Trabalho sobre SF

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Introdução
Um pequeno estudo sobre sistema de ficheiros ou arquivos que são basicamente como os dados são organizados e listados no disco rígido. Embora um único sistema operacional possa detectar e trabalhar sobre vários tipos de sistemas de arquivos, ele só poderá usar um único tipo de sistema de arquivos, excerto Windows 95 e Windows 98. Vamos focar principalmente no sistema NTFS que é preferencialmente para a versão do Windows. Algumas comparações sobre a FAT32 e o menos usado, FAT. Cachê do Sistema de Arquivos. Teste de comparação entre os Sistemas. Buffers e um pouco mais.
Sistema de Arquivos
Cada Sistema Operacional possui uma forma para tratar o conjunto de arquivos, essa forma de tratar os arquivos é chamada de Sistema de Arquivos.
Um arquivo gravado em um sistema pode não ser reconhecido por outro sistema de arquivos, pois os arquivos possuem atributos armazenados na estrutura de diretórios, tamanho, tipo, data da criação etc.
Quanto aos nomes do Arquivo eles possuem a seguinte estrutura:
Nome.extensão
Exemplos:
trabalhoSO01.ppt
clique_aqui.exe
foto_casamento_mila.jpg.exe
Alguns Sistemas operacionais possuem a opção de ocultar extensões para arquivos conhecidos. Vale lembrar que existem diferentes sistemas de arquivos para cada sistema operacional.
Falaremos abaixo sobre alguns sistemas de arquivos:
FAT: É um dos tipos de sistema de arquivos que já foi mais utilizado no mundo, e actualmente é suportado por todos os tipos de sistemas operacionais. É um sistema de arquivos antigos (criado em 1987), então tem algumas limitações, sendo as mais visíveis ao usuário: A possibilidade de criação de partições (unidades lógicas) com no máximo 2 GB por unidade, e o nome do arquivo limitando-se a oito caracteres principais de nome e três caracteres representando a extensão. Por isso, em sistemas de arquivos com FAT instalado, você facilmente verá os arquivos representados por EXEMPLO.TXT ou TESTEDE~.TXT, sendo que o til ("~") representa que o nome do arquivo estourou a quantidade de caracteres permitidos para o nome do arquivo. Os sistemas MS-DOS, Windows 3.x e o Windows 95 usam esse sistema de arquivos por padrão.
FAT32: É um dos sistemas de arquivo mais usados no mundo. É uma evolução do FAT (também conhecido por FAT16). As principais evoluções foram: O aumento do tamanho máximo por unidade (no máximo 16 TB) e o aumento do tamanho do arquivo (até 4 GB por arquivo). Outra grande evolução foi o aumento no número de caracteres suportados para o nome de arquivo (passou de 8 para 256 caracteres). No FAT32 os dados são gravados de forma mais "condensadas" do que no FAT16, por isso essas principais mudanças. Os sistemas Windows mais recentes (Windows 95 OSR2, 98 e Me) utilizam esse sistema de arquivos por padrão, e são capazes de ler dados em sistemas de arquivos
FAT16. Windows NT, 2000, XP, Vista e 7 também conseguem ler dados gravados em sistema de arquivos FAT32, embora esse não seja o padrão utilizado. FAT32 atualmente é o sistema de arquivos mais indicado e mais usado para unidades móveis (pendrives, cartões de memória, flash drives, etc), devido a possibilidade da remoção rápida do dispositivo e também da maneira como o dispositivo é usado pelo sistema operacional, deixando-o livre apenas para a gravação básica dos dados.
