SO - lista 8 - Sistemas de arquivos

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SO - lista 8 - Sistemas de arquivos
Aluna: Karina Castelo Branco
1) O que é um arquivo e qual sua importância para um sistema computacional?
Arquivo é uma coleção nomeada de informações relacionadas registradas em memória secundária. Em geral, um arquivo é uma sequência de bits, bytes, linhas ou registros, cujo significado é definido pelo criador do arquivo e pelo seu usuário.
2) Que passos um sistema de arquivos geralmente faz ao criar e ao apagar um arquivo?
Criando um arquivo: 
● Aloca-se espaço para o arquivo no sistema de arquivos
● Cria-se uma entrada para o novo arquivo no diretório
Apagando um arquivo
● Procura-se no diretório o arquivo pelo nome
● Libera-se o espaço alocado ao arquivo para que possa ser utilizado por outros
● Apaga-se a entrada do arquivo no diretório
3) Muitos SO’s mantém para cada arquivo um ponteiro de posição corrente. Explique sua usabilidade.
● O sistema mantém um ponteiro de leitura demarcado onde ocorrerá a próxima leitura dentro do arquivo. Após a leitura, o ponteiro deve ser atualizado
● Normalmente o ponteiro de gravação e o ponteiro de leitura são mantidos pelos SO’s como um ponteiro só denominado ponteiro de posição corrente
● O ponteiro de posição corrente é alterado para um determinado valor
4) Qual a importância das chamadas de sistema open() e close()?
Chamada de sistema open() evita uma busca constante. O SO mantém uma tabela de arquivos abertos contendo informações dos arquivos abertos. Quando uma operação em um arquivo é solicitada, o arquivo é especificado com um índice nessa tabela. 
Quando o arquivo não for mais necessário pelo processo, uma chamada de sistema close() remove a entrada do arquivo na tabela de arquivos abertos
5) Por que os SO’s modernos mantém uma tabela de arquivos abertos por processo e outra tabela para o sistema? Qual a diferença do propósito entre elas?
Porque essa é a solução para quando se tem um sistema que permite que um arquivo seja aberto por mais de um processo simultaneamente.
6) Qual a diferença entre arquivos de acesso sequencial e acesso aleatório?
Acesso sequencial: Método de acesso mais simples. Informações do arquivo são processadas em ordem. Ex: Operação de leitura → lê a próxima porção do arquivo e avança automaticamente o ponteiro de posição corrente. Baseado em um modelo de arquivo em fita. Funciona tanto em dispositivos de acesso sequencial como em dispositivos de acesso aleatório (ex: discos).
Alocação encadeada: É suficiente armazenar apenas o endereço do primeiro bloco.
● Vantagens: Nenhum espaço é perdido para a fragmentação de disco.
● Desvantagem: O acesso aleatório é de extrema lentidão.
7) Explique o que é um diretório. Qual sua importância para um sistema computacional?
Um diretório pode ser visto como uma tabela de símbolos que traduz nomes de arquivos em suas entradas no diretório. Esquemas mais comuns para definir a estrutura lógica de um diretório:
– Diretório de um nível; Diretório de dois níveis; Diretórios estruturados em árvore e Diretórios como estruturas de grafo acíclico.
8) Os primeiros sistemas operacionais implementam uma estrutura de diretórios em um nível. Cite as vantagens e desvantagens dessa abordagem na organização de arquivos do sistema.
Diretório em um nível: Um diretório contendo todos os arquivos, utilizado nos primeiros computadores.
Vantagens: Simplicidade e capacidade de localizar os arquivos rapidamente
Desvantagens: Limitação na escolha de nomes de arquivos; Arquivos de vários usuários no mesmo lugar e falta de organização.
9) Como podemos nos referenciar a um determinado arquivo em um sistema de diretórios estruturado em árvore?
Quando uma referência a um arquivo é feita pelo processo, o diretório corrente é pesquisado. Se o arquivo não estiver no diretório corrente, o usuário deve especificar um nome de caminho:
Nome de caminho absoluto: Começa na raiz e segue um caminho descendente até o arquivo especificado
– Ex: /home/rafael/Desktop/imagem.gif
 Nome de caminho relativo: Define um caminho a partir do diretório corrente
– Ex: Se o diretório corrente do exemplo anterior for /home/rafael/
 O mesmo arquivo é referenciado por Desktop/imagem.gif
10) Diferencie soft link (ou short cut) de hard link.
