Sistemas Operacionais

Sistemas Operacionais
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 1 2 3 4 5 6 7 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. Pode efetuar buffering e caching: Buffering - otimizar acessos reais em escrita. Caching - otimizar acessos reais em leitura. Blocos lógicos entre 512 bytes e 8 Kbytes

Buffering & caching processo processo buffer cache kernel disco disco

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
Bom Ruim

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
1 2 3 4 5 6 7 ? readme.txt prova.doc aula.pdf Dispositivo físico Vetor de blocos lógicos 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

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 inicio #blocos readme.txt 010 003
1 2 3 4 5 6 7 readme.txt prova.doc Aula.pdf arquivo inicio #blocos

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 Agora, como alocar um arquivo com 4 blocos ? remove

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
Worst-fit Best-fit First-fit Situação inicial

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 readme.txt 010 003
prova.doc Aula.pdf arquivo inicio #blocos

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 readme.txt 010 003
prova.doc Aula.pdf arquivo inicio #blocos 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
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.

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.

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.

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.

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).

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

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.

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

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 256 MB 4 KB 512 MB 8 KB 1 GB 16 KB 2 GB 32 KB 3 GB – 7GB 8GB – 16 GB 16 GB – 32 GB Maior que 32 GB

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.

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).

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.

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.

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.

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.

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.

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.

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.

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.

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).

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 .

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).

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.,

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.

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