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Sistemas operativos: una visión aplicada. Capítulo 8 Gestión de Archivos y Directorios. Gestión de archivos y directorios. Objetivos: Entender los conceptos de fichero y directorio Mostrar los métodos de acceso y los mecanismos de protección Estudiar las semánticas de compartición - PowerPoint PPT Presentation
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Capítulo 8Gestión de Archivos y Directorios
Sistemas operativos: una visión aplicada
Sistemas operativos: una visión aplicada 2 © J. Carretero, F. García, P. de Miguel, F. Pérez
Gestión de archivos y directorios
• Objetivos:– Entender los conceptos de fichero y directorio– Mostrar los métodos de acceso y los mecanismos de
protección– Estudiar las semánticas de compartición– Comprender la estructura del sistema de ficherosPresentar las llamadas al sistema y ejemplos de programación en
LINUX y Windows– Presentar distintas técnicas de gestión de archivos y
directorios a nivel de diseño.
Sistemas operativos: una visión aplicada 3 © J. Carretero, F. García, P. de Miguel, F. Pérez
Contenido
• Visión del usuario del sistema de archivos• Archivos• Directorios• Servicios de archivos• Servicios de directorios• Sistemas de archivos• El servidor de archivos• Puntos a recordar
Sistemas operativos: una visión aplicada 6 © J. Carretero, F. García, P. de Miguel, F. Pérez
Características para el usuario
• Almacenamiento permanente de información. No desaparecen aunque se apague el computador.
• Conjunto de información estructurada de forma lógica según criterios de aplicación.
• Nombres lógicos y estructurados.• No están ligados al ciclo de vida de una aplicación particular.• Abstraen los dispositivos de almacenamiento físico.• Se acceden a través de llamadas al sistema operativo o de
bibliotecas de utilidades.
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• El acceso a los dispositivos es: – Incómodo
• Detalles físicos de los dispositivos • Dependiente de las direcciones físicas
– No seguro • Si el usuario accede a nivel físico no tiene restricciones
• El sistema de archivos es la capa de software entre dispositivos y usuarios.
• Objetivos: – Suministrar una visión lógica de los dispositivos – Ofrecer primitivas de acceso cómodas e independientes de
los detalles físicos – Mecanismos de protección
Sistema de archivos
Sistemas operativos: una visión aplicada 8 © J. Carretero, F. García, P. de Miguel, F. Pérez
Contenido
• Visión del usuario del sistema de archivos• Archivos• Directorios• Servicios de archivos• Servicios de directorios• Sistemas de archivos• El servidor de archivos• Puntos a recordar
Sistemas operativos: una visión aplicada 10 © J. Carretero, F. García, P. de Miguel, F. Pérez
Concepto de archivo
• Un espacio lógico de direcciones contiguas usado para almacenar datos
• Tipos de archivos: – Datos:
• numéricos • carácter • binarios
– Programas: • código fuente • archivos objetos (imagen de carga)
– Documentos
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Atributos del archivo
• Nombre: la única información en formato legible por una persona.• Identificación única del archivo y del usuario: descriptor interno del
archivo, dueño y grupo del archivo• Tipo de archivo: necesario en sistemas que proporciona distintos formatos
de archivos.• Tamaño del archivo: número de bytes en el archivo, máximo tamaño
posible, etc. • Protección: control de accesos y de las operaciones sobre archivos• Información temporal: de creación, de acceso, de modificación, etc.• Información de control: archivo oculto, de sistema, normal o directorio, etc.
Sistemas operativos: una visión aplicada 12 © J. Carretero, F. García, P. de Miguel, F. Pérez
Representación del archivo
• La información relacionada con el archivo se mantiene en el descriptor del archivo, al que se apunta desde los directorios.
• Es distinto en cada sistema operativo: nodo-i, registro Windows, etc.
• Tipos de archivos: – Archivos normales: ASCII y binarios.– Archivos especiales: de bloques y de caracteres
Sistemas operativos: una visión aplicada 13 © J. Carretero, F. García, P. de Miguel, F. Pérez
Ejemplos de representación
N ombre A tr ib.
