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  • 1. “Centro Paula Souza” ETEC Vasco Antônio Venchiarutti Sistemas de Arquivos Linux GSII - Gestão de Sistemas Operacionais Turma: 2H Jefferson Henrique dos Santos João Victor Salla Daniel Luciano Cricco Peraro Ronildo Aparecido Ferreira Jundiaí/2009
  • 2. SumárioIntrodução.............................................................................................................................................3Os Sistemas de Arquivos......................................................................................................................3Journaling.............................................................................................................................................3Reiser FS..............................................................................................................................................4Ext2.......................................................................................................................................................4Ext3.......................................................................................................................................................5Ext4.......................................................................................................................................................5JFS........................................................................................................................................................6XFS.......................................................................................................................................................6SWAP...................................................................................................................................................7Conclusões............................................................................................................................................7Conclusão Jefferson:.............................................................................................................................7Conclusão João Victor:.........................................................................................................................7Bibliografia...........................................................................................................................................8
  • 3. IntroduçãoÉ por meio de um sistema de arquivos que ocorre a gravação e a recuperação dos dados em umdispositivo de armazenamento em um computador.O sistema de arquivos é independente do hardware e da BIOS, sendo especificado pelo software dosistema operacional no momento da instalação do sistema ou na configuração de dispositivos dearmazenamento adicionais posteriormente à instalação.Segundo WIRZENIUS (1998), o dispositivo de armazenamento comumente usado em umcomputador é o disco rígido. Ele é formado por pratos magnetizáveis onde os dados são gravados erecuperados por leitores eletrônicos denominados "cabeças" de leitura e gravação. O disco possuivários desses pratos giratórios. Cada face do prato possui uma cabeça de leitura e gravaçãoexclusiva. O disco possui também uma geometria lógica que permite ao computador gravar erecuperar dados nessa estrutura física.Uma vez que o sistema operacional precisa conhecer essa geometria do sistema, é necessáriosubmeter o disco a um processo denominado formatação lógica para gravar uma estrutura desistema de arquivos nele.Assim, o disco possui uma formatação determinada por um sistema de arquivos. Esse formatoespecifica o modo como os arquivos são gravados e recuperados, além de outros detalhes técnicossobre os mesmos.Os Sistemas de ArquivosOs sistemas de arquivos do GNU/Linux estão evoluindo juntamente com o kernel e outrossubsistemas de forma constante. Melhorias são introduzidas em todos os formatos de sistemassuportados pelo GNU/Linux para torná-los mais seguros, rápidos e estáveis.Dentre os mais de 20 sistemas de arquivos suportados pelo GNU/Linux, se destacam o EXT3 e oReiserFS. Diversas distribuições do GNU/Linux como Conectiva, Kurumin, SuSE, Fedora, Gentoo,Linspire, Slackware e Debian utilizam esses sistemas como sistema de arquivos padrão nainstalação.Este artigo apresenta uma descrição das características funcionais e estruturais de cada sistema, bemcomo um comparativo dessas propriedades. O entendimento dessas características é essencial para aescolha entre um ou outro formato por um administrador de sistemas GNU/Linux que tenha a tarefade configurar um sistema de arquivos ou montar partições com finalidades específicas. Palavras-chave: Sistema de arquivos, Journaling, árvores balanceadas, inode.JournalingO fsck consegue prover resultados satisfatórios, mas a correção de erros pode levar muito tempo,algo inaceitável em aplicações críticas. Além disso, se o desligamento incorreto do computadorocorreu quando dados estavam sendo gravados no disco, o fsck não conseguirá completar essesprocessos, ocasionando a perda das informações que estavam sendo gravadas.Diante desses problemas, foi apresentada uma solução viável: a utilização de sistemas de arquivoscom a tecnologia "Journaling", que possuem a capacidade de acompanhar as mudanças que serão
