Gerenciamento de arquivos

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Sistemas Operacionais
Sistemas Operacionais 
Prof. Marcelo Sabaris Carballo Pinto
Gerencia de Arquivos
Graps
Discos
 Sempre são muitos lentos quando comparados com RAM. 
Entretanto, nem todos os acessos à disco são igualmente 
"caros". Discos são dipositivos de acesso direto, ao 
contrário de fitas magnéticas e outros dispositivos que 
permitem apenas acesso serial (por exemplo, fita 
magnética), ou seja, um dado não pode ser lido/escrito 
antes que todos os anteriores o sejam. 
 Alguns tipos de disco magnético: 
hard disks: alta capacidade a baixo custo. 
floppy disks: baratos, lentos, pouca capacidade, mas 
portáteis. 
hard disks removíveis: vantagens de ambos... custo?
Organização dos discos 
 A informação é gravada em uma ou mais superfícies, e 
armazenada em trilhas na superfície. Cada trilha é normalmente 
dividida em setores. Um setor é a menor porção endereçável 
do disco. Quando um READ precisa de um byte em particular, o 
S.Op. busca a superfície, trilha e setores corretos, lê para uma 
RAM especial (buffer), e encontra o byte necessário. Quando o 
disco é formado por diversos pratos (disk pack), um cilindro é
formado pelo conjunto de trilhas na mesma direção. Uma 
vantagem da organização em cilindros é que toda a informação 
contida num cilindro pode ser obtida sem movimentação da 
cabeça de R/W. Essa movimentação, chamada seeking, é
normalmente a parte mais lenta da operação de leitura.
Interleaving
 Durante uma leitura ou escrita, o sector que se pretende aceder é colocado por baixo da 
cabeça de l/e (através da rotação do disco) e depois o controlador acciona a cabeça de l/e 
respectiva. Só então os dados do sector são escritos para, ou lidos do, buffer do 
controlador.
 Se, por exemplo, existirem mais dados a ler, os dados que se encontram no buffer, 
relativos ao sector que acabou de ser lido, têm que ser transferidos para a RAM do PC 
antes que se coloque no buffer os dados referentes ao próximo sector. O buffer do 
controlador normalmente só tem capacidade para um sector. Para que se possa ler o 
próximo sector, os dados do buffer têm que ser transferidos no curto intervalo de tempo 
que corresponde à passagem do intervalo (gap) entre os dois sectores (tempo que leva a 
mudar de um sector para o outro). Se o sector pretendido passar para além das cabeças 
de l/e, terá que se esperar que o disco faça uma rotação completa, o que é um grande 
desperdício de tempo.
 A solução para este problema chama-se interleaving. 
 Neste caso, os sectores não são posicionados em sequência, mas são deslocados de um 
ou mais sectores (o factor de interleaving indica quanto deve ser este deslocamento e é
definido na altura da formatação do disco).
 O efeito do interleaving é óbvio: Quando dois sectores sequencialmente numerados (com 
números a seguir um ao outro) são para ser acedidos, o controlador e o sistema têm 
tempo suficiente para transferir os dados entre o buffer e a RAM antes que o próximo 
sector surja por baixo da cabeça de l/e.
Interleaving
 As disquetes têm sempre um factor de interleaving igual a um (sem 
deslocamento), uma vez que a taxa de transferência de dados é
suficientemente rápida, mesmo nos PC´s mais antigos. As drives de 
disquetes não têm o buffer temporário, os dados são transferidos para 
memória directamente.
 Os discos modernos são pré-formatados com um factor de interleaving de 
um, e não têm qualquer problema, apesar de terem que lidar com mais do 
que cem sectores por pista. Isto é possível porque têm uma memória cache
integrada que tem capacidade para acomodar, no mínimo, uma pista 
completa. Os dados são primeiro transferidos do disco para o buffer e, 
durante uma rotação do disco, os sectores de uma pista são colocados na 
cache. O sistema pode ler agora a memória cache sem pressões de tempo. 