S ize K BA gr up. FA T
cabecer a A tr ibutosT am añoN om bre
S egur idad
D atos
V cluster s
Sistemas operativos: una visión aplicada 14 © J. Carretero, F. García, P. de Miguel, F. Pérez
Nombres de Fichero y Extensiones
Extensión Significado
exe, com,bin, none
c, s, asm, ppas, f77
Z, z, zip
gif, jpg
o, obj
ps, dvi, pdf
txt, doc
tex, roff
html
Programa ejecutable
Código fuente en distintoslenguajes
Archivos comprimidos
Archivos de imágenes
Archivos de texto
Archivos de hipertexto para World Wide Web
Archivos de entrada para formateadores de texto
Archivos ASCII o binarios enformato imprimible o visible
Archivos objeto, compiladospero sin montar
• Tiras de caracteres• Longitud: fija o variable• Sensibles a tipografía• Extensión: obligatoria o no• Los usuarios usan nombres
lógicos de este estilo• Los directorios relacionan
nombres lógicos y descriptores internos de ficheros
• El sistema de ficheros trabaja con descriptores internos
Sistemas operativos: una visión aplicada 15 © J. Carretero, F. García, P. de Miguel, F. Pérez
Estructura del fichero
• Ninguna - secuencia de palabras o bytes (UNIX)• Estructura sencilla de registros
– Líneas– Longitud fija– Longitud variable
• Estructuras complejas– Documentos con formato (HTML, postscript)– Fichero de carga reubicable (módulo de carga)
• Se puede simular estructuras de registro y complejas con una estructura plana y secuencias de control
• ¿Quién decide la estructura?– Interna: El sistema operativo– Externa: Las aplicaciones
Sistemas operativos: una visión aplicada 16 © J. Carretero, F. García, P. de Miguel, F. Pérez
Byte o re g istro d e
lo ng itud fija
Árb o l d e re g istro s
C a b e c e ra
M ó d ulo o b je to
C a b e c e ra
M ó d ulo o b je to
Arc hivo d eb ib lio te c a
Re g istro s d e lo ng itudva ria b le
Distintas estructuras lógicas
Sistemas operativos: una visión aplicada 17 © J. Carretero, F. García, P. de Miguel, F. Pérez
Archivos: visión lógica
• Estructura de un archivo: – Archivos de estructura compleja
• Archivos indexados • Archivos directos o de dispersión
– Ejemplo de archivo indexado:
– Los archivos estructurados en registros y los archivos con estructuras complejas se pueden construir como una capa sobre la visión de tira de bytes.
C la ve
R e g is tro
F icheroind ice
F ichero principa l
Sistemas operativos: una visión aplicada 18 © J. Carretero, F. García, P. de Miguel, F. Pérez
C abecera de sección 1
C abecera de sección n
Sección 1
Sección 2
Sección n
Tipo de secc ión ,tam año de la secc ión d irecc ión v irtua l
O trainform ación
D atos con va lo r in ic ia l
In fo rm aciónde ca rga
Tab la des ím bo los
Datos con valor in ic ial
C ód igo
Tipo de sección,tam año de la sección d irección virtual
C abecera prim aria
Núm e ro m á g ic o
Núm e ro d e se c c io ne s
Ta m a ño se g m e nto te xto
Ta m a ño se g m e nto d a to s
Ta m a ño d a to s sin va lo rin ic ia l
Ta m a ño ta b la d e sím b o lo s
Va lo r in ic ia l d e re g istro s
Dire c c ió n in ic ia l
O p c io ne s
...
Estructura de archivo ejecutable LINUX
Sistemas operativos: una visión aplicada 19 © J. Carretero, F. García, P. de Miguel, F. Pérez
• Usuario: Visión lógica.
• Sistema operativo: visión física ligada a dispositivos. Conjunto de bloques.
Posición
Archivos: visión lógica y física.
Sistemas operativos: una visión aplicada 20 © J. Carretero, F. García, P. de Miguel, F. Pérez
Archivos: visión física
• Bloque – Unidad de transferencia – 2n sectores – Parámetro fijo por sistema de archivos
• Agrupación – Unidad de asignación – 2p bloques – Aumenta la secuencialidad del archivo
• Descripción de la estructura física: – Bloques utilizados
Sistemas operativos: una visión aplicada 21 © J. Carretero, F. García, P. de Miguel, F. Pérez
Descripción física en UNIX (nodo-i)Tamaño máximo del archivo: 10Sb+(Sb/4)Sb +(Sb/4)2Sb +(Sb/4)3Sb
Sb el tamaño del bloque y direcciones de bloques de 4 bytes.