  • 4. feitas no sistema de arquivos (por exemplo, gravações/atualizações de dados) antes que realmentesejam feitas. Essas informações que o Journaling captura são então armazenadas em uma parteseparada do sistema de arquivos, denominada "Journal" (mas também conhecida por "registros delog"). Quando as informações são armazenadas no Journal, o sistema de arquivos aplica asmudanças registradas nele e então, remove as informações do Journal.Agora, entenda o porquê do Journaling ser uma solução eficiente para os problemas de erro. Osregistros de log são escritos antes que as mudanças efetivamente ocorram no sistema de arquivos eesses registros somente são eliminados quando as mudanças são feitas. Assim, se o computador éindevidamente desligado, o processo de montagem no próximo startup verificará se há mudançasgravadas no Journal "marcadas" como não feitas. Se houver, tais mudanças são então aplicadas aosistema de arquivos. Isso faz com que os riscos de perda de dados sejam reduzidos drasticamente.Reiser FSCriado por Hans Reiser e inicialmente mantido pela empresa The Naming System Venture(Namesys), o ReiserFS foi o primeiro sistema de arquivos com suporte a “journaling” incluído nokernel do Linux 2.4. São seus patrocinadores as empresas Novell e Linspire, embora a Novell tenhaanunciado em Outubro de 2006 que o sistema de arquivos selecionado por "default" no Suse Linuxpassou a ser o ext3.Entre suas principais características, possui tamanho de blocos variáveis, suporte a arquivos de até 1EiB de tamanho e o acesso mhash à árvore de diretórios é um pouco mais rápido que o ext3.ReiserFS usa árvores balanceadas para tornar o processo de busca de arquivos, informações sobresegurança e outros metadados mais eficientes. Para arquivos muito pequenos, seus dados podem serarmazenados próximos aos metadados, então, ambos podem ser recuperados com um pequenomovimento do mecanismo da "cabeça" de leitura do disco. Essa propriedade vai contribuir para ummelhor desempenho caso uma aplicação necessite abrir muitos arquivos pequenos rapidamente.Ext2Esta seção é baseada no documento de Card, Tso e Tweedie (1994).Linus Torvalds adaptou o sistema de arquivos do Minix, de Andrew Tanenbaum, para o Linux.Entretanto, aquele sistema tinha várias limitações, como o tamanho do volume suportado (máximode 64 MiB) e nome de arquivos (até 14 caracteres).Após a inclusão do VFS (Virtual Filesystem) no kernel, inicialmente por Chris Provenzano, depoisreescrito por Torvalds, Rémy Card criou o Ext em 1992, que foi incluído no kernel 0.96c. Essesistema de arquivos estendeu o limite do volume para 2 GiB e o tamanho do nome de arquivo para255 caracteres.O Ext ainda tinha alguns problemas, como a falta de suporte a modificação em nós-i e no tempo demodificação do arquivo. E com o uso, o sistema ficava fragmentado e lento. No início de 1993foram disponibilizados 2 novos sistemas: o XiaFS, de Frank Xia, também baseado no Minix; e oExt2, de Rémy Card e Stephen Tweedie, baseado no Ext, que tornou-se o sistema de arquivospadrão para instalações Linux.O Ext2 foi projetado e implementado para corrigir as deficiências do Ext e prover um sistema que
  • 5. respeitasse a semântica UNIX (CARD, TSO e TWEEDIE, 1994). Essa influência do UNIX podeser vista na utilização de grupos de blocos, que são análogos aos grupos de cilindros utilizados peloUFS.O bloco, que consiste num conjunto de setores (cada setor tem 512 bytes), é a menor unidade dealocação para o Ext2. O tamanho pode ser de 1.024, 2.048 ou 4.096 bytes e é definido naformatação.Ext3Existem vários sistemas de arquivos disponíveis com a tecnologia Journaling, como o XFS,desenvolvido originalmente pela Silicon Graphics e posteriormente disponibilizado com códigoaberto, o ReiserFS, desenvolvido especialmente para Linux, JFS, desenvolvido originalmente pelaIBM mas também liberado com código aberto, e o mais conhecido deles: o ext3, desenvolvido peloDr. Stephen Tweedie juntamente com outros colaboradores, na Red Hat, e que veremos agora.O sistema de arquivos ext3 é basicamente o sistema de arquivos ext2 com recursos de Journaling.Talvez, essa seja a razão de seu uso