Sistemas de arquivos

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Os sistemas de arquivos estão presentes em todos os sistemas operacionais atuais como ferramenta para organização do armazenamento e recuperação das informações. Neste trabalho temos como o principal objetivo desmistificar o funcionamento dos sistemas de arquivos juntamente como o detalhamento do seu modo de operação básico. Falaremos também nas funcionalidades existentes em alguns dos sistemas de arquivos existentes no sistemas operacionais atuais tais como Fat32, NTFS, Ext{2,3,4}, ZFS e complementaremos o conteúdo com melhoria na forma de acesso, redundância e recuperação dos arquivos com a utilização da tecnologia RAID (Redundant Array of Independent/Inexpensive Disks ou Conjunto Redundante de Discos Independentes/Econômicos).

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Sistemas de arquivos

  1. 1. SISTEMAS DE ARQUIVOS Pedro José Sistemas Operacionais
  2. 2. Roteiro  Porque dos sistemas de arquivos  Arquivos  Nomeclatura, estrutura e tipos  Acesso, atributos e operações  Implementações  Diretórios  Operações  Implementações  Arquivos compartilhados  Journaling  Sistemas Virtuais  Gerenciamento de espaço livre  Exemplos: Fat, NTFS, Ext e ZFS  RAID 1,0 e 10
  3. 3. Porque dos sistemas operacionais  Como persistir uma determinada informação  Como recuperar uma determinada informação  Como compartilhar informações entre os processos  Como controlar o acesso a uma informação  Como manipular alto número de informações
  4. 4. Nomeclatura  Definido como uma cadeia de caracteres  Tamanho limitado em alguns sistemas  Restrições para alguns caracteres  Extensões  Nem todos utilizam  Associação com aplicativos  Diferente manipulação
  5. 5. Estrutura  Sequência de bytes  Registro  Árvore
  6. 6. Tipos de arquivos  Regulares  Diretórios  Arquivos de caracteres especiais(E/S)  Arquivos especiais de bloco
  7. 7. Formas de acesso  Sequencial  Acesso aleatório
  8. 8. Atributos  Metadados ou informações sobre os arquivos  Flags  Segurança e controle de acesso  Carimbos de tempo
  9. 9. Operações com arquivos  Ações disponíveis pelo Sistema operacional para manipular os arquivos  Create  Delete  Open  Close  Read  Write  Get Attributes  Set Attributes  Rename
  10. 10. Implementação  Diferentes formas de armazenar/recuperar as informações em disco  Alocação contígua ou continua  Alocação por lista encadeada  Alocação por lista encadeada utilizando a memória  I-nodes
  11. 11. Alocação contígua ou contínua
  12. 12. Alocação por lista enc.
  13. 13. Alocação por lista enc. na memória
  14. 14. I-nodes
  15. 15. Diretórios  Estrutura pensada para gerenciar e organizar os arquivos no sistema de arquivos  Nomeclatura  Operações  Tipos de organização  Diretório de nível único  Árvore hieráquica
  16. 16. Operações com arquivos  Ações disponíveis pelo Sistema operacional para manipular os diretórios  Create  Delete  Opendir  Closedir  Readdir  Rename
  17. 17. Diretório raiz
  18. 18. Árvore de diretórios
  19. 19. Árvore de diretórios no linux
  20. 20. Implementação dos diretórios  Diferentes formas de armazenar/recuperar as informações sobre os diretórios  Recuperação dos atributos  Recuperação dos atributos em sistemas que usam I- nodes
  21. 21. Arquivos compartilhados  Existem alguns problemas na implementação de arquivos compartilhados referente a como os mesmos estão ligados  Ligação simbólica(soft link)  Caracterizada pelo uso de um tipo especial de arquivo(link) e a atribuição de um caminho para os dois ponteiros  Após a remoção, apenas o caminho para o arquivo é removido  Ligação estrita(hard link)  Caracterizada pelo apontamento físico para o mesmo arquivo e o uso de contadores  Após a remoção o i-node não é removido, apenas
  22. 22. Journaling  Problema da remoção/atualização dos arquivos  Remover o arquivo > liberar as estruturas  Ações atômicas  Sistema criado para implementar uma melhor tolerância a falhas
  23. 23. Sistema de arquivos virtuais  Solução encontrada para gerenciar diferentes sistemas de arquivos em um determinado Sistema operacional em execução  Acessar sistemas de arquivos de rede(NFS)
  24. 24. Gerenciamento de espaço livre  Lista encadeada  Um bloco de dados não fica livre pois contém apontamento para os demais  Ex.: um bloco de 1Kb pode conter 255 ponteiros de 32 bits  Mapa de bits  Economia de espaço 1 bloco livre = 1 bit no mapa
  25. 25. Exemplos de sistemas de arquivos  Microsoft  FAT  8, 12, 16, 32 bits + cluster de setores + tabela de alocação  NTFS  32, 64 bits + cluster de setores + Journal + criptografia + permissões  Outros  Ext 2  I-nodes + VFS + pré-alocação  Ext 3  I-nodes + VFS + pré-alocação + Journal + compatibilidade  ReiserFS  Journal native + blocos de 512, 1024, 4096 e 8192 bytes  ZFS  128 bits + Journal + checksum além do bloco de dados + raiz única e snapshots rápidos
  26. 26. RAID  RAID 1 – espelhamento/correção de erros  Mínimo dois discos  RAID 0 – segmentação  Mínimo dois discos  RAID 10 – 1 + 0  Mínimo quatro discos

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