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Sistema de Arquivos

1. Introdução

Arquivos:

  • Permitem leitura e gravação de dados em discos.
  • Viabilizam o compartilhamento de dados entre processos.
  • São conjuntos de instruções ou dados.
  • Identificados por nome.extensão (ex.: arquivo.txt).

Organização de arquivos:

  • Conjunto de bytes estruturados ou não.

  • Métodos de acesso:

    • Acesso sequencial:

      • Usado em fitas magnéticas.
      • Dados só podem ser lidos na ordem em que foram gravados.
      • Gravação somente no final do arquivo.
      • Exemplo: para ler o registro R5, é necessário passar por R0, R1, R2, R3, R4.

    • Acesso direto:

      • Usado em discos magnéticos.
      • Permite ler ou gravar um registro diretamente, desde que se conheça seu número.
      • Todos os registros têm o mesmo tamanho.

    • Acesso indexado: usa um índice (dicionário) acessado por chaves.

  • Operações de entrada/saída (E/S): rotinas de E/S dos sistemas de arquivos permitem:

    • Traduzir endereços.
    • Ler e gravar dados.
    • Criar e eliminar arquivos.

  • Atributos:

    • Informações de controle sobre um arquivo.
    • Exemplos: tamanho, permissões, autor, data de criação, data de modificação.

2. Diretórios

Forma como o sistema organiza logicamente os arquivos.

Tabela de arquivos:

  • Contém todos os arquivos abertos no momento.

Tipos de estruturas de diretórios:

  • Nível único: um único diretório para todos os arquivos e usuários.

  • UFD (User File Directory): diretório particular para cada usuário.

    • MFD (Master File Directory): diretório principal que gerencia os diretórios individuais.
    • Path (caminho): sequência que referencia um arquivo dentro da hierarquia.
    • Estrutura em árvore: permite múltiplos subdiretórios por usuário.

3. Gerência de Espaço Livre em Disco

Métodos para identificar blocos disponíveis:

  • Mapa de bits.
  • Lista encadeada.
  • Tabela de blocos livres.

4. Gerência de Alocação de Espaço

Alocação contígua: Arquivo armazenado em blocos sequenciais.

  • Estratégias:

    • First-fit: primeiro segmento livre de tamanho suficiente.
    • Best-fit: menor segmento livre de tamanho suficiente.
    • Worst-fit: maior segmento livre.

  • Problema: fragmentação.

  • Solução: desfragmentação, reorganizando arquivos para concentrar o espaço livre. Arquivos podem ter tamanhos variáveis.

Alocação encadeada:

  • Arquivo organizado em blocos ligados logicamente por ponteiros.
  • Elimina fragmentação de espaço livre.

  • Problemas:

    • Fragmentação do arquivo (blocos espalhados).
    • Leitura lenta: necessário percorrer blocos em sequência.
    • Solução parcial: desfragmentação para tornar blocos contíguos.

Alocação indexada:

  • Uso de blocos de índice.
  • Permite acesso direto a qualquer bloco do arquivo.

5. Proteção de Acesso

Como o disco é compartilhado por vários usuários, é necessário:

  • Proteger dados gravados.
  • Permitir compartilhamento controlado.

Tipos de concessões:

  • Leitura.
  • Gravação.
  • Execução.
  • Exclusão.

Mecanismos de proteção:

  • Senha de acesso: acesso liberado apenas com senha.

  • Grupos de usuários:

    • Arquivos podem ser compartilhados dentro de um grupo.

    • Proteções definidas em três níveis:

    • Owner (dono).

    • Group (grupo).
    • All (todos).

  • Lista de Controle de Acesso (ACL): Cada arquivo possui uma lista especificando usuários e seus direitos de acesso.

6. Implementação de Caches

Problema: disco é muito mais lento que a memória principal.

  • Está fisicamente distante do processador.
  • Possui partes mecânicas.
  • Discos magnéticos são especialmente lentos.

Buffer Cache:

  • Área da memória principal que armazena temporariamente blocos de disco usados com frequência.
  • Antes de acessar o disco, verifica-se primeiro no cache.
  • Se não estiver, o acesso vai ao disco.

  • Políticas de substituição:

    • FIFO (First In, First Out).
    • LRU (Least Recently Used).

Problema de consistência:

Se a máquina perder energia, dados no cache podem ser perdidos.

  • Soluções:

    • Atualização periódica: grava blocos no disco em intervalos de tempo.

      • Menos operações de escrita.
      • Maior risco de perda em caso de falha de energia.

    • Atualização imediata (write-through):

      • Toda alteração no cache é escrita imediatamente no disco.
      • Mais seguro, porém mais lento.