Estrutura do Sistema de Arquivos

Estrutura do Sistema de Arquivos

• O sistema de arquivos reside no armazenamento secundário, como o disco.
• Ele fornece uma interface para o usuário final, mapeando endereços lógicos para físicos.
• O sistema de arquivos facilita o armazenamento e busca de informações no disco.
• O driver de dispositivo controla um dispositivo físico.
• O sistema de arquivos é organizado em camadas.

Camadas do Sistema de Arquivo

• Os drivers de dispositivo gerenciam as operações de E/S na camada de I/O Control.
• O basic file system traduz comandos simples como retrieve block 123 para o driver de dispositivo.
• O sistema de arquivos gerencia buffers de memória e caches.
• O file-organization module traduz blocos lógicos para blocos físicos, gerenciando espaço livre e alocação de disco.
• O logical file system gerencia informações de metadados, traduzindo o nome de arquivo para o número de arquivo, manipulador de arquivo e localização do arquivo.
• As camadas são úteis para simplificar a complexidade e reduzir a redundância, mas adicionam sobrecarga e podem diminuir o desempenho.

Implementação do Sistema de Arquivos

• O Boot Control Block contém informações necessárias para inicializar o SO a partir de um volume.
• O Volume Control Block (superblock, master file table) contém detalhes do volume, como o número de blocos, blocos livres, tamanho do bloco e ponteiros para blocos livres.
• A estrutura de diretórios organiza os arquivos.
• O File Control Block (FCB) contém informações detalhadas sobre um arquivo, como o número de inode, permissões, tamanho e datas.

Sistemas de Arquivos Virtuais

• O sistema de arquivos virtuais (VFS) no UNIX fornece uma abordagem orientada a objetos para implementar sistemas de arquivos.
• O VFS permite que a mesma chamada de sistema seja usada para diferentes tipos de sistemas de arquivos, separando as operações genéricas dos detalhes de implementação.
• O VFS implementa vnodes que armazenam informações sobre arquivos, incluindo inodes ou detalhes de arquivos em rede.

Implementação de Diretórios

• A lista linear de nomes de arquivos com ponteiros para o bloco de dados é simples de programar, mas lenta para executar.
• A tabela hash diminui o tempo de busca de arquivos, mas requer lidar com colisões.
• O esquema de alocação indexada permite arquivos grandes, encadeando vários blocos de índices.

Gerenciamento de Espaço Livre

• O sistema de arquivo mantém uma lista de espaços livres para registrar blocos de disco não utilizados.
• O mapa de bits é uma forma eficiente de manter registro dos blocos livres, mas requer espaço extra.
• As listas encadeadas não desperdiçam espaço, mas podem ser mais lentas para encontrar espaços contíguos.
• O agrupamento (clustering) otimiza as listas encadeadas, armazenando o endereço dos próximos blocos livres no primeiro bloco livre.
• A contagem de blocos livres é outra forma de gerenciar espaços livres, armazenando o endereço do primeiro bloco e a contagem dos próximos blocos.

Eficiência e Desempenho

• A eficiência do sistema de arquivos depende de fatores como alocação de disco, algoritmos de diretórios, estrutura de alocação de metadados e tamanho das estruturas de dados.
• O desempenho depende de fatores como manter dados e metadados juntos, uso de cache, otimização do acesso sequencial e uso de escritas síncronas ou assíncronas.

Recuperação

• A checagem de consistência compara os dados na estrutura de diretórios com os blocos de dados no disco, tentando ajustar inconsistências.
• O backup de dados para outra mídia permite a recuperação de arquivos ou discos inteiros.
• Os sistemas de arquivos que usam registros em log podem recuperar arquivos perdidos, garantindo a integridade dos dados.