Tip o d e F ic he ro y P ro tec c ió nN ú m e ro d e N o m b res
P ro p ie ta r ioG rup o d e l P ro p ie ta rio
Ta m añ oIn s ta n te d e c rea c ió n
In s ta n te d e l ú ltim o a cc e s oIn s ta n te d e la ú ltim a m o d if ic ac ió n
P u n te ro a b loq u e d e d a to s 0P u n te ro a b loq u e d e d a to s 1
P u n te ro a b loq u e d e d a to s 9P u n te ro ind ire c to s im p leP u n te ro ind ire c to d o b leP u n te ro ind ire c to t rip le
nodo-i
Pu nte ro sa B lo que sde D atos
Pu nte ro sa B lo que sde D atos
Pu nte ro sa B lo que sde D atos
Pu nte ro sa B lo que sde D atos
Pu nte ro sa B lo que sde D atos
Pu nte ro sa B lo que sde D atos
Sistemas operativos: una visión aplicada 22 © J. Carretero, F. García, P. de Miguel, F. Pérez
Descripción física en MS-DOS (FAT)
• FAT de 12 bits 4K agrupaciones • FAT de 16 bits 64K agrupaciones
<eof>
<eof>
<eof>
<eof>
pep_dir dir 5 27
fiche1.txt 12 45
Directorio RaízNombre Atrib. KB Agrup.
Directorio pep_dir
carta1.wp R 24 74
prue.zip 16 91 7576
91
51
74
45
58
27
FAT
7576
58
51
Nombre Atrib. KB Agrup.
Sistemas operativos: una visión aplicada 23 © J. Carretero, F. García, P. de Miguel, F. Pérez
Métodos de Acceso
• Acceso secuencial: lectura de los bytes del archivo en orden ascendente, empezando por el principio.– read next, write next, reset, no read after last write, …– rewind: ir al principio para buscar hacia delante– Lectura -> posición = posición + datos leídos– Dispositivos de cinta– ISAM: método de acceso secuencial indexado
• Acceso Directo:– read n, write n, goto n, rewrite n, read next, write next, …– n = número de bloque relativo al origen– Dispositivos: discos magnéticos
Sistemas operativos: una visión aplicada 24 © J. Carretero, F. García, P. de Miguel, F. Pérez
Archivos: semántica de coutilización
• Cualquier forma de acceso tiene problemas cuando varios usuarios trabajan con el archivo simultáneamente.
• Semántica de coutilización: especifica el efecto de varios procesos accediendo de forma simultánea al mismo archivo y cuando se hacen efectivas las modificaciones.
• Tipos de semánticas: – Semántica UNIX (POSIX)
• Las escrituras son inmediatamente visibles para todos los procesos con el archivo abierto.
• Los procesos pueden compartir archivos. Si existe relación de parentesco pueden compartir el puntero. La coutilización afecta también a los metadatos.
Sistemas operativos: una visión aplicada 25 © J. Carretero, F. García, P. de Miguel, F. Pérez
Archivos: semántica de coutilización (II)
– Semántica de sesión • Las escrituras que hace un proceso no son inmediatamente
visibles para los demás procesos con el archivo abierto. • Cuando se cierra el archivo los cambios se hacen visibles para
las futuras sesiones. • Un archivo puede asociarse temporalmente a varias imágenes.