Hoje em dia, embora ainda seja possível configurar o factor de interleaving, 
ele não é utilizado nos discos actuais e até pode ser perigoso porque pode 
destruir a formatação criada durante a fabricação do disco, o que significa o 
seu fim.
Interleaving
Sistemas de arquivos - Introdução 
 Sistema de Arquivo são conjuntos de estruturas lógicas e de rotinas, que 
permitem ao sistema operacional controlar o acesso ao disco rígido. 
 Diferentes sistemas operacionais usam diferentes sistemas de arquivos. 
 A complexidade em manter a qualidade em um sistema de arquivo é
grande, pois a capacidade dos discos são constantemente alteradas.
 Os discos rígidos, por muito pequenos que sejam, contêm milhões de bits, 
é necessário por isso organizar os dados a fim de poder localizar as 
informações é o objetivo do sistema de arquivos. A formatação lógica de 
um disco permite criar um sistema de arquivos no disco, o que vai permitir 
a um sistema operacional (DOS, Windows 9x, UNIX, …) utilizar o espaço 
no disco para armazenar e utilizar arquivos. O sistema de arquivos baseia-
se na gestão dos clusters (em português “unidade de subsídio”), ou seja, a 
mais pequena unidade de disco que o sistema operacional é capaz de 
gerir. 
 As partições permitem criar "drives" (C:, D:, E: ...) para que sejam 
armazenadas informações no HD. As partições são subdivisões 
criadas no seu HD (não são físicas) que possibilitam a sua divisão em 
vários "pedaços". Existem três tipos de partições:
Partição primária: A mais importante pois nela é possível instalar 
Sistemas Operacionais e realizar qualquer processo necessário
Partição extendida: É uma partição em que são criadas subpartições
chamadas de partições lógicas. É importante caso você não se 
contente com quatro partições (que é o número máximo de partições 
bootáveis), já que o número de partições lógicas é infinito
Partição lógica: Com seu número infinito, só funciona caso exista uma 
partição extendida
As partições podem ser criadas por meio de programas (como o 
Partition Magic da Powerquest) ou do próprio sistema operacional
Partições
Sistemas de arquivos 
 O sistema de arquivos é uma maneira pela qual os arquivos estarão gravados. 
Existem vários sistemas de arquivos (FAT16, FAT32, NTFS...) e cada sistema
operacional dá suporte a um ou mais tipos de sistema de arquivos e cada sistema de 
arquivos tem suas vantagens e desvantagens. 
 FAT (File Allocation Table ou Tabela de Alocação de Arquivos) é um sistema de 
arquivos introduzido com o DOS, em 1981. É reconhecido por uma vasta gama de 
sistemas operacionais, incluindo todos os Windows (3.X, 9X, Me, NT, 2000), Linux, 
Unix, BeOS, OS/2, entre outros, embora em nenhum deles seu desempenho seja
verdadeiramente otimizado pois, embora seja um sistema de arquivos amplamente 
utilizado, possui esquemas de endereçamento 16-bit e, portanto, obsoleto, contendo 
uma série de limitações. Funciona muito bem com partições pequenas, até 400 MB, 
embora suporte partições com até 2 GB - e nada mais! Utiliza o sistema 8.3, 
suportando arquivos com até 11 caracteres, sendo oito como nome do arquivo, e 
três como extensão (por exemplo, arquivo.txt). Sua maior desvantagem é possuir 
clusters muito grandes.
 FAT32 (File Allocation Table 32 bits) é um sistema de arquivos introduzido com o Windows 95 OEM Service Release 2, 
sendo reconhecido pelos Windows 95 (somente OSR2), 98, 98SE, Me e 2000. Trata-se de uma versão melhorada da FAT, 
com esquemas de endereçamento 32-bit, passando a suportar nomes longos de arquivos (até 255 caracteres) e partições 
de até 2 terabytes. Sua desvantagem em relação à FAT é o desempenho, cerca de 6% mais lento, o que pode ser 
explicado por possuir muito mais clusters a gerenciar. Confira a tabela abaixo, e a compare com a tabela acima. É fácil 
constatar que o gerenciamento e manipulação dos dados é muito mais racional com FAT32.