O soft link é quando se tem um arquivo especial que possui o caminho absoluto/relativo para
outro arquivo. Já o hard link é quando se tem diretórios diferentes apontando para um mesmo
arquivo, diferentes entradas de um diretório indicam a mesma entidade. Mantém-se um contador de referências. 
11) O que é o processo de montagem? Por que um dispositivo como um pendrive precisa ser montado antes de ser usado em um computador?
O ponto de montagem é a localização dentro da estrutura de arquivos onde o sistema de arquivos deve ser vinculado. Normalmente um diretório vazio. Estes volumes precisam ser montados para tornarem-se disponíveis dentro do espaço de nomes do sistema de arquivos.
12) Um sistema de arquivos normalmente é composto por vários níveis de implementação. Diferencie, pela finalidade, o nível de sistema de arquivos lógico do módulo de organização de arquivos.
Sistema de arquivos lógicos: Gerencia a estrutura de diretórios para fornecer ao módulo de organização as informações que ele precisar, dado o nome de um arquivo. Também gerencia a informação dos métodos dos arquivos.
Módulo de organização de arquivos: Responsável pela alocação de blocos e tradução de endereços
de blocos lógicos para endereços de blocos físicos.
13) Explique a divisão comum de uma partição em uma unidade de disco.
Bloco de Inicialização; Bloco de Controle de Volume; Estrutura de Diretórios; Arquivos.
14) Qual a ideia por trás do uso do sistema de arquivos virtuais (VFS)? Explique sucintamente seu funcionamento.
A ideia fundamental é abstrair o sistema de arquivos em uma camada separada. Quando o sistema é inicializado, o sistema de arquivos raiz é registrado como VFS. Os dispositivos são registrados no VFS e os sistemas de arquivos implementam as funções exigidas para efetuar as operações nos arquivos.
15) Apresente, pelo menos, uma vantagem e uma desvantagem de cada uma das implementações para alocação de blocos de arquivos: contínua, lista encadeada, lista encadeada usando tabela em memória (FAT) e indexada (i-nodes).
Contínua
- Vantagem: Simples de implementar
- Desvantagem: Fragmentação externa
Encadeada
- Vantagem: Nenhum espaço é perdido para a fragmentação de disco
- Desvantagem: O acesso aleatório é de extrema lentidão
Encadeada usando a FAT
- Vantagem: Os ponteiros não precisam ficar no bloco, mas na tabela na memória. O bloco inteiro
fica disponível para dados.
- Desvantagem: A tabela ocupa muito espaço de memória
Indexada
- Vantagem: O inode só precisa estar na memória quando o arquivo correspondente estiver aberto
- Desvantagem: Mesmo em arquivos pequenos, um bloco inteiro é gasto com índices, mesmo que o
arquivo ocupe apenas 2 blocos com dados.
16) Em que tipos de dispositivos de armazenamento a alocação contígua pode ser usada eficientemente? Justifique sua resposta.
17) Fale sobre fragmentação interna e externa em sistemas de arquivos.
18) Explique como o tamanho do bloco pode influenciar no desempenho do sistema de arquivos.
19) Um sistema de arquivos utiliza alocação contígua e possui a seguinte tabela de arquivos em um determinado diretório. Todos os arquivos possui seu conteúdo no formato ASCII, onde cada caractere ocupa exatamente 1byte. Supondo que o disco é dividido em blocos de 8KB, indique que bloco o sistema de arquivos deve pedir ao disco rígido para ler (se o bloco estiver alocado para aquele arquivo, se não indique uma mensagem de erro), em cada uma das situações abaixo:
a) Ler o caractere 16000 do arquivo count
b) Alterar o caractere 20000 do arquivo tr
c) Ler o caractere 24000 do arquivo f
20) Um pendrive de 2GB possui blocos de tamanho 16KB. Ele foi formatado com sistema FAT-16, que utiliza 16 bits por ponteiro para um bloco. Quanto de espaço a tabela FAT precisa para ser armazenada integralmentena memória para este dispositivo?