– Semántica de versiones• Las actualizaciones se hacen sobre copias con nº versión. • Sólo son visibles cuando se consolidan versiones.• Sincronización explícita si se requiere actualización inmediata
– Semántica de archivos inmutables • Una vez creado el archivo sólo puede ser compartido para
lectura y no cambia nunca
Sistemas operativos: una visión aplicada 26 © J. Carretero, F. García, P. de Miguel, F. Pérez
Contenido
• Visión del usuario del sistema de archivos• Archivos• Directorios• Servicios de archivos• Servicios de directorios• Sistemas de archivos• El servidor de archivos• Puntos a recordar
Sistemas operativos: una visión aplicada 27 © J. Carretero, F. García, P. de Miguel, F. Pérez
Concepto de directorio
• Objeto que relaciona de forma unívoca un nombre de usuario de archivo con su descriptor interno
• Organizan y proporcionan información sobre la estructuración de los sistemas de archivos
• Una colección de nodos que contienen información acerca de los archivos
Sistemas operativos: una visión aplicada 28 © J. Carretero, F. García, P. de Miguel, F. Pérez
Directorios: visión lógica
• Esquema jerárquico. • Cuando se abre un archivo el SO busca el nombre en la
estructura de directorios. • Operaciones sobre un directorio:
– Crear (insertar) y borrar (eliminar) directorios. – Abrir y cerrar directorios. – Renombrar directorios. – Leer entradas de un directorio. – Montar (combinar)
• La organización jerárquica de un directorio – Simplifica el nombrado de archivos (nombres únicos) – Proporciona una gestión de la distribución => agrupar
archivos de forma lógica (mismo usuario, misma aplicación)
Sistemas operativos: una visión aplicada 30 © J. Carretero, F. García, P. de Miguel, F. Pérez
Estructura de los directorios
• Tanto la estructura del directorio como los archivos residen en discos
• Los directorios se suelen implementar como archivos• Copias de respaldo en cintas, por seguridad• Información en un directorio: nombre, tipo, dirección, longitud
máxima y actual, tiempos de acceso y modificación, dueño, etc.• Hay estructuras de directorio muy distintas. La información
depende de esa estructura.• Dos alternativas principales:
– Almacenar atributos de archivo en entrada directorio– Almacenar <nombre, identificador>, con datos archivo en
una estructura distinta. Esta es mejor.
Sistemas operativos: una visión aplicada 31 © J. Carretero, F. García, P. de Miguel, F. Pérez
N o m b reN o d o - i: P u n te ro a l d e sc r ip to r d e l a rc h iv o
Dire c to rio d e C P/M
N o m b reT ip o d e a rc h iv o
C o n ta d o rd e b lo q u e s
C ó d ig o d eu su a r io
a rc h iv oe x te n d id o
N ú m e ro sd e b lo q u e
. . .
Dire c to rio d e M S-DO S
Dire c to rio d e UN IX
N o m b reT ip o d e a rc h iv o R e se rv a d o
A tr ib u to s F e c h a Ta m a ñ o
H o ra
N ú m e rod e l p r im e r b lo q u e
Ejemplo de entradas de directorio
Sistemas operativos: una visión aplicada 32 © J. Carretero, F. García, P. de Miguel, F. Pérez
Organización del directorio
• Eficiencia: localizar un archivo rápidamente• Nombrado: conveniente y sencillo para los usuarios
– Dos usuarios pueden tener el mismo nombre para archivos distintos
– Los mismos archivos pueden tener nombres distintos– Nombres de longitud variable
• Agrupación: agrupación lógica de los archivos según sus propiedades (por ejemplo: programas Pascal, juegos, etc.)
• Estructurado: operaciones claramente definidas y ocultación• Sencillez: la entrada de directorio debe ser lo más sencilla
posible.
Sistemas operativos: una visión aplicada 33 © J. Carretero, F. García, P. de Miguel, F. Pérez
Directorio de un nivel
• Un único directorio para todos los usuarios• Problemas de nombrado y agrupación
D irecto r io
A rch iv o s
ca rta m ap a .g if lis ta .tx t p ro g ram a .o... ...
... ...
Sistemas operativos: una visión aplicada 34 © J. Carretero, F. García, P. de Miguel, F. Pérez
Directorio de dos niveles
• Un directorio por cada usuario• Camino de acceso automático o manual• El mismo nombre de archivo para varios usuarios• Búsqueda eficiente, pero problemas de agrupación
D irecto r iom a estrom ariv i m ig u e l e lv ira... ...
a rch iv o s... ...
D irecto r iod e l u su a r io
d a to s lis ta .c c lav es... ...
a rch iv o s... ...
D irecto r iod e l u su a r io
te s t ag en d a c lav es... ...
a rch iv o s... ...