NTFS: É o sistema de arquivos padrão para grandes unidades, servidores, e computadores com Windows NT, 2000, XP, Vista e 7 instalados. O NTFS foi criado para ser um padrão de sistema de arquivos em servidores, devido a sua confiabilidade, segurança e estabilidade. Possui muitas ferramentas de controle (inclusive de permissões por usuário), é mais seguro a fragmentos (fato que ocorre freqüentemente em sistemas FAT) e mais protegido contra falhas, além de possuir recursos bem avançados, destinados a servidores (VSS, EFS, Quotas, etc.). Mesmo sendo um sistema de arquivos mais avançado (e mais lento por causa das diretivas de segurança), ele é usado por padrão nas instalações do Windows NT, 2000, XP, Vista e 7 (além do 2003 e 2008, sistemas operacionais destinados a servidores), pelo fato de não haver limitações nos tamanhos dos arquivos e nomes.
ext: É um sistema de arquivos criado para uso com sistemas operacionais Linux, desenvolvido em 1992. Foi desenvolvido para superar as deficiências do sistema de arquivos padrão do Minix. Permitia que os arquivos tivessem nomes de até 255 caracteres por aquivo, e até 2 GB de tamanho por aquivo, mas esse sistema de arquivos ainda possuía algumas limitações, que foram resolvidas na ext2, o que incluiam unidades de até 2 TB por partição. Atualmente ext2 é usado amplamente em unidades móveis (pendrives, cartões de memória, etc) devido ao seu método de escrita.
ext3: Evolução do ext2, é o padrão atual dos sistemas Linux. Um dos seus recursos mais interessantes é o journaling ( simplificadamente falando, é como se o sistema operacional gravasse um "diário", ou log, com as alterações que vão sendo feitas no disco. Em caso de falha no sistema o sistema operacional pode ler os dados desse log e realizar uma recuperação dos dados). Alguns pontos fracos são a baixa velocidade e desempenho reduzido.
ext4: A útlima evolução dos sistemas ext. Considerado por muitos uma das melhores evoluções já feitas, é um sistema de arquivos com um desempenho excelente. O ext4 usa algumas funcionalidades diferentes para melhora do desempenho, incluindo a forma como os dados estão alocados ("alocação tardia") que resulta em ganho de desempenho e fragmentação quase nula. Os sistemas de arquivos ext não são compatíveis com sistemas operacionais da família Windows, entretanto os sistemas Linux são capazes de ler e gravar em sistemas de arquivos FAT e NTFS.
1.2 NTFS VS FAT32
Existem três opções de sistemas de arquivos que podem ser escolhidas no Windows 7: NTFS, FAT32 e o antigo e raramente utilizado FAT A.K.A FAT16.
A NTFS oferece muitas vantagens em relação ao sistema de arquivos FAT32, por exemplo:
· A capacidade de recuperar alguns erros de disco automaticamente
· Maior suporte a discos rígidos de maior capacidade
· Mais segurança, pois permite usar permissões e criptografia para restringir o acesso a determinados arquivos a certos usuários.
· Geralmente é possível converter uma partição de um tipo de sistema de
arquivos diferente para NTFS.
O FAT32 foi usado em algumas versões antigas do Windows, e atualmente é usado na maioria das unidades flash USB. O FAT32 não possui os mesmos recursos de segurança que o NTFS, por isso se você possui um disco rígido ou partição FAT32 no Windows 7, qualquer usuário com acesso a esse computador poderá ler qualquer arquivo. O FAT32 também tem limitações de tamanho. Você não pode criar uma partição FAT32 com mais de 32 GB (gigabytes), nem armazenar um arquivo que seja tenha mais de 4 GB em uma partição FAT32.
Desbancando o desperdício de disco da FAT16, que além de tudo não reconhece discos maiores que 2GB. A FAT32 pode ser considerada como a solução, porém a NTFS veio para ser a solução definitiva, com êxito e excelência.
1.3 Qual o melhor Sistema de Arquivos?
Certamente vocês já ouviram esta pergunta, ou até mesmo já a fizeram a alguém. Este é um assunto muito discutido, e muitas pessoas têm opiniões diferentes. Agora, um grande detalhe que devemos levar em consideração é o seguinte: você realizou algum tipo de teste antes de responder? O Boteco Digital realizou um teste com todos os Sistemas de Arquivos, a idéia foi analisar o desempenho dos mesmos.
