Implementação Do Sistema De Arquivos

Implementação Do Sistema De Arquivos

1. Estrutura do Sistema de Arquivos

   • Bloco é uma unidade lógica definida pelo Sistema de Arquivos
     • Configurável no momento da formatação
   • Setor é uma unidade física, definida pelo dispositivo
     • Normalmente 512 bytes ou 4 KB
     • Fixa, imutável
   • Dois problemas de projeto bem diferentes
     • Aparência para o usuário
       • Definição de arquivos e atributos
       • Estrutura de diretórios
       • Operações permitidas
     • Mapeamento lógico para dispositivos físicos
       • Algoritmos e estruturas de dados
   • Organizada em camadas, composta por diversos níveis
     • Usa recursos dos níveis mais baixos para criar recursos a serem usados pelos níveis mais altos
     • Sistema de Arquivos Lógico
       • Gerenciamento de metadados e mecanismos de proteção
       • FCB (File Control Block)
     • Módulo de Organização de Arquivos
       • Tradução de blocos lógicos para físicos e controle de blocos livres
     • Sistema de Arquivos Básico
       • Comandos genéricos para drivers e gerenciamento de buffers e caches
     • Controle de I/O
       • Drivers de dispositivo e interrupções
   • Tipos de Sistemas de Arquivos
     • Discos Ópticos
       • ISO 9660 e o mais moderno UDF (Universal Disk Format)
     • UNIX
       • UFS (UNIX File System)
     • Linux
       • ext2, ext3, ext4, XFS, Btrfs, F2FS, JFS, ReiserFS
     • Windows
       • NTFS (padrão)
       • Suporte para FAT/FAT32/extFAT e os usados em discos ópticos
     • macOS
       • Journaling HFS Plus e o mais moderno APFS (Apple File System)

2. Implementação do Sistema de Arquivos

   • Visão geral
     • Estruturas em disco
       • Bloco de Controle de Inicialização
         • UFS: Boot Block
         • NTFS: Partition Boot Sector
         • Contém informações para iniciar o SO
       • Bloco de Controle de Volume
         • Detalhes da partição (blocos, ponteiros, FCBs)
         • UFS: Superbloco
         • NTFS: Partition Boot Sector
       • Estrutura de Diretório
         • Organização de arquivos
         • UFS: Nomes de arquivos e inodes
         • NTFS: Armazenado na MFT
       • FCB (File Control Block)
         • Contém metadados dos arquivos
     • Estruturas em memória
       • Tabela de montagens, Cache em memória, Tabela de arquivos abertos em todo o sistema, Tabela de arquivos abertos por processo e Buffers
     • Criação De Arquivo
       • Chama o sistema de arquivos lógico
       • Conhece o formato das estruturas de diretório e aloca um novo FCB
       • Lê o diretório apropriado pra memória
       • Atualiza com o novo nome de arquivo e FCB e escreve de volta no disco
     • open()
       • Verifica se está aberto
         • Se sim: cria ponteiro na tabela de arquivos por processo
         • Se não: pesquisa diretório e carrega FCB
     • close()
       • Remove entrada da tabela por processo
       • Atualiza metadados no disco
   • Partições e Montagem
     • Layout do disco muda dependendo do SO
     • Tipos de partição
       • Bruta (sem sistema de arquivos)
       • Formatada (com sistema de arquivos)
     • Uso de discos brutos (swap, bancos de dados, RAID)
     • Inicialização do SO
       • Carregamento da imagem do SO
       • Bootloader para múltiplos sistemas
   • Sistemas de Arquivos Virtual (VFS)
     • Duas funções importantes
       • Separa operações genéricas do sistema de arquivos de sua implementação
       • Mecanismo para a representação exclusiva de um arquivo em toda a rede
     • vnode para identificação exclusiva de arquivos
     • Suporte a NFS (Network File System)

3. Implementação de Diretórios

   • Lista linear
     • Lista de nomes de arquivos com ponteiro para blocos de dados.
     • Vantagens: Simples de programar
     • Desvantagens: Busca linear é lenta
     • Criar arquivo
       • Pesquisar diretório (garante nome único) e adicionar entrada ao final
     • Excluir arquivo
       • Pesquisar nome e liberar espaço alocado
   • Tabela de Dispersão (Hash)
     • Lista linear + estrutura hash
     • Funcionamento
       • Calcula valor a partir do nome do arquivo
       • Retorna ponteiro para o nome na lista
     • Vantagens: Reduz tempo de busca e facilita inserção e exclusão.
     • Desafios: Gerenciamento de colisões (nomes diferentes apontando para o mesmo local)