5.2 - Armazenamento em Disco

CEFET-RS
Curso de Eletrônica
5.2 - Armazenamento em Disco
Aspectos Lógicos
Formatação e Sistemas de Arquivos
Organização de Computadores
Profs. Roberta Nobre & Sandro Silva
[email protected] e [email protected]
CEFETRS - Eletrônica
Organização de Computadores
Unidade 05.2.1
Prof. Roberta Nobre & Sandro Silva
Formatação
Formatação Física:
sica diz respeito à organização física do
disco, ou seja, as regiões onde podem ser armazenados
os bits.
• Posição das trilhas (cilindros);
• Quantidade de setores por trilha Æ ZBR;
• Tamanho de cada setor (normalmente 512 bytes);
• Interleave;
• Parking Zone;
Formatação Lógica:
gica diz respeito aos valores armazenados
no disco. É feita pelo sistema operacional;
• Setor de boot;
• Organização dos arquivos no disco;
CEFETRS - Eletrônica
Organização de Computadores
Unidade 05.2.2
Prof. Roberta Nobre & Sandro Silva
Interleave
Interleave 1:1
1
2
3
4
5
6
7
8
9
10
11
12
13
14
15
16
17
2
8
14
3
9
15
4
10
16
5
11
17
6
12
10
13
16
2
5
8
11
14
17
3
6
9
12
15
Interleave 1:3
1
7
13
Interleave 1:6
1
4
7
CEFETRS - Eletrônica
Organização de Computadores
Unidade 05.2.3
Prof. Roberta Nobre & Sandro Silva
Interleave
9
8
7
15
8
5
1
CEFETRS - Eletrônica
Organização de Computadores
2
13
7
4
3
2
5
11
1
9
6
16
13
16
14
10
12
15
3
4
10
11
14
17
17
Unidade 05.2.4
6
12
Prof. Roberta Nobre & Sandro Silva
Um setor
Tamanho típico (bytes)
Nome
Descrição
13 (todos em 00H)
VFO Sync
Sincroniza o clock
1
Sync Byte
Indica a existência de dados
1
Address Mark
Indica a existência de endereço de setor
2
Cylinder Number
Define o cilindro
1
Head Number
Define a cabeça de leitura/gravação
1
Sector Number
Define o setor
2
CRC
Código de correção de erros no endereço
3 (todos em 00H)
Write Turn On Gap
Para chaveamento de leitura para escrita
13 (todos em 00H)
Data VFO Sync
Sincroniza o clock
1
Sync Byte
Indica a existência de dados
1
Data Mark
Indica a existência de dados
512
Data
Dados
4
ECC
Código de correção de erros nos dados
13 (todos em 00H)
Write Turn On Gap
Para chaveamento de escrita para leitura
15 (todos em 00H)
Inter-record Gap
Para compensação de desvios de
velocidade
CEFETRS - Eletrônica
Organização de Computadores
Unidade 05.2.5
Prof. Roberta Nobre & Sandro Silva
Formatação Lógica
É a Formatação feita pelo sistema operacional;
• setor de boot Æ carga do sistema operacional;
• sistema de arquivos Æ como os arquivos são organizados
no disco e como são encontrados;
Sistemas de arquivos:
FAT
•FAT12
•FAT16
•FAT32
NTFS
CEFETRS - Eletrônica
Organização de Computadores
EXT3
HFS
OS2
Unidade 05.2.6
Prof. Roberta Nobre & Sandro Silva
Sistema por FAT
FAT : File Allocation Table
1ª FAT
2ª FAT
Setor
de BOOT
(512 bytes)
CEFETRS - Eletrônica
Organização de Computadores
ROOT DIR
Unidade 05.2.7
Área de
dados
(clusters)
Prof. Roberta Nobre & Sandro Silva
Setor de BOOT (FAT)
Corresponde ao primeiro setor lógico do disco;
Possui:
• Parâmetros do disco lógico;
offset
tamanho
Descrição
03H
8 bytes
String de identificação do sistema
0BH
1 word
Número de bytes por setor
0DH
1 byte
Número de setores por cluster
0EH
1 word
Número de setores na área reservada
10H
1 byte
Número de cópias da FAT
11H
1 word
Número de entradas no diretório raiz
13H
1 word
Número total de setores
15H
1 byte
Descritor DOS (media descriptor)
16H
1 word
Número de setores por FAT
18H
1 word
Número de setores por trilha
1AH
1 word
Número de cabeças
1CH
1 word
Número de setores escondido
CEFETRS - Eletrônica
Organização de Computadores
Unidade 05.2.8
Prof. Roberta Nobre & Sandro Silva
Setor de BOOT (FAT)
Corresponde ao primeiro setor lógico do disco;
Possui:
• Parâmetros do disco lógico;
• Programa de carga do sistema operacional;
• ou programa de identificação do sistema operacional;
CEFETRS - Eletrônica
Organização de Computadores
Unidade 05.2.9
Prof. Roberta Nobre & Sandro Silva
Setor de ROOT DIR (FAT)
Diretório raiz do disco
Possui n entradas de arquivos. Cada entrada apresenta:
offset
tamanho
Descrição
00H
8 bytes
Nome do arquivo (ASCII)
08H
3 bytes
Extensão do nome do arquivo (ASCII)
0BH
1 byte
atributos
0CH
10 bytes
Reservado
16H
1 word
Hora
18H
1 word
Data
1AH
1 word
Cluster inicial
1CH
1 Dword
Tamanho do arquivo
Em FAT16 Æ 512 entradas de arquivos.
