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Sistemas Operacionais I
Gerência de Armazenamento:
Implementação do Sistema de Arquivos
Prof. Alexandre Duarte : http://alexandrend.com
Centro de Informática | Universidade Federal da Paraíba
Estes slides são baseados no material que acompanha o livro Operating
Systems Concepts de Silberschatz, Galvin and Gagne
Objetivos
 Descrever os detalhes de implementação de
um sistema de arquivos e de estruturas de
diretórios locais
 Discutir alocação de blocos e de gerência de
blocos livres
Estrutura do Sistema de
Arquivos
 Estrutura de arquivo
 Unidade de armazenamento lógico
 Coleção de informações relacionadas
 Sistema residente em armazenamento
secundário
 Organizados em camadas
 Bloco de controle de arquivos – estrutura
de armazenamento com todas as informações
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Sistema de arquivos em
camada
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Implementação do Sistema de Arquivos

  • 1. Sistemas Operacionais I Gerência de Armazenamento: Implementação do Sistema de Arquivos Prof. Alexandre Duarte : http://alexandrend.com Centro de Informática | Universidade Federal da Paraíba Estes slides são baseados no material que acompanha o livro Operating Systems Concepts de Silberschatz, Galvin and Gagne
  • 2. Objetivos  Descrever os detalhes de implementação de um sistema de arquivos e de estruturas de diretórios locais  Discutir alocação de blocos e de gerência de blocos livres
  • 3. Estrutura do Sistema de Arquivos  Estrutura de arquivo  Unidade de armazenamento lógico  Coleção de informações relacionadas  Sistema residente em armazenamento secundário  Organizados em camadas  Bloco de controle de arquivos – estrutura de armazenamento com todas as informações a respeito de um arquivo
  • 5. Exemplo de bloco de controle de arquivos
  • 6. Estrutura do sistema de arquivos em memória
  • 7. Sistemas de arquivos virtuais  Sistemas de arquivo virtuais (VFS) fornecem uma visão orientada a objetos para implementação de sistemas de arquivos  VFS permitem que a mesma interface de chamada de sistemas seja utilizada por diferentes tipos de sistemas de arquivos.  A API se comunica com o VFS ao invés de acessar diretamente o sistema de arquivos específico.
  • 8. Visão esquemática do sistema de arquivos virtual
  • 9. Implementação de Diretório  Lista linear de nomes de arquivos com ponteiros para blocos de dados.  Fácil de programar  Consome muito tempo de execução  Tabela Hash – lista linear com estrutura de hash  Diminui o tempo de busca ao diretório  Requer tratamento de colisões  Tamanho fixo
  • 10. Métodos de alocação  Um método de alocação se refere a forma como blocos livres são alocados para arquivos:  Alocação contígua  Alocação encadeada  Alocação indexada
  • 11. Alocação contígua  Cada arquivo ocupa um conjunto de blocos contíguos no disco  Vantagens  Simplicidade – requer saber apenas o bloco inicial e comprimento (número de blocos)  Permite acesso aleatório  Bom desempenho  Desvantagens  Problemas com alocação de espaço  Arquivos não podem crescer!  Quem usa  VM/CMS da IBM
  • 13. Sistemas baseadas em extensão  Alguns sistemas de arquivos modernos usam uma modificação do esquema de alocação contígua  Sistemas de arquivos baseados em extensões alocam blocos de disco em porções denominadas extensões  Uma extensão é uma porção contígua de blocos de disco  Um arquivo consiste de uma ou mais extensões  Ainda é suscetível a problemas de fragmentação interna e externa!
  • 14. Alocação encadeada  Cada arquivo é uma lista encadeada de blocos  Vantagens  Simplicidade – requer apenas o endereço inicial  Gerência de espaço livre – não há fragmentação externa  Desvantagens  Não permite acesso aleatório  Menor confiabilidade  Utilizado, com algumas variações, pelo File- allocation table (FAT) do MS-DOS
  • 17. Alocação indexada  Mantém todos os ponteiros de um arquivo em um bloco de índice  Vantagens  Permite acesso aleatório  Acesso dinâmico sem fragmentação mas com overhead do índice  Desvantagens  Desperdício de espaço com arquivos com poucos blocos  Quem usa:  Unix File System
  • 19. Gerência de espaço livre  Mapa de bits (n blocos)  Facilita a obtenção de espaço livre contíguo  Requer espaço adicional  Disco de 1TB com blocos de 4KB = 32 MB  Disco de 1PB com blocos de 4KB = 32 GB … 0 1 2 n-1 bit[i] = 0 ⇒ bloco[i] livre 1 ⇒ bloco[i] ocupado
  • 20. Gerência de espaço livre  Lista ligada (lista de livres)  Mais difícil de conseguir espaço contiguo  Diminui o desperdício de espaço  Variações  Agrupamento: primeiro bloco livre possui número de n blocos livres  Contagem: lista de sequencias contiguas de blocos livres
  • 21. Lista encadeada de blocos livres
  • 22. Eficiência e desempenho  Eficiência depende de:  Algoritmos para alocação de disco e de diretórios  Exemplo: pré-alocação  Tipos de dados mantidos nas entradas de diretório  Desempenho  Cache de buffer – seção separada de memória para blocos usados frequentemente  Cache de página – armazena dados de arquivos utilizando técnicas de memória virtual  free-behind and read-ahead – técnicas para otimizar acesso sequencial
  • 23. Cache de páginas  Uma cache páginas armazena páginas ao invés de blocos de disco utilizando técnicas de memória virtual  Entrada/saída mapeadas em memória utiliza uma cache de páginas  Entrada/saída padrão pelo sistema de arquivos usa o cache de buffer de disco
  • 24. E/S sem cache unificada
  • 25. E/S com cache unificada
  • 26. Recuperação  Verificação de consistência – compara os dados na estrutura de diretórios com os dados nos blocos de disco e tenta corrigir inconsistências  Utilizar programas de sistema para fazer backup do disco em um outro dispositivo de armazenamento  Recuperar um arquivo pedido restaurando-o do backup
  • 27. Sistema de arquivos estruturado em log  Sistema de arquivos estruturado em log consideram todas as atualizações de arquivos como transações  Todas as transações são gravadas em um log  O commit de uma transação ocorre quando ela é gravada no log  No entanto, após o commit o arquivo pode ainda não ter sido atualizado  As transações no log são executadas de forma assíncrona no sistema de arquivos  Quando o arquivo é modificado a transação é removida do log  Se o sistema de arquivos trava, todas as transações no log deverão ser executadas após a recuperação