• Hardware Utilizado no teste:
Paca Mãe: Asus P5K-SE 1333 MHZ
Processador: Intel Core 2 Duo E6550 – 2.33 GHZ (1333 MHZ)
Memória: 2048 MB DDR2 1066MHZ Dual Channel
VGA: GeForce 8600 GT 256 MB
HD: 250GB Sata I.
Os dados que foram analisados ao final da execução do script foram:
 Tamanho do disco antes da formatação
· Tamanho após a formatação
· Espaço utilizado após a formatação
· Espaço disponível após a formatação
· Tempo de criação dos arquivos
· Espaço utilizado após a criação dos arquivos
· Espaço disponível após a criação dos arquivos.
Por que arquivos de 5KB?
O tamanho padrão de um
bloco (cluster) é de 4 KB, este tamanho segundo os desenvolvedores, serve para partições até 16 TB, ao estabelecer os sistemas de arquivos (formatar a partição), defini o tamanho padrão dos blocos como 4096 Bytes (4 KB).
A idéia dos arquivos de 5 KB é de fragmentar o espaço que sobra, ou seja, o arquivo irá ocupar dois blocos, 4 KB de um bloco e 1 KB do outro, os 3 KB que restam. Ele fragmenta com espaço (menos ReiserFS). Com isto, temos as duas informações que conseguimos nas propriedades do arquivo, que são: tamanho do arquivo e tamanho em disco, ou seja, tamanho do arquivo 4 KB, tamanho em disco 8 KB.
Também realizaram os testes com arquivos maiores, para poder assim verificar se um determinado sistema de arquivos trabalha melhor com arquivos maiores ou menores. Os dados serão disponibilizados abaixo.
Resultado dos testes 
Neste gráfico podemos analisar o desempenho de cada filesystem no processo de criação dos arquivos. Constatamos que o mais rápido foi o Reiserfs, seguido pelo Ext3 e Ext4 respectivamente.
Neste outro gráfico podemos analisar o espaço ocupado por cada filesystem após a criação dos arquivos. Constatamos que a maior economia de disco ficou com o XFS da Silicon Graphics, seguido pelo velho Ext2 e pelo JFS da IBM.
Aqui são os mesmos gráficos, mas com arquivos maiores:
Abaixo é a tela dos dados que foram coletados pelo script e alimentados na tabela de testes.
E o melhor Sistema de Arquivos é... 
Esta é a pergunta que não quer calar, mas a resposta é simples. Não existe o melhor sistema de arquivos e sim o mais apropriado a cada ocasião ou serviço a ser utilizado nesta máquina/partição, ou seja, se você quer um proxy, o mais indicado seria o reiserfs na partição onde fará a cache, pois o reiserfs trabalha muito melhor com arquivos pequenos como podemos ver nos testes.
É muito importante conhecermos cada sistema de arquivos e suas peculiaridades, pois o mínimo detalhe poderá fazer toda a diferença no desempenho do sistema e serviços do seu computador ou servidor.
4. Lidando com arquivos
Em um disco rígido, a área de armazenamento é dividida em trilhas. Cada trilha é subdividida em setores (saiba mais neste artigo sobre HDs), cada um com 512 bytes, geralmente. FAT e NTFS trabalham com conjuntos de setores, onde cada um é conhecido com cluster (ou unidade de alocação). O FAT16, por exemplo, pode ter, comumente, clusters de 2 KB, 4 KB, 8 KB, 16 KB e 32 KB.
Aqui há um possível problema: cada arquivo gravado utiliza tantos clusters quanto forem necessários para cobrir o seu tamanho. Se, por exemplo, tivermos um arquivo com 50 KB, é possível guardá-lo em dois clusters de 32 KB cada. Você deve ter percebido então que, neste caso, um cluster ficou com espaço sobrando. Esta área pode ser destinada a outro arquivo, correto? Errado! Acontece que cada cluster só pode ser utilizado por um único arquivo. Se sobrar espaço, este permanecerá vazio.