 NTFS (New Technology File System) é um sistema de arquivos introduzido pelo Windows NT, reconhecido somente pelos 
Windows NT e 2000, embora a versão utilizada pelo Windows 2000 tenha sido aprimorada. Teoricamente, o tamanho 
máximo de uma partição NTFS é de 16 exabytes, mas aindanão existe hardware que suporte tanto, de modo que essa 
limitação de tamanho está restrita atualmente aos limites de hardware. Entre suas características, figuram: segurança no 
nível de arquivo e diretório, compressão de arquivos incorporada, remapeamento de clusters com problema (caso ocorra 
um erro de gravação, o sistema de arquivo moverá os dados para outro setor do disco), fragmentação de arquivo reduzida, 
suporte para software compatível com o padrão POSIX.1 (Unix e derivados) e arquivos Macintosh (é necessário instalar o 
Services For Macintosh, no Windows NT). É um sistema de arquivos recuperável, que utiliza um log de transação para 
atividades de disco, podendo ser utilizado para refazer ou desfazer operações mal sucedidas. Como desvantagem, não 
suporta disquetes nem mídias removíveis, pois possui uma sobrecarga elevada, de cerca de 50 MB, e ao utilizar uma mídia 
removível formatada com NTFS, é necessário reiniciar o computador, o que acaba inviabilizando a utilização.
HPFS (High Performance File System ou Sistema de Arquivos de Alta Performance) é um sistema de arquivos 
desenvolvido em conjunto pela IBM e pela Microsoft®, quando ambas trabalhavam juntas no desenvolvimento do OS/2 
(isso é incrível, mas realmente aconteceu). Os sistemas operacionais que suportam HPFS são o OS/2 e o Windows NT 3.x.
CDFS (CD-ROM File System) é o sistema de arquivos utilizado única e exclusivamente por CDs. 
Sistemas de arquivos 
Estrutura do Diretório
 Uma coleção de nós contendo informações acerca de todos os arquivos
 Tanto a estrutura de diretórios quanto os arquivos residem no disco
DA A
Organizar o diretório (logicamente) para obter
 Eficiência – localizar um arquivo rapidamente
 Nomeação – conveniente para usuários
 Agrupabilidade – agrupamento lógico de arquivos por propriedades (todos os 
programas em Pascal, todos os jogos, ...)
Informações em um diretório de arquivos 
 Nome
 Tipo
 Endereço
 Tamanho corrente
 Tamanho máximo
 Data do ultimo acesso (para arquivamento)
 Data da ultima atualização (para descarga)
 ID do proprietário (quem paga)
 Informação de Proteção
 Procura por um arquivo
 Criar um arquivo
 Remover um arquivo
 Listar um diretório
 Renomear um arquivo
 Percorrer o sistema de arquivos
Operações realizadas em diretórios
Diretório em nível único 
 É a estrutura de diretório mais simples que contém um único nível. Todos os 
arquivos estão contidos no mesmo diretório, como mostra a figura abaixo.
 Este tipo de estrutura possui limitações significantes, quando o número de arquivos 
cresce ou quando existe mais do que um usuário, como por exemplo: se todos os 
arquivos estão em um mesmo diretório, eles devem possuir nomes diferentes. Como 
controlar isto se houver mais que um usuário? Mesmo com um único usuário, se a 
quantidade de arquivos for grande, como controlar a utilização sempre de nomes 
diferentes para os arquivos?
Diretório de Dois Níveis
 Neste tipo de estrutura, cada usuário possui seu próprio diretório de nível simples, 
permitindo que usuários diferentes possam ter arquivos com o mesmos nomes. 
Assim, o sistema possui um diretório mestre que indexa todos os diretórios de todos 
os usuários, como mostra a figura abaixo.
