Sistemas
Título da Apresentação
Operacionais
Sub-título (se necessário)
Prof.:Luiz Carlos R. Falchi Junior
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.
Arquitetura da gerência de
arquivos
aplicação
aplicação
API de acesso a arquivos
Sistema de arquivos lógicos
Organização de arquivos
Sistema de arquivos básico
Controle de entrada/saída
Dispositivos físicos
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
Visão dos Dispositivos
• Visão física: cabeças, trilhas, setores
• Visão lógica: vetor de blocos idênticos
• Função do sistema de arquivos básico
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Visão física
Visão lógica
Sistema de arquivos básico
• Aciona comandos de leitura/escrita
nos drivers de dispositivos.
• Mostra o dispositivo como um vetor
de 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.
Buffering & caching
processo
processo
buffer
kernel
cache
disco
disco
buffering
caching
Escalonamento de disco
• Acesso ao disco por vários processos
 acessam áreas distintas;
 dispositivo lento (disco);
 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.
Exemplos de escalonamento
Ruim
Bom
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
Organização de arquivos
readme.txt
prova.doc
aula.pdf
Arquivos
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0 1 2 3 4
?
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Vetor de
blocos
lógicos
Dispositivo
físico
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
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.
Alocação contígua
arquivo
0
inicio #blocos
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Alocação contígua
• Vantagens:
 Simplicidade de implementação.
 Rapidez de acesso aos arquivos:
todos os blocos do arquivo estão próximos.
 Facilidade de acesso seqüencial e aleatório:
seqüencial: basta ler os blocos consecutivos
aleatório: posições internas podem ser
facilmente calculadas a partir da posição do bloco
inicial.
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.
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 !
Evolução da fragmentação
aloca
aloca
remove
remove
t
aloca
remove
aloca
Agora, como alocar um arquivo com 4 blocos ?
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)
Estratégias de desfragmentação
Situação inicial
Moveu 6 blocos
Moveu 4 blocos
Moveu 2 blocos
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)
Alocando um arquivo c/ 2 blocos
Situação inicial
First-fit
Best-fit
Worst-fit
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
Alocação encadeada
arquivo
inicio #blocos
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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
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
Alocação indexada
arquivo
inicio #blocos
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Aula.pdf
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I-node
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
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.
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
Unidade lógica e Física
• Física – é a denominação de um hardware de
armazenamento em memória de massa, como um disco
rígido, um CD, Pendrive.
Formatação Lógica e Física
• Formatação Física
 Refere-se ao modo físico real como os dados
são armazenados na mídia, sob o ponto de
vista do computador.
 Geralmente um disco rígido já vem formatado
fisicamente de fábrica e não há necessidade e nem é
recomendável formatá-lo novamente.
 Caso seja necessário fazer alguma formatação física,
recomenda-se usar o formatador físico do fabricante
do disco rígido.
Formatação Lógica e Física
• Formatação Lógica
 Refere-se à visão do usuário sobre a forma como os
dados são armazenados.
 Não tem uma correspondência um para um como as
unidades físicas e é nomeada com uma letra, como:
drive ‘D’, drive ‘C’. Uma unidade lógica pode se
estender por várias unidades físicas.
 Por exemplo, dispositivos lógicos localizados em
vários discos rígidos.
Unidade lógica e Física
Unidade
Física
Unidade
Lógica
Sistemas de Arquivos Windows
• Para se utilizar um disco rígido, é necessário que ele
tenha sido formatado fisicamente, sendo assim
partimos para a formatação lógica que tem a função de
criar partições no disco rígido.
• As partições são chamadas de unidades lógicas e são
estas partições lógicas que contem os sistemas de
arquivos do sistema operacional.
Por exemplo:
 FAT;
 NTFS.
Sistemas de Arquivos Windows
• Dados ( partes de programas ou dados propriamente
ditos).
 Devem ser armazenados em um sistema de memória
de massa (nome genérico para qualquer dispositivo
capaz de armazenar dados para uso posterior)
 São armanezados em formas de arquivos e a maneira
com que os arquivos são armazenados e manipulados
varia de acordo com o sistema operacional.
Sistemas de Arquivos Windows
• Não é possível gravar dados num HD ou um disquete
sem um sistema de arquivos.
 Estrutura que indica como os arquivos devem ser
gravados e guardados em mídias;
 Determina o espaço utilizado no disco;
 Gerencia como partes de um arquivo podem ficar
“espalhadas” no dispositivo de armazenamento;
 Determina como os arquivos podem ser gravados,
copiados, alterados, nomeados e até apagados.