Esse é um dos problemas do sistema FAT.
Há ainda outra limitação: o FAT16 trabalha com discos ou partições com até 2 GB. Essa situação só melhora com o FAT32, que pode trabalhar com até 2 TB (terabytes)
O NTFS, por sua vez, não pode contar com esse tipo de limitação. Por isso, utiliza 64 bits para endereços de dados, contra 16 do FAT16 e 32 do FAT32. Essa característica, aliada ao tamanho dos clusters, determina o volume máximo de dados com que cada partição NTFS pode trabalhar. Com o uso de clusters de 64 KB, esse limite pode chegar a 256 TB. Por padrão, o tamanho dos clusters é definido automaticamente com base na capacidade de armazenamento do dispositivo durante o processo de instalação do sistema operacional ou de formatação de uma partição - indo de 512 bytes a 64 KB -, podendo também ser definido pelo usuário com procedimentos específicos.
Tolerância a falhas
Para a preservação dos dados, o NTFS utiliza um esquema de journaling, isto é, o arquivo de log mencionado anteriormente. De maneira resumida, seu funcionamento ocorre da seguinte forma: o log registra toda as ações que acontecem no sistema operacional em relação aos arquivos. Quando um documento é criado, um espaço em disco é alocado para ele, suas permissões são definidas e assim por diante. A questão é que se, por exemplo, o computador ficar repentinamente sem energia, o espaço definido para o arquivo pode ser alocado, mas não utilizado. Quando o sistema operacional é reativado, consulta o arquivo de log para saber quais procedimentos não foram executados por completo e executa a acção correspondente para corrigir o problema.
Para manter a integridade do sistema, basicamente, três passos são executados:
Verificações do log para checar quais clusters devem ser corrigidas, nova execução das transações marcadas como completas no final do log, reversão de procedimentos que não puderam ser concluídos.
Perceba que, com isso, o NTFS pode não conseguir recuperar os últimos dados gravados antes da interrupção, mas garante o pleno funcionamento do sistema operacional eliminando erros que podem comprometer o desempenho ou causar problemas ainda maiores.
Permissões
O NTFS possibilita o uso de permissões no sistema operacional, ou seja, é possível definir como usuários - ou grupos de usuários - podem acessar determinados arquivos ou determinadas pastas. Por exemplo, você pode permitir ao usuário Arthur Dent ter controle total da pasta InfoWester, mas só permitir ao usuário Marvin ler e executar o referido conteúdo, sem poder alterá-lo.
Permissões de arquivos e pastas
Cada conta de usuário criada no sistema (ou grupo) recebe um código único chamado Security Identifier (SID). Assim, se um usuário for eliminado e, posteriormente, outro for criado com o mesmo nome, será necessário reaplicar as permissões, pois o SID deste será diferente, apesar da denominação igual.
• Master File Table (MFT)
FAT é a sigla para File Allocation Table e recebe este nome porque trabalha com uma tabela que, basicamente, indica onde estão os dados de cada arquivo. O NTFS, porém, utiliza uma estrutura chamada Master File Table (MFT), que tem praticamente a mesma finalidade do FAT, mas funciona de maneira diferente.
O MFT é uma tabela que registra atributos de cada arquivo armazenado. Esses atributos consistem em uma série de informações, entre elas: nome, data da última modificação, permissões (conceito explicado no tópico anterior) e, principalmente, localização na unidade de armazenamento.
Como necessita guardar várias informações de praticamente todos os arquivos no disco, o NTFS reserva um espaço para o MFT - Zona MFT -, geralmente de 12,5% do tamanho da partição. Cada arquivo pode necessitar de pelo menos 1 KB para o registro de seus atributos no MFT, daí a necessidade de um espaço considerável para este.
