Fundamentos de Arquivos e Armazenamento Secundário - PDF Download grátis
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Raquel Corte-Real Figueira
1 Fundamentos de Arquivos e Armazenamento Secundário Cristina D. A. Ciferri Thiago A. S. Pardo Leandro C. Cintra M.C.F. de Oliveira Moacir Ponti Jr.
2 Armazenamento de Dados Armazenamento primário memória primária (RAM) memória do computador Armazenamento secundário memória secundária disco, fita, CD-Rom,..., os quais são acessados diretamente pelo computador Armazenamento terciário dados arquivados em jukebox disco, fita, CD-Rom, etc, os quais não são diretamente acessados pelo computador
3 Disco X Memória Primária Estimativas de tempo de acesso HD: alguns milisegundos ~ 0ms (0-3 ) RAM: alguns nanosegundos ~ 0ns...40ns (0-9 ) Ordem de grandeza da diferença entre os tempos de acesso: ~ HDs são vezes mais lentos que memória RAM!
4 Disco X Memória Primária Capacidade de Armazenamento HD muito alta, a um custo relativamente baixo RAM limitada pelo custo e espaço Tipo de Armazenamento HD não volátil RAM volátil
6 Organização Disco: conjunto de pratos empilhados Dados são gravados nas superfícies desses pratos Superfícies: são organizadas em trilhas Trilhas: são organizadas em setores Cilindro: conjunto de trilhas na mesma posição setor: menor porção endereçável do disco
8 Capacidade do disco (nominal) Capacidade do setor nº bytes (Ex. 52 bytes) Capacidade da trilha nº de setores/trilha x capacidade do setor Capacidade do cilindro nº de trilhas/cilindro x capacidade da trilha Capacidade do disco nº de cilindros x capacidade do cilindro
9 Seeking Movimento de posicionar a cabeça de L/E sobre a trilha/setor desejado O conteúdo de todo um cilindro pode ser lido com único seeking É o movimento mais lento da operação leitura/escrita Deve ser reduzido ao mínimo
10 Custo de Acesso a Disco Seek time (tempo de acesso) tempo para posicionar a cabeça de leitora e gravação no cilindro correto Rotational delay (delay de rotação) tempo para rotacionar o disco para que a cabeça de leitora e gravação seja posicionada no setor correto Transfer time (tempo de transferência) tempo para transferir o dado para a memória primária
11 Sistema de Arquivos Formatação física (Disco Físico) a organização do disco em setores/trilhas/cilindros que já vem da fábrica pode ser mudada por meio de partições Formatação lógica (Disco Lógico) instala o sistema de arquivos no disco subdivide o disco em regiões endereçáveis introduz overhead relacionado ao espaço ocupado com informações para gerenciamento
12 Sistema de Arquivos Faz parte do sistema operacional (S.O.) Fornece a infraestrutura básica para a manipulação de arquivos em memória secundária via software Oferece um conjunto de operações para a manipulação de arquivos criar (create, open) renomear (rename) fechar (close) escrever dados (write) posicionar (seek) destruir ou remover (delete) abrir (open) ler dados (read) escrever dados no final (append)
13 Arquivo Físico Sequencia de bytes armazenados no disco byte = 2 o byte byte 0 = o byte byte n = (n+) byte tamanho: bytes ou 6KB
14 Página de Disco Conjunto de setores logicamente contíguos no disco Um arquivo é visto pelo sistema de arquivos como um conjunto de páginas de disco arquivos são alocados em uma ou mais páginas de disco Também chamado de bloco de disco ou cluster (livro)
15 Página de Disco Páginas de disco lógicas (0,, 3) Página 0 Página Página 2 Página bytes 4 KB 4 KB 4 KB Páginas de disco físicas Página 33 Página 2 Página 8 Página 93 4 KB 4 KB 4 KB 4 KB setores 2 a 9 trilha 3 superfície 0 prato 4 Setores setores a 8 trilha 5 superfície prato 2
16 Mapeamentos Páginas lógicas à páginas físicas depende da técnica de alocação de espaço em disco (ex.: alocação contígua, alocação encadeada e alocação indexada) Páginas físicas à setores feito por um programa especial chamado condutor de dispositivo (device driver) Toda a gerência do espaço em disco é feita pelo sistema de arquivos com base nos conceitos de páginas de disco lógicas e físicas, e não no conceito de setores.