 Este tipo de estrutura é vantajosa quando os usuários são completamente 
independentes, mas é desvantajosa, quando os usuários querem cooperar sobre 
algumas tarefas e acessar os arquivos de outros. Alguns sistemas simplesmente não 
permitem que os usuários acessem outros diretórios. Mas se o acesso for permitido, 
o usuário deve ser hábil em nomear um arquivo em um diretório de um outro usuário.
Diretórios em Árvores
 Um diretório de dois níveis pode ser visto como uma árvore de dois níveis. A generalização 
natural é estender a estrutura de diretório para uma árvore arbitrário, como mostra a figura 
abaixo. Isto permite que os usuários criem seus próprios subdiretórios. O sistema UNIX por 
exemplo, utiliza este tipo de estruturação. A árvore possui um diretório raiz. Cada arquivo neste 
sistema possui um único caminho ("pathname"). Este caminho começa da raiz, percorre todas as 
subárvores, até o arquivo especificado, como mostra a figura abaixo. Cada diretório possui um 
conjunto de arquivos e/ou subdiretórios. Todos os diretórios possui um formato interno. Um bit em 
cada entrada do diretório define a entrada como um arquivo (0) ou subdiretório (1).
 O sistema mantém um arquivo de usuários cadastrados, e para 
cada entrada neste arquivo existe um nome do usuário e um 
ponteiro para o seu diretório inicial. Cadausuário possui um diretório 
corrente. Quando é feita uma referência a um arquivo, odiretório
corrente é pesquisado. Se o arquivo não está no diretório corrente, 
então o usuário deve especificar o "caminho" (pathname) ou trocar 
o diretório corrente.
Diretórios em Árvores
Diretórios em Grafos Acíclicos
 Este tipo de estruturação permite o compartilhamento de arquivos e/ou diretórios por 
vários usuários, evitando a manipulação de várias cópias do mesmo arquivo.Quando 
o arquivo compartilhado por um usuário que possui o direito de acesso, todas as 
alterações são efetuadas neste arquivo e imediatamente se tornam visíveis aos 
outros usuários.
 Uma maneira usual para implementar este tipo de 
estrutura, é utilizando um link, que funciona da 
seguinte forma: quando se deseja ter acesso a um 
arquivo (ou diretório) através de um diretório, 
adiciona-se uma entrada neste diretório com o 
nome do arquivo (ou diretório) desejado e marca-o 
como sendo do tipo link. Em compensação, 
adicionase nesta entrada o pathname definitivo do 
arquivo. Este tipo de estruturação apresenta uma 
série de incovenientes, entre eles podemos 
destacar a "deleção". Neste caso teremos que 
eliminar todos os links para este arquivo.
Diretórios em Grafos Acíclicos
Proteção
 Criador /proprietário do arquivo deve ser capaz de controlar.
O que pode ser feito ?
Por quem ?
 Tipos de acesso 
Leitura 
Escrita
Execução 
Anexar 
Renoar
Listar
Grupos de lista de acessos 
 Modo de acesso: Ler,escrever,escrever
 Três classes de usuário 
 Pede ao administrador para criar um grupo (nome único), digamos 
G, e adicione alguns usuários ao grupo. 
 Para um particular arquivo (e.g., “game”) ou subdiretório, defina um 
acesso apropriado. 
 Associe um grupo a um arquivo: chgrp G game
Parte 2
Outra Abordagem: senhas
 Associar uma senha a cada arquivo 
 A grande desvantagem é o número de senhas 
 Declaração de compartilhamento de arquivos 
e/ou subdiretório 
 Esquema utilizado pelo Macintosh e Windows
Fundamentos do compartilhamento de 
arquivos 
 É possível compartilhar arquivos e pastas de várias 
maneiras diferentes. A maneira mais comum de 
compartilhar arquivos do Windows é compartilhá-los 
diretamente do seu computador. O Windows oferece dois 
métodos para compartilhar os arquivos diretamente a partir 
do computador. é possível compartilhar arquivos de 
qualquer pasta do computador, ou da pasta Pública. O 
método escolhido de compartilhamento de arquivos 
depende de onde você deseja armazenar os arquivos e 
pastas compartilhados, com quem deseja compartilhá-los e 
o nível de controle desejado. Ambos os métodos permitem 
compartilhar arquivos ou pastas com outras pessoas que 
usam o mesmo computador, ou que usam outros 
computadores da mesma rede. Se você procura outras 
maneiras de compartilhar arquivos, este artigo também 
destaca vários outros métodos que podem ser usados.