Operações com Arquivos
Seguem uma descrição das operações em arquivos encontradas na maioria dos sistemas de arquivo:
· Criação: criação sem escrita de dado algum.
· Destruição: remoção do arquivo para liberação do espaço.
· Abertura: abertura do arquivo, para colocar na memória os atributos e a lista de endereços para tornar as operações posteriores mais rápidas.
· Fechamento: remover as referências do arquivos da memória principal.
· Leitura: abertura do arquivo para leitura do seu conteúdo.
· Escrita: processo de escrita do arquivo. Geralmente a escrita começa a partir de onde estiver o ponteiro, caso esse ponteiro esteja no final do arquivo ou durante a escrita o final for atingido, o arquivo aumentará de tamanho.
Concatenação: forma de escrita que só permite adicionar dados no final do arquivo
· Busca: chamada que coloca o ponteiro em uma posição específica do arquivo.
· Depois dessa chamada, dados podem ser lidos/escritos a partir daquela posição.
· Ver atributos: essa chamada verifica certos atributos como permissões, por exemplo. Às vezes é necessário escrever em um arquivo, porém é necessário verificar se esse arquivo possui permissão de escrita.
· Definir atributos: Serve para definir ou alterar os atributos de certos arquivos.
· Flags de proteção podem ser definidas com essa chamada.
· Renomeação: Chamada de sistema
para renomear um arquivo.
Mapa Conceitual ilustrando o conceito de Múltiplos Sistemas de Arquivos
Cache do Sistema de Arquivos 
Uma cache de disco pode ser definida como parte da memória RAM ou memória buffer cache, utilizada para acelerar o acesso aos dados que estão sendo mais frequentemente requeridos. Para isso a cache de disco pode ser implementado de duas formas principais:
Através da memória RAM inserida no próprio disco rígido.
Utilização de parte da memória RAM.
Representação da localização da memória Buffer Cache:
· Como o sistema está em uma rede local, o tráfego excessivo é indesejado. Para diminuir essa quantidade de acessos, pode-se recorrer ao mecanismo de cache.
· O cache aumenta o desempenho pois reduz a quantidade de acessos aos arquivos guardados no SAD, com isso são feitas menos requisições usando a rede.
É possível manter o arquivo inteiro em cache (mais simplicidade na implementação e menos eficiência) ou manter apenas um trecho que está sendo editado (mais eficiente, porém de difícil implementação). 
A literatura prevê alguns modelos de atualização de arquivos da cache para o SAD, são eles:
Write through
O cliente mantém um arquivo (ou trecho) sendo utilizado e acontecendo qualquer mudança nele, a mudança é refletida de imediato nos servidores.
Prós: leituras subseqüentes a uma escrita estarão sempre atualizadas. 
Contras: Ocorre um problema nesse modelo, imagine:
 Um cliente A altera um arquivo f e o tem em seu cache e o servidor mantem a versão atualizada de f.
A fecha o arquivo f e ainda mantem f em cache.
Outro cliente, adote B, abre o arquivo f, o modifica e o fecha e, o servidor está com a última versão editada por B.
Se A abrir f, ele verá que está em seu cache, portanto não o requisitará ao SAD e com isso terá uma versão não atualizada.
Delayed write 
Uma melhoria ao modelo anterior. Melhoria no sentido de as escritas não serem a cada modificação, mas sim havendo alguma modificação e considerando algum intervalo de tempo, as alterações são enviadas ao SAD. E melhoria também no momento que um cliente abre um dado arquivo que está em cache. É verificado se esse arquivo está atualizado com o arquivo no SAD, se não estiver, o mesmo é atualizado e enfim o mesmo é aberto.
Prós: versões de arquivos em cache são verificadas de modo a não haver inconsistência.
Contras: leituras feitas depois de uma escrita, não estarão garantidamente atualizadas, pois o tempo de atualização pode ainda não ter passado.
• Write on close
Todas as alterações são submetidas sempre quando o arquivo é fechado.
