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Nomes:

Super Shellgio 2000

Vocês está cansado de usar seu sistemas de arquivos ou shell e ele não funcionar?

Seus problemas acabaram!

Chegou o Super Shellgio 2000!

O shell + sistema de arquivos que faltava em sua vida! Onde anotar uma lista de supermercado se torna uma tarefa extremamente simples! Vamos ver funcionando para esse exemplo!

Ex: Lista de supermercado

  • Vida Real
    • Pegar um papel
    • Pegar uma caneta
    • Anotar

Horrivelmente complicado! Vamos ver agora na simplicidade do Super Shellgio 2000:

  • Super Shellgio 2000
    • ./main - Começa o programa
      • init - formata o disco caso não tenha sido feito ainda!
      • load - carrega a FAT se o init já tivesse sido executado alguma vez!
    • create /<NOME_DA_LISTA> - cria um arquivo para escrever!
    • write "<CONTEUDO>" /<NOME_DA_LISTA> - escreve na lista!
    • exit - sai do programa!

Agora vocês pode ir ao supermercado sabendo que sua lista está salva na segurança de seu computador, olha que simples!

Outros comandos

  • mkdir /<NOME_DO_DIRETORIO> - criar uma entrada de diretório
  • unlink /<NOME_DE_DIRETORIO_OU_ARQUIVO> - remover arquivo ou diretório
  • append "<CONTEUDO>" /<NOME_DO_ARQUIVO - adiciona mais coisas em um arquivo que já existe
  • ls /<NOME_DO_DIRETORIO> - lista todos arquivos ou diretórios que existem naquele diretório
  • read /<NOME_DO_ARQUIVO> - mostra na tela o conteudo de um arquivo

Comandos secretos

Conteúdo exclusivo do Super Shellgio 2000!

  • doge
  • sergio
  • paidefamilia

Descobrir o que esses comandos fazem será deixado como exercício ao leitor.

Instalação

Apenas execute make na raiz do projeto.

Sistemas Operacionais - Trabalho Prático II

Sistema de arquivos FAT e um simples shell

O segundo trabalho prático da disciplina de Sistemas Operacionais consiste na implementação de um simulador de um sistema de arquivos simples baseado em tabela de alocação de 16 bits (FAT) e um shell usado para realizar operações sobre este sistema de arquivos. O sistema de arquivos virtual de arquivos deverá ser armazenado em uma partição virtual e suas estruturas de dados mantidas em um único arquivo nomeado fat.part.

A partição virtual teria um tamanho total determinado por:

  • 512 bytes por setor;
  • cluster de 1024 bytes (2 setores por cluster);
  • 4096 clusters;

Dessa forma, seu tamanho pode ser calculado por 512 bytes por setor * 2 setores por cluster * 4096 clusters = 4MB. Os dados devem ser alocados sempre em clusters, ou seja, um arquivo ocupará básicamente no mínimo um cluster (1024 bytes) no sistema de arquivos virtual.

O primeiro cluster é definido como boot block, e conterá informações referentes ao volume (partição). Por motivos de simplificação, o boot block terá o tamanho de 1 cluster (1024 bytes) e não 1 setor (512 bytes) como seria o usual, e deve ser preenchido com o valor 0xbb. A FAT terá um tamanho determinado por 4096 clusters de dados * 2 bytes por entrada (16 bits) = 8192 bytes (8 clusters). Inicialmente a FAT será inicializada com valores definidos adiante. O diretório root estará localizado logo após a FAT e terá um tamanho de 1 cluster (assim como todos os outros diretórios). O diretório root possui um conjunto de entradas de diretório que podem apontar para outros diretórios ou arquivos. Inicialmente, as entradas de diretório devem estar livres, inicializando-se todas as estruturas com 0x00.

Sistema de Arquivos e FAT

Após a FAT e o diretório root, encontra-se a seção de dados contendo o restante dos clusters. Outros diretórios (e sub-diretórios) são definidos como clusters que possuem diversas entradas de diretório (assim como o diretório root), possuindo uma estrutura apresentada adiante.