Sistemas de Arquivos Windows
• Características comuns
 Suportam nomes longos de arquivo (Fat32 - NTFS)
(até 255 caracteres);
 Preservam letras maiúsculas e minúsculas e
caracteres acentuados nos nomes de arquivos;
 Não são sensíveis à caixa.
Sistemas de Arquivos Windows
Sistemas de Arquivos Windows
• Fat - File Allocation Table (Tabela de Alocação de
Arquivos).
 Fat 16 (1977) - Utilizado com a primeira Versão do
Dos.
• Funcionamento:
 A Fat indica em que cluster um arquivo começa, ou
seja, onde esta o primeiro byte de um arquivo. Um
cluster é formado por um ou mais setores físicos,
geralmente em cada setor de 512 bytes. (depende
do tamanho do disco).
Sistemas de Arquivos Windows
• Exemplo:
 Arquivo - 1KB
 Disco - clusters de 2KB
• Resultado:
 Como um cluster pode ser ocupado por apenas um
arquivo, no caso deste arquivo você estaria
desperdiçando 1KB
• Problema: Disperdício
Sistemas de Arquivos Windows
• Quando um arquivo é maior que o tamanho do cluster,
ele tem que ser dividido em múltiplos pedaços.
• Resultado: Quando for necessário acessar o arquivo
aumentará o tempo de leitura.
• Problema: Diminuindo a performance do disco.
Sistemas de Arquivos Windows
• Fat 32 (1996)
 Menos disperdício (diminuição do tamanho dos
clusters);
 Permite que discos rígidos de até 2 terabytes sejam
reconhecidos e acessados diretamente;
 Mais lento do que o Fat16.
 Limitação de tamanho de arquivos 4GB
Sistemas de Arquivos Windows
• A tabela abaixo ilustra o maior tamanho de partição e o
menor tamanho de cluster disponível.
Tamanho da partição
Tamanho de Cluster do Fat 16
Tamanho de Cluster do Fat 32
32 MB
2 KB
-
128 MB
2 KB
-
256 MB
4 KB
-
512 MB
8 KB
4 KB
1 GB
16 KB
4 KB
2 GB
32 KB
4 KB
3 GB – 7GB
-
4 KB
8GB – 16 GB
-
8 KB
16 GB – 32 GB
-
16 KB
Maior que 32 GB
-
32 KB
Sistemas de Arquivos Windows
• NTFS - New Technology File System;
• Funcionamento:
 A alocação de arquivos em um volume NTFS está
intimamente ligada com a Tabela Mestra de Arquivos
(MFT - Master File Table), um arquivo presente em
toda partição NTFS.
Sistemas de Arquivos Windows
• Atributo Padrão de Informações
 Neste atributo estão contidas informações sobre
quando o arquivo foi criado, modificado, ou acessado
pela última vez, bem como os atributos de arquivos
que já existiam no FAT, por exemplo, somente leitura
(read-only) e arquivo escondido (hidden).
• Atributo de Nome do Arquivo
 Como o próprio nome já sugere, este atributo
armazena os nomes do arquivo, além do nome padrão
de no máximo 255 caracteres, o NTFS armazena aqui o
nome compatível com o MS-DOS (no formato 8.3, ou
seja, 8 caracteres seguidos de um ponto e uma
extensão composta por 3 caracteres).
Sistemas de Arquivos Windows
• Atributo de Dados
 Aqui é armazenado o conteúdo do arquivo: arquivos
pequenos e diretórios podem caber totalmente neste
atributo dentro da Tabela Mestra de Arquivos
(melhorando a performance) mas na maioria dos
casos apenas uma pequena parte do arquivo fica
neste atributo - e um indicador é posto apontando
para o restante dos dados localizados em outra parte
do disco rígido (fora da MFT).
• Atributo Descritor de Segurança
 Este atributo contém as configurações de segurança
do arquivo.
Sistemas de Arquivos Windows
• Confiabilidade
 O NTFS foi criado para ser o mais confiável possível
e necessitar do mínimo possível de manutenção ao
sistema de arquivos.
• Expansibilidade
 Um sistema de arquivos feito para servidores não
pode se dar ao luxo de suportar apenas os discos
rígidos mais comuns. Ao contrário do FAT, que
somente suporta partições de 4Gb, o NTFS foi
desenhado para suportar discos de até 16 exabytes
(264 bytes).
• Eficiência
 O FAT desperdiçava enormes quantidades de espaço
em disco. Com o NTFS, esses desperdícios foram
evitados ao máximo.
