linux - um estudo de caso

Universidade Federal de Mato Grosso

Linux: Um estudo de

caso

Tiago Roberti Sampaio

www.trsampaio.com


Linux: Um estudo de caso


Introdução

Sistema de Arquivos

Processos

Gerenciamento de Memoria

Entrada/Saída


História do Linux

Uma breve história...


Licença

A liberdade nº 0

A liberdade nº 1

A liberdade nº 2

A liberdade nº 3


Família Linux


Processos

Comunicação Entre Processos

Implementação de um processo

Escalonamento


Processos

Único thread de controle inicial (único Program Counter)

Executa um único programa


Processos

Daemon

Cron

Cron é necessário?


ProcessosChamadas relacionadas

Fork: Filho = Pid = 0.

pid_t fork(void);



Getpid: Fornece o Pid do processo.

pid_t getpid(void);



Waitpid: Chamada bloqueante.

pid_t waitpid(pid_t pid, int *status, int options);

0, espera qualquer processo do grupo

-1, espera qualquer processo

>0, espera o processo nº pid



Exec: Substitui a imagem.

execl, execlp, execle, execv, execvp, execvpe – executa um arquivo

int execvp(const char *file, char *const argv[]);

Cria uma instância do shell para buscar o arquivo *file

Diretório padrão /usr/bin/



Sigaction: Modifica a ação de um sinal recebido pelo processo.

Signal vs Sigaction: Interrupções durante a execução do *handler.


Comunicação Inter-Processos

Uso do Pipe: Bloqueante.

Uso de Signals.


ProcessoImplementação

Task_struct: Representação de um processo.

PCB: Lista duplamente encadeada no núcleo.

Criado pela chamada Fork().

Copy on Write


ProcessoImplementação

Thread: Multi-thread no núcleo.

Chamada Clone: Útil na implementação de threads


ProcessoEscalonamento

Chaveamento.

FIFO: Não preemptivo.

Circular: Preemptivo e utiliza o quantum.

Tempo Compartilhado: Prioridades.


ProcessoEscalonamento

Runqueue: faz uso de dois vetores.

Ativo.

Expirado: limite quantum excedido.



Chamadas de sistema relacionadas

Implementação do Gerenciador

Gerenciador de memória física

Mecanismo de alocação de memória

Paginação no linux

PFRA



Espaço de endereçamento é composto de código, dados e pilha.

Código (instruções de máquina, tamanho fixo)

Dados (variáveis dinâmicas)

Pilha (variáveis de ambiente: argumentos da linha de comando)


Chamadas de Sistema Relacionadas

Mmap: mapeia um bloco para a memória

Munmap: remove um arquivo mapeado

Bkr: Altera o tamanho do segmento de dados


Implementação do Gerenciador

Cada processo recebe 3GB de espaço virtual. (32 bits)

E 1GB reservado para a tabela de páginas e dados do núcleo.

Um novo espaço pode ser criado com Fork+Escrita e modificado pelo Exec.


Gerenciamento de Memória Física

Três zonas de memória:

ZONE_DMA: para operações DMA.

ZONE_NORMAL: páginas normais.

ZONE_HIGHMEM: páginas com endereços altos e não permanentemente mapeadas.

O kernel mantém um estrutura de zonas para cada um.


Gerenciamento de Memória Física

Memória Principal formada por:

Núcleo.

Mapa de Memória.

Moldura de páginas.


Mecanismo de alocação de Memória

O espaço de endereçamento se encontra dividido em áreas homogêneas contíguas e alinhadas em página.

Separa e gerencia unidades fatiadas .


Paginação no Linux

Implementada pelo núcleo e outra parte por um processo chamado daemon de paginação

O Linux faz distinção entre quatro tipos de páginas:

Não recuperáveis;

Trocável;

Sincronizável;

Descartável;


PFRA

Responsável por manter o reabastecimento de páginas livres a serem usadas .

Ele tenta recuperar as páginas mais fáceis e depois as mais difíceis.

Durante o PFRA as páginas ficam ativas ou inativas.

As inativas podem sofrer despejo.


Entrada e Saída

Transmissão de rede

Chamada de sistema para E/S

Implementação E/S

Módulos


Entrada e Saída

Arquivos especiais (/dev).

Esses arquivos são divididos em duas categorias:

Blocos;

Caracteres;

Cada dispositivo tem um número associado (primário/secundário)


Dispositivos


Transmissão de Rede

Implementada em soquetes. Estes são os tipos mais comuns:

1) Fluxo confiável de bytes orientado a conexão;

2) Fluxo confiável de pacotes orientado à conexão;

3) Transmissão não confiável de pacotes;

TCP e UDP


E/SChamadas de Sistema

Apesar de cada dispositivo ter um arquivo especial associado a ele, não necessita sempre de chamadas especiais para ser acessado.


Implementação E/S

Feita por um conjuntos de drivers e cada dispositivo tem seu próprio. Sua função é interfacear o dispositivo e o núcleo.


Módulos

Módulos são trechos de códigos que podem ser carregados enquanto o sistema está em execução


Sistemas de arquivos

História

I-Nodes

Implementação

Principais Sistemas de arquivos suportados


Estrutura dos I-Nodes

Permissões do arquivo

Tipo

identificação do grupo relativo e do dono

tempos (último acesso, última alteração do i-node, última alteração do arquivo, etc.)

contador de referências (quando uma referência do arquivo é apagada o contador de referências é decrementado, quando esse contador chega a zero, o i-node e os blocos alocados para o arquivo são liberados)

tamanho em bytes e endereço dos blocos alocados para o arquivo.


Implementação

VFS (Virtual File System)

Superbloco

Dentry

I-Node

Estrutura de dados Arquivo

Suporte a diversos sistemas de arquivos


Principais Sistemas de Arquivos Suportados

EXT

EXT2

EXT3

EXT4

NFS


EXT

Surgiu a partir do MINIX FS

Extended File System

Nomes de arquivos de até 255 caracteres

Sistema de Arquivos de até 2GiB

Tamanho de Arquivos de até 2GiB


EXT2

Evolução do EXT

Second Extended File System


Sistema de Arquivos de até 4TiB

Tamanho de Arquivos de até 2GiB


EXT2

Superbloco

I-Node

Grupo de Blocos

Mapa de bits de blocos

Mapa de bits de I-Nodes

tabelas de I-Nodes


EXT3

Evolução do EXT2

Third Extended File System

Implementa Jornaling ( Diario )


Sistema de Arquivos de até 16TiB ( blocos de 4KiB )

Tamanho de Arquivos de até 2TiB ( blocos de 4KiB )


EXT4

Surgiu a partir de uma bifurcação no desenvolvimento do EXT3

Fourth Extended File System


Sistema de Arquivos de até ~2EiB

Tamanho de Arquivos de até 16TiB


NFS

Sistema de arquivos distribuido

Criado para facilitar acesso remoto de arquivos

Utiliza protocolos Cliente/Servidor


Bibliografia

CARRIER, Brian. File system forensic analysis. Upper Saddle River: Addison-Wesley, 2005.

TANENBAUM, Andrew S. - Sistemas Operacionais Modernos - Tradução Ronaldo A. L. Gonçalves, Luís A. Consularo, Luciana do Amaral Teixeira - Revisão técnica Raphael Y. de Camargo - São Paulo: Pearson Prentice Hall, 2009. 3. ed.

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