Compartilhar os arquivos de qualquer 
pasta do computador 
 Com este método de compartilhamento, você decide quem 
poderá efetuar alterações nos arquivos compartilhados e 
quais tipos de alterações (se houver) são permitidos. Você 
faz isso configurando permissões de compartilhamento. 
Essas permissões de compartilhamento podem ser 
concedidas a um indivíduo ou um grupo de usuários da 
mesma rede. Por exemplo, você permite que algumas 
pessoas apenas vejam os arquivos compartilhados, 
enquanto outras podemvê-los e alterá-los. As pessoas 
selecionadas para o compartilhamento poderão ver apenas 
as pastas compartilhadas com elas.
 Use este método de compartilhamento para acessar seus 
arquivos compartilhados quando estiver usando um outro 
computador, uma vez que os arquivos compartilhados com 
as outras pessoas também serão visíveis nesse outro 
computador.
Compartilhar os arquivos da pasta Pública 
do computador 
 Neste método de compartilhamento, você copia ou move os 
arquivos para a pasta Pública e os compartilha a partir desse 
local. Se você ativar o compartilhamento de arquivos da pasta 
Pública, qualquer pessoa com uma conta de usuário e senha no 
seu computador, e também todos os integrantes da rede, poderão 
ver todos os arquivos da pasta Pública e suas subpastas. Não é
possível restringir as pessoas apenas à visualização de alguns 
arquivos da pasta Pública. No entanto, você pode definir 
permissões que limitem o acesso das pessoas à pasta Pública, ou 
que impeçam que elas alterem os arquivos ou criem outros novos. 
 Se você não estiver em um domínio, também pode ativar o 
compartilhamento protegido por senha. Com ele, o acesso da rede 
à pasta Pública é limitado às pessoas com uma conta de usuário e 
senha no seu computador. Por padrão, o acesso da rede à pasta 
Pública é desativado a menos que você o ative.
 Arquivos são implementados através da criação, para cada 
arquivo no sistema, de uma estrutura de dados 
 Descritor de arquivo é um registro que mantém informações 
sobre o arquivo 
 Informações típicas(atributos): 
 Nome do arquivo 
 Tamanho em byte 
 Data e hora da criação do último acesso, da ultima modificação 
 Identificação do usuário que criou o arquivo 
 Lista de controle de acesso
 Local do disco físico onde o conteúdo é armazenado 
 ETC
Implementação de Arquivos
Tabela de Descritores de arquivos 
 Descritores de arquivos são armazenados no 
próprio disco 
 Na realidade no mesmo disco lógico(partição) 
 Problema de desempenho 
 Acesso ao disco para ler o descritor de arquivos é lento 
 Solução é manter o descritor em memória enquanto o 
arquivo estiver em uso 
 Indicação se o arquivo está em uso normalmente é feito pelo 
próprio usuário(aplicação) através de chamadas do tipo 
open e close. 
 Sistema de arquivos mantém os descritores de arquivos 
em memória em uma estrutura do sistema operacional 
 Tabela de descritores de arquivo TDDA 
Tabela de arquivos abertos por processo
 Informações relacionadas com arquivos são de dois 
tipos: 
 Não variam conforme o processo que está acessando o 
arquivo 
 Ex: Tamanho do arquivo 
 Dependem do processo que está acessando o arquivo 
 Ex: posição corrente
 Informações dependem do processo são armazenados em 
uma tabela a parte mantida pelo processo(TAAP)
 Ex: posição corrente no arquivo,tipo de acesso para a entrada 
correspondente ao TDDA 
 Entrada na TAAP Serve para referenciar o arquivo 
 File Handle
Emprego conjunto das tabelas TAAP e 
TDDA