Sistemas de Arquivos Windows
• Permissionamento
 Existem dois tipos de objetos para os quais você
pode dar permissão no NTFS:
• contas de usuário
• Grupos
• Apesar das contas de usuários ou grupos possuírem um
nome, o NTFS as referencia usando um identificador
único para cada conta criada: o SID (Security
Identifier). Por esse motivo, se você apagar uma conta
de usuário e criar uma nova com exatamente o mesmo
nome, esta não herdará as permissões da primeira.
Sistemas de Arquivos Windows
• Tolerância a Falhas
 Uma transação é executada em sua totalidade ou ela
simplesmente não é executada: o responsável por
esse mecanismo é o arquivo de metadados $LogFile,
comumente chamado de Log de Transações.
 Quando o sistema volta depois de uma interrupção
no serviço, o seguinte processo é executado:
1) O sistema analisa o log e verifica o que precisa ser
corrigido no volume;
2) As transações marcadas como completas do final
do log de transações até o último ponto de controle
são refeitas;
3) Todas as transações não completadas desde o
último ponto de controle são desfeitas.
Sistemas de Arquivos Windows
• Suporte a Compressão de dados
 Partições NTFS têm um avançado sistema de
compressão de arquivos (que pode ser feita em
arquivos, pastas ou partições) que permite
economizar espaço em disco quando necessário.
 A compressão é realizada em tempo real e o usuário
não nota diferença alguma após a conversão ser
finalizada.
Sistemas de Arquivos Windows
• Para ativar a compressão de dados;
 você deve clicar com o botão da direita do mouse e
escolher a opção Propriedades.
 Clique na opção Compactar disco para economizar
espaço (quando for compactar uma partição)
 clique no botão Avançados > Compactar o conteúdo
para economizar espaço e clique em OK.
Sistemas de Arquivos Windows
• Os arquivos e pastas compactados aparecerão na cor
azul e você poderá utilizá-los normalmente.
• A compressão dos arquivos não afeta a sua cópia para
outros sistemas operacionais ou disquete: quando você
copia um arquivo compactado, este é automaticamente
descompactado durante o processo de cópia.
Sistemas de Arquivos Windows
• Cotas de Disco
 Uma das novidades mais esperadas do NTFS 5 foi
justamente a de cotas de disco: com ela o
administrador pode restringir a quantia de espaço
em disco disponível para os usuários em cada
volume.
 As cotas são por usuário.
Sistemas de Arquivos Windows
• Suporte a segurança de dados
– Uma das principais vantagens da partição NTFS é o
seu suporte à segurança de dados:
• Exemplo:
 você pode impedir que um usuário acesse
determinados arquivos, pastas ou até mesmo
partições nos seus próprios computadores. Para isso
você deve ter o WinNT, Win2000 ou WinXP
Professional (o WinXP Home não permite isso).
Sistemas de Arquivos Windows
• Auditoria
 Partições NTFS tem uma vantagem adicional sobre a
FAT32: ela permite a auditoria do usuário.
 Com isso, pode-se saber a que horas ele se iniciou o
seu trabalho no Windows, o que ele fez, quais
arquivos foram modificados, que programas foram
executados, entre outras informações .
Sistemas de Arquivos Windows
• Journaling
 Journaling é um recurso muito importante para manter
a integridade de arquivos quando o sistema
operacional falha ou quando algum problema ocorre
durante uma operação;
 Com ele o Windows armazena um log aonde são
armazenadas todas as modificações realizadas pelo
hard-disk.
 Assim, em caso de falhas o Windows consegue manter
a integridade dos arquivos uma vez que ele tenha
armazenado todas as informações necessárias para
isso.
• Com o journaling, o uso de partição NTFS minimiza o
problema de arquivos corrompidos quando há algum
problema no computador (falta de energia, por exemplo).
Sistemas de Arquivos Windows
• Convertendo FAT para NTFS
 O “NT” permite através do utilitário de linha de
comando CONVERT.EXE converter partições FAT para
NTFS, sem perder dados.
• Para isto faça o seguinte:
 Efetue logon como Administrador;
 Selecione Iniciar|Prompt de comando;
 Irá aparecer uma janela com prompt de comando;
 Execute o comando "convert <unidade>: /fs:ntfs".
• Reinicie o computador. Durante a inicialização do seu
computador, o sistema irá converter a partição FAT para
NTFS.,
Sistemas de Arquivos Windows
• NTFS com compressão: só em emergências
 O uso de partições NTFS com compressão deve ser
evitado ao máximo devido à sua lentidão e alto índice
de uso da CPU. Embora em alguns testes específicos
essa partição mostrou ser mais rápida do que as
demais, em geral ela é muito mais lenta do que a
FAT32 e NTFS sem compressão. Ela é recomendada
APENAS para quem precisa de espaço em disco.