CEFETRS - Eletrônica
Organização de Computadores
Unidade 05.2.10
Prof. Roberta Nobre & Sandro Silva
Setor de ROOT DIR (FAT)
Diretório raiz do disco
Possui n entradas de arquivos. Cada entrada apresenta:
offset
tamanho
Descrição
00H
8 bytes
Nome do arquivo (ASCII)
08H
3 bytes
Extensão do nome do arquivo (ASCII)
0BH
1 byte
atributos
0CH
10 bytes
Reservado
16H
1 word
Hora
18H
1 word
Data
1AH
1 word
Cluster inicial
1CH
1 Dword
Tamanho do arquivo
Data = ((ano-1980)*512+mês*32+dia
Hora = hora*2048+min*32+seg/2
CEFETRS - Eletrônica
Organização de Computadores
Unidade 05.2.11
Nome iniciado
por E5H indica
arquivo deletado
Nome iniciado por
00H indica fim da
lista de arquivos
Bit 0 – read only
Bit 1 – hidden
Bit2 – system
Bit 3 – disc label
Bit 4 – directory label
Bit 5 - archive
Prof. Roberta Nobre & Sandro Silva
FAT
É uma tabela utilizada para mostrar o encadeamento dos
arquivos na área de dados.
A área de dados é dividida em clusters e um cluster sempre é
um múltiplo de 1 setor;
Cada entrada na FAT pode ter 12 bits, 16 bits ou 32 bits;
FAT12 Æ 212-11 entradas = 212-11 clusters = 4.085 clusters
FAT16 Æ 216-11 entradas = 65.525 clusters
FAT32 Æ 232-11 entradas = 4.294.967.285 clusters
Cada cluster pode ter 1, 2, 4, 8, 16, 32 ou 64 setores;
CEFETRS - Eletrônica
Organização de Computadores
Unidade 05.2.12
Prof. Roberta Nobre & Sandro Silva
Limitações ocasionadas pela FAT
64 setores Æ 32KB
FAT12 Æ 4.085 clusters Æ 32K * 4085 = 127,6 MB
FAT16 Æ 65.525 clusters Æ 2 GB
FAT32 Æ 4.294.967.285 clusters Æ 128 TB
CEFETRS - Eletrônica
Organização de Computadores
Unidade 05.2.13
Prof. Roberta Nobre & Sandro Silva
Funcionamento da FAT
Cada cluster na área de dados possui uma correspondente
entrada na FAT.
exemplo: FAT12 com clusters de 4Kbytes;
Nome do arquivo
TESTE
Extensão
txt
Cluster inicial
005
Tamanho
5033
002
FAT
003
004
005
000H – cluster livre
FF7H – bad cluster
FFFH – fim de arquivo
006
007
008
009
00A
00B
00C
00D
00E
00F
010
011
003 004 FFF 006 FFF 000 000 000 FF7 000 000 000 000 000 000 000
área de dados do disco
CEFETRS - Eletrônica
Organização de Computadores
Unidade 05.2.14
Prof. Roberta Nobre & Sandro Silva
Funcionamento da FAT
Cada cluster na área de dados possui uma correspondente
entrada na FAT.
exemplo: FAT12 com clusters de 4Kbytes;
Nome do arquivo
TESTE
Nome do arquivo
ARQ1
Extensão
txt
Extensão
txt
Cluster inicial
005
Cluster inicial
007
Tamanho
5033
Tamanho
10000
002
FAT
003
004
005
006
007
008
009
00A
00B
000H – cluster livre
FF7H – bad cluster
FFFH – fim de arquivo
00C
00D
00E
00F
010
011
003 004 FFF 006 FFF 008 009 FFF FF7 000 000 000 000 000 000 000
área de dados do disco
CEFETRS - Eletrônica
Organização de Computadores
Unidade 05.2.15
Prof. Roberta Nobre & Sandro Silva
Funcionamento da FAT
Cada cluster na área de dados possui uma correspondente
entrada na FAT.
exemplo: FAT12 com clusters de 4Kbytes;
Nome do arquivo
TESTE
Nome do arquivo
ARQ1
Extensão
txt
Extensão
txt
Cluster inicial
005
Cluster inicial
007
Tamanho
12343
Tamanho
10000
002
FAT
003
004
005
006
007
008
009
00A
00B
000H – cluster livre
FF7H – bad cluster
FFFH – fim de arquivo
00C
00D
00E
00F
010
011
003 004 FFF 006 00B 008 009 FFF FF7 00C FFF 000 000 000 000 000
área de dados do disco
CEFETRS - Eletrônica
Organização de Computadores
Unidade 05.2.16
Prof. Roberta Nobre & Sandro Silva
Problemas da FAT
A FAT é a área com as informações mais sensíveis do disco.