Prós: reduz bastante a quantidade de atualizações no SAD.
Contras: problemas de edição simultânea, pois quem fechar o arquivo por último é que terá sua versão persistida.
• Centralize control
Centraliza o controle de acesso aos arquivos no servidor, de modo que ele enfileira as requisições de leitura e escrita de modo a: - Se algum acesso ao arquivo for feito apenas para leitura, nenhuma precaução precisa ser tomada - Se um arquivo é aberto para escrita, o servidor não permite que outro cliente abra o mesmo arquivo para escrita.
Prós: facilidade em bloquear uma escrita indevida.
Contras: não é elegante, pois o servidor que é proativo e não o cliente e ainda necessita de verificação de cache no momento de um novo acesso.
Após a exposição desses conceitos e detalhes acerca dos SAD, a seguir serão expostos alguns exemplos mais famosos de SAD.
6. Buffers
O número de Buffers é configurável de acordo com a memória disponível e o tipo de utilização do sistema. Cada buffer é constituido de 2 partes:
 Zona que contém a cópia de um bloco do disco.O mesmo buffer pode guardar blocos de discos diferentes em instantes diferentes.
 Cabeçalho que contém informação de controle sobre esse buffer. 
Segue um mapa conceitual que ilustra os conceitos de mapeamento da memória cache do sistemas de arquivos:
Mapa Conceitual sobre a gerência de espaço livre.
Conclusão
Concluímos que não existe o melhor sistema de arquivos e sim o mais apropriado a cada ocasião ou serviço a ser utilizado nesta máquina/partição. E com estas diversas definições sobre o sistema de arquivos utilizados pelo Windows (FAT16/FAT32/NTFS), é possível então poder tomar uma melhor decisão, em como será feito o particionamento do disco rígido no seu micro! Qual o tamanho ótimo da partição (menor desperdício), a ser utilizado? Como é a média de tamanho de arquivos que utilizo? Algumas situações são bem claras com relação ao melhor particionamento, outras dependerá muito da experiência pessoal, e da maneira como pretendemos utilizar o micro.
Referências
Livros:
• TANENBAUM, Andrew. Sistemas Operacionais Modernos. 2a ed. Pearson - Prentice Hall. 2005. ISBN
85-87918-57-5
• OLIVEIRA, Rômulo, CARISSIMI, Alexandre e SIMÃO, Toscani. Sistemas Operacionais. 3a ed. Editora
Sagra Luzzato, 2009.
• SANDBERG, Russel; The Sun Network Filesystem: Design, Implementation and Experience.
• TÉCNICO EM COMPUTAÇÃO GRÁFICA, Ivan Sartori. 2ª Ed ETB – 2015 Yedis Editora Ltda.
Fonte eletrônica on line:
• www.wikipedia.org
• www.dimensaotech.com
• www.botecodigital.info
• www.apostilando.com
• www.clubedohardware.com.br
• www.infowester.com
• www.pt.wikiversity.org
• www.ossegredosdainformatica.blogspot.com.br
• www.windows.microsoft.com
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Um pequeno estudo sobre sistema de 
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a versão do Windows. Algumas comparações 
sobre a FAT32 e o menos 
usado, FAT. Cachê do Sistema de 
Arquivos. Teste de compa
ração 
entre os Sistemas. Buffers e um pouco mais
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Introdução 
Um pequeno estudo sobre sistema de ficheiros ou arquivos que são basicamente como os 
dados são organizados e listados no disco rígido. Embora um único sistema operacional possa 
detectar e trabalhar sobre vários tipos de sistemas de arquivos, ele só poderá usar um único 
tipo de sistema de arquivos, excerto Windows 95 e Windows 98. Vamos focar principalmente 
no sistema NTFS que é preferencialmente para a versão do Windows. Algumas comparações 
sobre a FAT32 e o menos usado, FAT. Cachê do Sistema de Arquivos. Teste de comparação 
entre os Sistemas. Buffers e um pouco mais.