Detalhes sobre o sistema de arquivos

O sistema de arquivos possui uma série de limitações, que foram determinadas com o intuito de simplificar a implementação do trabalho. A primeira limitação refere-se ao tamanho da FAT, onde é possível armazenar apenas 4096 entradas para blocos, o que limita o tamanho da partição virtual em 4MB. Lembre que a FAT é um "mapa" que representa a estrutura dos blocos da partição. Se mais entradas fossem necessárias (para um disco maior), seriam necessários blocos adicionais para a FAT. A segunda limitação refere-se ao número de entradas de diretório em cada nível da árvore. Cada entrada ocupa 32 bytes, o que limita o número de entradas de diretório em 32, tanto no diretório raiz quanto em sub-diretórios (os diretórios possuem tamanho de um bloco e não podem ser aumentados).

Não será permitido o uso de trapaças para a manipulação das estruturas de dados (como ler todo o sistema de arquivos para a memória para manipular as estruturas). Deve-se ler e escrever sempre utilizando a unidade cluster, independente de ser um diretório ou bloco de dados de arquivo. A FAT pode ser lida/gravada completamente no disco (para fim de simplificação). Sugere-se manter dois blocos de dados em memória - FAT (8 blocos) e um bloco para entradas de diretório ou dados. Não esqueça de após manipular a FAT ou dados de atualizar o sistema de arquivos virtual nas entradas de diretório. Lembre-se que o sistema precisa manter-se consistente, ao ponto de poder ser recuperado a qualquer instante.

Informações sobre o valor das entradas na FAT de 16 bits:

0x0000                -> cluster livre
0x0001 - 0xfffc       -> arquivo (ponteiro p/ proximo cluster)
0xfffd                -> boot block
0xfffe                -> FAT
0xffff                -> fim do arquivo

Informações sobre a estrutura das entradas de diretório:

18 bytes         -> nome do arquivo
1 byte           -> atributo do arquivo
7 bytes          -> reservado
2 bytes          -> numero do primeiro cluster ocupado
4 bytes          -> tamanho do arquivo
Byte de atributo do arquivo - valor:  0 - arquivo, 1 - diretório.

Tipos e estruturas pré-definidas (usadas como referência)

/* entrada de diretorio, 32 bytes cada */
typedef struct{
	uint8_t filename[18];
	uint8_t attributes;
	uint8_t reserved[7];
	uint16_t first_block;
	uint32_t size;
} dir_entry_t;
/* 8 clusters da tabela FAT, 4096 entradas de 16 bits = 8192 bytes*/
uint16_t fat[4096];

/* diretorios (incluindo ROOT), 32 entradas de diretorio
com 32 bytes cada = 1024 bytes ou bloco de dados de 1024 bytes*/
union{
	dir_entry_t dir[CLUSTER_SIZE / sizeof(dir_entry_t)];
	uint8_t data[CLUSTER_SIZE];
} data_cluster;

Depuração

Sugere-se utilizar a ferramenta de sistema hexdump (com o modo canonical) para realizar a depuração e visualização das estruturas de dados do sistema de arquivos virtual. Esta ferramenta faz parte do sistema Linux.

Detalhes sobre o shell

Um pequeno shell deve ser implementado para a manipulação do sistema de arquivos. Este shell deve oferecer recursos para a carga do sistema de arquivos e manipulação de diretórios e arquivos. Os seguintes comandos devem ser implementados no shell:

  • init - inicializar o sistema de arquivos com as estruturas de dados, semelhante a formatar o sistema de arquivos virtual
  • load - carregar o sistema de arquivos do disco
  • ls [/caminho/diretorio] - listar diretório
  • mkdir [/caminho/diretorio] - criar diretório
  • create [/caminho/arquivo] - criar arquivo
  • unlink [/caminho/arquivo] - excluir arquivo ou diretório (o diretório precisa estar vazio)
  • write "string" [/caminho/arquivo] - escrever dados em um arquivo (sobrescrever dados)
  • append "string" [/caminho/arquivo] - anexar dados em um arquivo
  • read [/caminho/arquivo] - ler o conteúdo de um arquivo

Entrega e apresentação

O trabalho deverá ser realizado em duplas. Qualquer linguagem de programação pode ser utilizada (preferencialmente C ou C++) para o desenvolvimento do trabalho, desde que as estruturas de dados que implementam o sistema de arquivos sejam manipuladas e armazenadas de acordo com a especificação. A entrega do trabalho deverá ser realizada pelo moodle em um arquivo .tar.gz contendo a implementação, instruções de uso e nome dos integrantes. A apresentação do trabalho será realizada em aula.