amplo: ele é totalmente compatível com ext2 (que foi umsistema de arquivos muito usado), o que nenhum outro sistema de arquivos baseado em Journalingé.O ext3 passou a ser efetivamente suportado pelo kernel do Linux a partir da versão 2.4.Conseqüentemente, todas as distribuições Linux lançadas com esse kernel ou superior, tem suportepadrão para ext3.No ext3, o código de Journaling usa uma camada chamada "Journaling Block Device" (JBD). AJBD foi criada com o propósito de implementar Journal em qualquer tipo de dispositivo com baseem blocos de dados. Por exemplo, o código ext3 informa e "pede autorização" à JDB para efetuar asmudanças, antes de modificar/adicionar qualquer dado no disco. Sendo assim, é o JDB queverdadeiramente "gerencia" o Journal. O fato mais interessante disso é que, a JDB funciona comouma entidade independente, permitindo que não só o ext3 a use, mas também outros sistemas dearquivos.A JDB utiliza um método diferente de outros Journalings para recuperação de informações. Aoinvés de armazenar as informações em bytes que depois devem ser implementados, a JDB grava ospróprios blocos modificados do sistema de arquivos. Assim, o ext3 também armazena "réplicas"completas dos blocos modificados em memória para rastrear as operações que ficaram pendentes. Adesvantagem desta forma de trabalho é que o Journal acaba sendo maior. No entanto, o ext3 nãoprecisa lidar com a complexidade dos Journalings que trabalham gravando bytes.Ext4Em junho de 1996, Theodore Tso propôs a divisão (fork) do desenvolvimento do Ext3. Esse passofoi necessário para atender às discussões em torno da evolução do Ext3. Mingming Cao, dentreoutros, citou a limitação desse sistema de arquivos por causa do uso de variáveis de 32 bits eindicou que já haviam esforços para aumentar o tamanho daquelas variáveis para 48 bits. O Ext4 foiincluído (marcado como "em desenvolvimento") no kernel 2.6.19.Mathur et al, no "Ottawa Linux Symposium" de 2007, descreveram as principais características a
  • 6. serem implementadas no Ext4, e mostraram a razão de não desenvolverem um sistema de arquivosinteiramente novo -- a compatibilidade com o Ext3, por causa de sua base instalada.O Ext3 suporta sistemas de arquivos com tamanho menor que 16 TiB, usando blocos de 4 KiB (212bytes). Esse limite é definido por uma variável de 32 bits no superbloco -- o valor máximosuportado exato é de (232-1) * 212 bytes. O tamanho de arquivo é limitado por uma variável de 32bits no nó-i -- um contador de setores, daí a limitação em 2 TiB ((232 - 1) * 512 bytes).A primeira providência para aumentar aqueles valores foram: (i) aumentar o contador de blocos nosuperbloco para 64 bits -- isso permitiria um sistema de arquivos com ~64 ZiB (~276 bytes = ~264* 212 bytes); (ii) alterar a contagem de setores para blocos no nó-i -- permitindo arquivos com até~16 TiB ((232-1) * 212 bytes).Entretanto, o limite para o tamanho do volume é determinado pela alocação de espaço, que no Ext4é definido por extensões, que usam 48 bits, o limite para o volume é de 1 EiB ((248-1) * 212 bytes).A partir do kernel 2.6.25, em 2008, foram adicionados 16 bits ao contador de blocos do arquivo, nonó-i. Assim um arquivo no Ext4 tem um limite atual de 1 EiB, o mesmo do volume.JFSO JFS (Journaling FileSystem) é um sistema de arquivos desenvolvido pela IBM, disponível emlicença open-source, com o intuito de ser utilizado nos "UNIXes" que a IBM vendia. Além depossuir journal, ele permite que as partições do sistema sejam redimensionadas sem que sejanecessário desligar o computador.O sistema de arquivos JFS também usa a estrutura inode para armazenar a localização dos blocos decada arquivo nas estruturas físicas do disco, a versão JFS2 armazena esses inodes em uma árvorebinária para acelerar o acesso a essas informações. Esses blocos podem variar de 512 a 4096 bytes,e a alocação dos inodes é feita conforme é necessário.Entretanto, inicialmente o JFS sofreu uma perda de credibilidade devido a constantes instabilidadese bugs, caso este que atualmente encontra-se resolvido e assim muito estável.XFSO XFS é um sistema de arquivos inicialmente desenvolvido pela Silicon Graphics, Inc. para o seusistema operacional IRIX. Posteriormente teve seu código fonte liberado e foi adaptado parafuncionar no Linux.O XFS é um sistema de arquivos desenvolvido em 64 bits, compatível com sistemas de 32 bits. Emplataformas de 64 bits, possui um limite de tamanho de 8 EiB para um volume e para cada arquivo;em 32 bits, usando moldura de página de 4 KiB, o tamanho máximo do volume ou de um arquivo élimitado a 16 TiB.Efetua alocação por extensões (v. abaixo) em vez de alocação por blocos.Usa alocação dinâmica de nós-i.É um sistema de arquivos com journaling.