D irecto r iod e l u su a r io
m ail lis ta .c m io .o... ...
Sistemas operativos: una visión aplicada 35 © J. Carretero, F. García, P. de Miguel, F. Pérez
Directorio con estructura de árbol
• Búsqueda eficiente y agrupación• Nombres relativos y absolutos -> directorio de trabajo
D irecto r iora íz
tm p h o m e u sr... ...
m a riv i m ig u e l e lv ira...
te s t ag en d a c lav es
sh rm v i
b in in c lu d e m a il
m io .o
b u zo nstd io .h
d a to s lis ta .c c lav es
co rreo ag en d a
Sistemas operativos: una visión aplicada 36 © J. Carretero, F. García, P. de Miguel, F. Pérez
Directorio con estructura de árbol
• Los nombres absolutos contienen todo el camino• Los nombres relativos parten del directorio de trabajo o actual• Cambio de directorio:
– cd /spell/mail/prog – cd prog
• Borrar un archivo: rm <nombre-archivo>• Crear un subdirectorio: mkdir <nombre_dir>• Ejemplo:
– cd /spell/mail – mkdir count– ls /spell/mail/count
• Borrar un subdirectorio: rm -r mail
Sistemas operativos: una visión aplicada 37 © J. Carretero, F. García, P. de Miguel, F. Pérez
Directorio de grafo acíclico I
• Tienen archivos y subdirectorios compartidos• Este concepto no existe en Windows
D irecto r iora íz
tm p h o m e u sr... ...
m a riv i m ig u e l e lv ira...
te s t ag en d a c lav es
sh rm v i
b in in c lu d e m a il
b u zo nstd io .h
d a to s lis ta .c c lav es
c lav esco rreo ag en d a
Sistemas operativos: una visión aplicada 38 © J. Carretero, F. García, P. de Miguel, F. Pérez
Directorio de grafo acíclico II
• link: Un archivo con varios nombres -> control de enlaces– un único archivo con contador enlaces en descriptor (e. Físicos)– archivos nuevos con el nombre destino dentro (e. simbólicos)
• Borrado de enlaces: – a) decrementar contador; si 0 borrar archivo– b) recorrer los enlaces y borrar todos– c) borrar únicamente el enlace y dejar los demás
• Problema grave: existencia de bucles en el árbol. Soluciones:– Permitir sólo enlaces a archivos, no subdirectorios– Algoritmo de búsqueda de bucle cuando se hace un enlace
• Limitación de implementación en UNIX: sólo enlaces físicos dentro del mismo sistema de archivos.
Sistemas operativos: una visión aplicada 39 © J. Carretero, F. García, P. de Miguel, F. Pérez
Nombres jerárquicos
• Nombre absoluto: especificación del nombre respecto a la raíz (/ en LINUX, \ en Windows).
• Nombre relativo: especificación del nombre respecto a un directorio distinto del raíz– Ejemplo: (Estamos en /users/) miguel/claves– Relativos al dir. de trabajo o actual: aquel en el se está al
indicar el nombre relativo. En Linux se obtiene con pwd• Directorios especiales:
– . Directorio de trabajo. Ejemplo: cp / users/miguel/claves .– .. Directorio padre. Ejemplo: ls ..– Directorio HOME: el directorio base del usuario
Sistemas operativos: una visión aplicada 40 © J. Carretero, F. García, P. de Miguel, F. Pérez
Interpretación de nombres en LINUX. I
c lave s
te x tos
7 58
3 26 5
.
. ... .
.
. .
Sistemas operativos: una visión aplicada 41 © J. Carretero, F. García, P. de Miguel, F. Pérez
• Interpretar /users/miguel/claves– Traer a memoria entradas archivo con nodo-i 2– Se busca dentro users y se obtiene el nodo-i 342– Traer a memoria entradas archivo con nodo-i 342– Se busca dentro miguel y se obtiene el nodo-i 256– Traer a memoria entradas archivo con nodo-i 256– Se busca dentro claves y se obtiene el nodo-i 758– Se lee el nodo-i 758 y ya se tienen los datos del archivo
• ¿Cuándo parar?– Se ha encontrado el nodo-i del archivo– No se ha encontrado y no hay más subdirectorios– Estamos en un directorio y no contiene la siguiente
componente del nombre (por ejemplo, miguel).
