

Usuário1

Usuário2

Usuário3

Usuárion

Diretório Raiz

Diretório1

Diretório2

Arquivo1

Arquivo1

Diretório1

Arquivo1

Arquivo2

Arquivo1

Arquivo2

Arquivo1

Arquivo1

Arquivo2

•Usuários podem criar diversos

diretórios que agrupam

arquivos;




32

• Caminho de um arquivo

Disco C:/

IvanIvanCarlos Paulo

Teste Pessoal

Soma.exe


O método requer técnicas pelas quais os arquivos são acessados;



33

• Dois diferentes maneiras:– Caminho absoluto (absolute path name);

– Caminho relativo (relative path name);

• 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.

Diretórios


34

• 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

Diretórios


35

Diretório em Grafo Acíclico

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


36

� 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 do link: 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.

Diretório em Grafo Acíclico


37

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

(a) Sistema Existente. (b) Partição não montada

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


39

� Contra� danos físicos (confiabilidade)

� acessos impróprios (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

Proteção


40

� Lista de acesso pode ser muito grande

dependendo da forma de implementação;

� Redução do tamanho da lista: � 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

Proteção


41

� 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

Windows XP Controle de Acesso


43

Unix – Exemplo de Acesso


44

Gerência de Alocação de Espaço em Disco

• Alocação Contígua

0 1 2

3 4 5

6 7 8

9 10 11

12 13 14

Arquivo Bloco

A. TXT 4

B. TXT 10

C. TXT 13

3

1

2

Extensão

ÉÉ armazenado cada arquivo como um bloco contarmazenado cada arquivo como um bloco contííguo guo de dados no disco;de dados no disco;


Ex. Escrita em CD e DVD


45


• Alocação Contígua

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


• Alocação Encadeada

Organizado como um conjunto de blocos ligados Organizado como um conjunto de blocos ligados logicamente no disco, independente de sua posilogicamente no disco, independente de sua posiçção ão ffíísica. sica. UsaUsa um ponteiro no inum ponteiro no iníício do arquivocio do arquivo

Fonte: TANENBAUM, A. Sistemas Operacionais Modernos. Rio de Janeiro: PHB, 2ª ed., 2003.


47


• Alocação Encadeada

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



48


• Alocação Encadeada usando uma tabela na memória

O ponteiro O ponteiro éé colocado em uma tabela na memcolocado em uma tabela na memóória ria ao invao invéés de ser colocado no bloco (s de ser colocado no bloco (File Allocation File Allocation TableTable););


Ex. MS-DOS


49


• 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



50


• Alocação Indexada

0 1 2

3 4 5

6 7 8

9 10 11

12 13 14

Bloco deíndice

310117


Cada arquivo tem seu prCada arquivo tem seu próóprio bloco de prio bloco de ííndicendice

Ex. Ext2fs e NTFS


51


• Alocação Indexada

Vantagem: •O bloco de índice somente é carregado na memória quando o seu respectivo arquivo estáaberto (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

Sumário

• Sistema de Arquivos

• Atributos de Arquivos

• Extensão de Arquivos

• Diretórios:• Partições

• Estrutura: Níveis

• Gerência de Alocação de Espaço em Disco:• Alocação contígua

• Alocação encadeada

• Alocação indexada


53

• Silberschatz, A., Galvin, P. B. Gagne, G. Sistemas Operacionais com Java. 7º edição. Editora Campus, 2008 .

• TANENBAUM, A. Sistemas Operacionais Modernos. Rio de Janeiro: Pearson, 3 ed. 2010

Leituras Sugeridas


54

Acesse o link abaixo:

http://hostel.ufabc.edu.br/~marcelo.nascimento/

Obrigado!!!

Notas de Aula


55

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?

Sistema de Arquivoshostel.ufabc.edu.br › ~marcelo.nascimento › BC1518... · Arquivos Extensão...

Documents

Transcript of Sistema de Arquivoshostel.ufabc.edu.br › ~marcelo.nascimento › BC1518... · Arquivos Extensão...