17 Posição Corrente no Arquivo Abstração que permite a especificação de uma chamada do sistema para indicar o onde um arquivo deve ser lido ou escrito Características a leitura e escrita acontecem a partir da posição corrente a posição corrente é então avançada para imediatamente após o último byte lido ou escrito é possível informar um endereço específico a ser lido, o qual faz com que a posição corrente seja a informada no endereço
18 READ (byte 2347) posição corrente (implícita) Páginas lógicas (0,, 3) Página 0 Página Página 2 Página bytes 4 KB 4 KB 4 KB Páginas físicas Página 33 Página 2 Página 8 Página 93 4 KB 4 KB 4 KB 4 KB setores 2 a 9 trilha 3 superfície 0 prato 4 Setores setores a 8 trilha 5 superfície prato 2 Acessos: Página lógica 3, página física 93, setor, trilha 5, superfície, prato 2
19 Fragmentação Interna Perda de espaço útil decorrente da organização do arquivo em páginas de disco de tamanho fixo Exemplo Ø página de disco de 4K (4.096 bytes) necessidade de se escrever byte desperdício de bytes nessa página de disco
20 Tamanho da Página de Disco Definido pelo S.O. na formatação do disco Exemplo (FAT Windows): sempre uma potência de 2 2, 4, 8, 6 ou 32KB Determinado pelo máximo que a FAT consegue manipular, e pelo tamanho do disco FAT6: pode endereçar 2 6 clusters = clusters Quanto maior a página de disco, maior a fragmentação interna e menor o número de acessos a disco!
21 Gerenciamento de Buffer Permite trabalhar com RAM para armazenar informação sendo transferida, de modo a reduzir o número de acessos a disco Buffer área de memória volátil que armazena de forma replicada e temporária os dados armazenados no disco
22 Buffer-pool buffer-pool memória primária (RAM) disco memória secundária
23 Pesquisa procura a página no buffer-pool se encontrou então retorna a página sem realizar acessos a disco senão acessa o disco para copiar a página do disco para o buffer-pool se o buffer-pool tem espaço então copia a página do disco para o buffer-pool senão aplica uma política de substituição Exemplo: política LRU (least recently used), a qual substitui a página que foi acessada menos recentemente
24 Arquivo Conteúdo um registro de cabeçalho registros de dados Descritor do arquivo estrutura usada pelo sistema de arquivos para gerenciar cada arquivo existente exemplos de conteúdo: nome do arquivo, tipo do arquivo, tamanho em bytes, proteção, data e hora do último acesso, data e hora da criação, identificação do proprietário, local onde os dados estão armazenados,...
25 TDAA e TAAP Para tornar mais rápido o acesso aos arquivos, o sistema de arquivos mantém na memória primária uma tabela contendo os descritores de arquivos abertos por todos os processos (TDAA) uma ou mais tabelas de arquivos abertos por processo (TAAP)
26 TDAA e TAAP Cada entrada de TDAA armazena uma cópia do descritor do arquivo mantido em disco, número de processos usando o arquivo informações que não variam conforme o processo, como o tamanho do arquivo cada entrada de TAAP armazena informações que variam conforme o processo, como posição corrente, modo de abertura do arquivo
27 TDAA e TAAP FileHandle FileHandle FileHandle PosCor = 20 Leitura e escrita PosCor = 0 leitura PosCor = 35 leitura Descritor Arquivo A Descritor Arquivo B Descritor Arquivo C TDAA Arquivo A Arquivo B TAAP processo FileHandle FileHandle PosCor = 5 Leitura PosCor = 0 leitura FileHandle (arquivo lógico): consiste em um número ou um ponteiro para a entrada na TAAP associada Arquivo C TAAP processo2
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