Qualquer manipulação indevida pode causar vários tipos de
erros.
Ex:
• Cadeia muito curta para o tamanho do arquivo;
• Cadeia muito longa para o tamanho do arquivo;
• Dois (ou mais) arquivos com clusters em comum (referência
cruzada);
• Cadeia de clusters na FAT que não pertencem a nenhum
arquivo;
• 1ª FAT com dados diferentes da 2ª FAT;
• Etc...
CEFETRS - Eletrônica
Organização de Computadores
Unidade 05.2.17
Prof. Roberta Nobre & Sandro Silva
Fragmentação de dados
área de dados do disco
Arquivo fragmentado em duas porções
Solução: desfragmentação programada (defrag, Norton speed disk)
cluster
4Kbytes
Arquivo de 200 bytes
utilização
ocupação
Solução: utilizar clusters menores
CEFETRS - Eletrônica
Organização de Computadores
Unidade 05.2.18
Prof. Roberta Nobre & Sandro Silva
B+ Tree
Cada nodo armazena os ponteiros para os outros nodos
CEFETRS - Eletrônica
Organização de Computadores
Unidade 05.2.19
Prof. Roberta Nobre & Sandro Silva
Journaling
Journaling (ou journalling) file system
•Arquivo de log contendo todas as alterações que irá realizar.
•Arquivo de log armazenado em uma área de alocação especial.
•Durante inicialização:
•Verifica arquivo de log.
•Atualiza arquivo de log.
•Sistemas de arquivos são estruturas de dados muito grandes
•Atualização normalmente requerem muitas operações
individuais de escrita.
•Em caso de interrupção da operação do sistema (ex: falta de
energia ou falha do sistema), o sistema de arquivos pode ficar
em um estado intermediário inválido.
CEFETRS - Eletrônica
Organização de Computadores
Unidade 05.2.20
Prof. Roberta Nobre & Sandro Silva
NTFS
NTFS - New Technology File System
•Suporte a metadados
•Estrutura de dados avançada
•B+ Tree para indexação dos arquivos e diretórios
•Maior complexidade
•Maior rapidez de acesso
•Journaling
Tamanho máximo de arquivos
Número máximo de arquivos
Máximo tamanho do nome do arquivo
Máximo tamanho do volume
Caracteres permitidos (nome do arquivo)
CEFETRS - Eletrônica
Organização de Computadores
Unidade 05.2.21
Intellectual
Property
Licensing
16 TiB
32
4,294,967,295 (2 -1)
255 caracteres
256 TiB
Qualquer - exceto '\0' (NULL) e '/'
Prof. Roberta Nobre & Sandro Silva
NTFS
MFT – Master File Table
•Diretório raiz do sistema
•Contém os metadados sobre cada arquivo ou diretório
Parâmetros:
•Nome do arquivo
•Data de criação
•Localização
•Tamanho
•Permissões
•Etc...
•Sistema de indexação de arquivos utilizando B+ tree
•Maior complexidade
•Maior rapidez no acesso
CEFETRS - Eletrônica
Organização de Computadores
Unidade 05.2.22
Prof. Roberta Nobre & Sandro Silva
NTFS V3.0 - características
Alternate data streams (ADS) Æ associa arquivos a data stream específicos (impede a leitura
sem o data stream específico)
Quotas de uso disco Æ cada usuário tem seu espaço em disco individual e limitado
Suporte a arquivos esparsos Æ suporte para arquivos contendo muitos zeros
Volume mount points Æ permite que outros sistemas de arquivos sejam montados sem a
necessidade de utilizar um drive separado (como c: ou d:)
Hierarchical Storage Management (HSM) Æ transfere arquivos não utilizados (por longos
períodos de tempo) para outros locais de armazenamento.
Native Structured Storage (NSS) Æ permite a transferência de arquivos em formato multistream para volumes não formatados com NTFS
Volume Shadow Copy (VSC) Æ mantém versões anteriores de arquivos e pastas (.OLD)
File compression Æ utiliza uma variante do algoritmo LZ77 (utilizado no ZIP). Acesso a
arquivos comprimido é transparente ao usuário
Single Instance Storage (SIS) Æ vários arquivos idênticos podem ser convertidos em um
único arquivo instanciado em diversos diretórios.
Encrypting File System (EFS) Æ criptografia de arquivos e pastas de forma transparente.
Symbolic links Æ introduzidos no Windows Vista
Transactional NTFS Æ permite utilização simultânea de arquivos de grupos de usuarios
CEFETRS - Eletrônica
Organização de Computadores
Unidade 05.2.23
Prof. Roberta Nobre & Sandro Silva