21) Abaixo está ilustrada a tabela FAT com dois arquivos alocados no disco. Supondo que o bloco neste sistema possui tamanho igual a 16KB, responda:
a) Qual o intervalo de tamanhos de arquivo possíveis para o arquivo A? E para o arquivo B?
b) O programa de aplicação quer ler o trecho do arquivo A na posição 50KB a partir do início. Que bloco o módulo de organização de arquivo deve pedir para o dispositivo ser lido? E se outro programa de aplicação também pedir a mesma posição para o arquivo B?
22) Imagine um sistema de arquivos Unix sobre um disco de 160 GB, com blocos de 1 KB. Suponha que sejam usados 8 bytes para descrever o endereço de cada bloco.
a) Explique qual seria a dimensão máxima de um arquivo neste sistema considerando que o i-node possui 10 entradas diretas para blocos de dados, 1 entrada indireta simples, 1 entrada indireta dupla e 1 entrada indireta tripla.
b) Suponha que um arquivo de texto seja aberto e que seja feita uma chamada ao sistema para avançar a posição no arquivo em 266 KBytes a partir do início, e em seguida seja feita uma leitura. Descreva com o auxílio de um diagrama como será encontrada a localização em disco da posição desejada, partindo do i-node do arquivo.
23) Para um sistema de arquivos que opera com blocos de 1Kb, quantos blocos são necessários para armazenar o mapa de bits a ser utilizado na gerência de blocos livres de um disco rígido de 4Gb? Assuma que vai estar disponível, em algum outro lugar, a lista ligada que indica a seqüência de blocos utilizados para armazenar o mapa de bits. (Resp: 512 blocos).
24) Adicione a tabela FAT da questão 21 uma lista de de áreas livres. Suponha que o arquivo A foi apagado. Atualize uma possível segunda lista de áreas livres nessa nova configuração.
25) Dê o nome do caminho absoluto de cada um dos arquivos regulares dos arquivos mostrados na árvore de diretórios abaixo. Repita o exercício dando o nome dos caminhos relativos, onde o diretório corrente é C:\walnut.
26) Suponha um disco com blocos de tamanho 16KB. Um sistema de arquivos aloca 2 bytes por ponteiro. Qual o tamanho máximo que um arquivo pode ter se o sistema de arquivos usar alocação indexada, onde cada i-node possui apenas um único ponteiro indireto duplo, ou seja, indexação com dois níveis.
27) Um disco de 1MB com blocos de tamanho de 32KB e diretório em um nível tem a sua tabela de diretório mostrada abaixo.
Construa uma possível tabela FAT para este disco.
28) Abaixo está ilustrada os primeiros 16 blocos de uma tabela FAT de um disco de 1MB com 64 blocos. O arquivo a.txt inicia no bloco 1, o arquivo b.txt inicia no bloco 4 e o arquivo c.txt inicia no bloco
29) Abaixo está ilustrada uma tabela de diretório, onde para cada arquivo é relacionado seu tamanho em bytes, a quantidade de blocos que o arquivo ocupa e seu bloco inicial. O disco possui 1MB de tamanho e blocos de 4KB e o sistema de arquivos usa alocação contínua.
Que bloco (ou mensagem de erro) será retornado pelo sistema em cada uma das seguintes situações:
a) Ler byte 9000 do arquivo foto1.png.
b) Ler byte 18000 do arquivo relat.pdf.
c) Ler byte 7000 do arquivo instruc.txt.
30) Ao construir um site, é possível adicionar imagens tanto em um código html quanto em um código css. À esquerda pode-se observar uma árvore de diretórios dos arquivos de um site em construção. O diretório corrente do código example.css é o diretório CSS e o diretório corrente de example.html é o diretório site. No código example.css adicione o caminho relativo às imagens body.png e div.png, respectivamente. Faça o mesmo para o código example.html.
 
31) A figura abaixo mostra um disco de 120KB de tamanho, uma tabela de diretório com 4 arquivos. O sistema de arquivos usa alocação encadeada em disco.
a) Construa uma tabela FAT para os blocos mostrados na figura e adicione a lista encadeada dos blocos livres.
b) Suponha que se queira fazer um acesso direto ao byte 20000 do arquivo “relat.pdf”. Que bloco o sistema operacional deve ler do disco para obter essa informação?