1) O documento discute a implementação de sistemas de arquivos, incluindo estruturas de diretórios, alocação de blocos e gerenciamento de espaço livre. 2) São descritos métodos de alocação como contígua, encadeada e indexada e suas vantagens e desvantagens. 3) Também são abordados tópicos como cache de páginas, verificação de consistência, backup e recuperação de dados.

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

4. Sistema de arquivos em
camada

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

12. Alocação contígua

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

15. Alocação encadeada

16. File-Allocation Table (FAT)

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

18. Alocação indexada

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