  • 7. SWAPNo Linux, a partição swap é uma extensão da sua memória RAM. Se você tem 16 Mb de RAM e 16MB de Swap, você possui 32 Mb de memória virtual. Uma partição swap única pode ter no máximo128Mb. Na verdade ela pode até ser maior, mas o espaço extra não será usado. Se você planeja termais do que 128 Mb de swap, crie partições múltiplas de swap. O tamanho da sua swap você temque decidir, essa decisão vai depender do que pretende rodar no seu computador. Para umautilização doméstica recomenda-se o dobro da sua memória RAM.Para grandes servidores com troca de arquivos (emails, news, arquivos temporários) grande, sãorecomendados uma série de cuidados para criação da tabela de partições. Sempre tendo em menteque memória RAM é rápida e swap é muito mais lento. É usado uma partição para os arquivosbinários do Linux, os diretorios /bin, /sbin/, /usr/bin/, /usr/sbin e outros. Arquivos que raramente (oununca) são alterados. Coloca-se a partição SWAP no meio do disco. E o restante para arquivos queirão sair tão rápido como chegaram, como: /var/spool/mail, /var, /var/spool/lpd.A partição SWAP no meio do Disco é recomendado para que a distancia entre qualquer parte dodisco até ela seja rápido. Então, se o ponteiro do HD estiver na última track do Disco vai andar até ametade para ler a SWAP. Assim como se estiver no inicio, vai andar até a metade.ConclusõesConclusão Jefferson:Em sistemas EXT2 sem journal as falhas e erros são corrigidos com o utilitário fsck. Apesar dosresultados satisfatórios de correção e recuperação desse utilitário, em sistemas de altadisponibilidade o tempo gasto para solucionar inconsistências é um transtorno. Há uma demora paraconcluir a checagem, já que todos os arquivos são analisados por referências cruzadas. Essaabordagem somente funciona bem para inconsistências comuns.Conclui-se desta forma que o uso de um sistema de arquivos sem journal é atualmente inaceitávelpara os padrões de disponibilidade e principalmente em relação à questão de segurança dos dados.Eu escolheria o Sistema de arquivos ReiserFs ou Ext3 para a instalação do meu Linux.Conclusão João Victor:A abordagem dos sistemas com "journal" economiza bastante tempo e contribui para melhorar oíndice de disponibilidade de sistemas críticos que não podem ficar indisponíveis por muito tempo.Essa característica é atendida satisfatoriamente tanto pelo EXT3 quanto pelo ReiserFS.No quesito velocidade de acesso à árvore de diretórios, o ReiserFS é mais rápido que o EXT3devido aos algoritmos otimizados. Conforme PISZCZ (2004) em seus testes comparativos.
  • 8. BibliografiaINFOWESTER. Sistema de Arquivo EXT3. Disponível emhttp://www.infowester.com/linext3.phpAcesso em Abril de 2009WIKIPEDIA. Sistema de Arquivo EXT2. Disponível emhttp://pt.wikipedia.org/wiki/Ext2Acesso em Abril de 2009WIKIPEDIA. Sistema de Arquivo EXT4. Disponível emhttp://pt.wikipedia.org/wiki/Ext4Acesso em Abril de 2009.WIKIPEDIA. Sistema de Arquivo JFS. Disponível emhttp://pt.wikipedia.org/wiki/JFSAcesso em Abril de 2009.WIKIPEDIA. Sistema de Arquivo XFS. Disponível emhttp://pt.wikipedia.org/wiki/XFSAcesso em Abril de 2009.Viva o Linux. Sistema de Arquivo SWAP. Disponível emhttp://www.vivaolinux.com.br/perguntas/verPergunta.php?codigo=17036Acesso em Abril de 2009.

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