Interpretación de nombres en LINUX. II
Sistemas operativos: una visión aplicada 42 © J. Carretero, F. García, P. de Miguel, F. Pérez
Jerarquía de directorios
• ¿Árbol único de directorios?– Por dispositivo lógico en Windows (c:\users\miguel\claves,
j:\pepe\tmp, ...)– Para todo el sistema en UNIX (/users/miguel/claves,
/pepe/tmp, ...). • Hacen falta servicios para construir la jerarquía: mount y umount.– mount /dev/hda /users– umount /users
• Ventajas: imagen única del sistema y ocultan el tipo de dispositivo
• Desventajas: complican la traducción de nombres, problemas para enlaces físicos entre archivos
Sistemas operativos: una visión aplicada 43 © J. Carretero, F. García, P. de Miguel, F. Pérez
Montado de Sistemas de archivos o particiones
/
/lib /bin /usr
/
/d1 /d2 /d3
/d3/f2/d3/f1
/
/lib /bin /usr
/usr/d1
/usr/d3
/usr/d3/f2/usr/d3/f1
Volumen raiz
(/dev/hd0)
Volumen sin montar
(/dev/hd1)
mount /dev/hd1 /usr
Volumen montado
/usr/d2
Sistemas operativos: una visión aplicada 90 © J. Carretero, F. García, P. de Miguel, F. Pérez
Contenido
• Visión del usuario del sistema de archivos• Archivos• Directorios• Servicios de archivos• Servicios de directorios
• Sistemas de archivos• El servidor de archivos• Puntos a recordar
Sistemas operativos: una visión aplicada 91 © J. Carretero, F. García, P. de Miguel, F. Pérez
Sistemas de archivos y particiones
• El sistema de archivos permite organizar la información dentro de los dispositivos de almacenamiento secundario en un formato inteligible para el sistema operativo.
• Previamente a la instalación del sistema de archivos es necesario dividir físicamente, o lógicamente, los discos en particiones o volúmenes [Pinkert 1989].
• Una partición es una porción de un disco a la que se la dota de una identidad propia y que puede ser manipulada por el sistema operativo como una entidad lógica independiente.
• Una vez creadas las particiones, el sistema operativo debe crear las estructuras de los sistemas de archivos dentro de esas particiones. Para ello se proporcionan mandatos como format o mkfs al usuario. #mkswap –c /dev/hda2 20800#mkfs -c /dev/hda3 –b 8196 123100
Sistemas operativos: una visión aplicada 92 © J. Carretero, F. García, P. de Miguel, F. Pérez
P ar tición 2
P ar tición 3
P ar tición 5P ar tición 4
Tipos de particiones
Sistemas operativos: una visión aplicada 93 © J. Carretero, F. García, P. de Miguel, F. Pérez
Sistemas de archivos y particiones (II)
• Sistema de archivos: conjunto coherente de metainformación y datos. • Ejemplos de Sistemas de archivos:
B o o t D o s c o p ia sd e la FAT
D ire c to r ioR a íz
D a to s yD ire c to r io s
B o o t n o d o s - iS u p e rB lo q u e
M ap a sd e b its
D a to s yD ire c to r io s
M S -D O S
U N IX
Sistemas operativos: una visión aplicada 94 © J. Carretero, F. García, P. de Miguel, F. Pérez
Sistemas de archivos y particiones (III)
• Descripción de sistemas de archivos: – El sector de arranque en MS-DOS – El superbloque en UNIX
• Relación sistema de archivos-dispositivo: – Típico: 1 dispositivo N sistemas de archivos (particiones) – Grandes archivos: N dispositivos 1 sistema de archivos
• Típicamente cada dispositivo se divide en una o más particiones (en cada partición sistema de archivos)
• La tabla de particiones indica el principio, el tamaño y el tipo de cada partición.
Sistemas operativos: una visión aplicada 95 © J. Carretero, F. García, P. de Miguel, F. Pérez
Bloques y agrupaciones
• Bloque: agrupación lógica de sectores de disco y es la unidad de transferencia mínima que usa el sistema de archivos. – Optimizar la eficiencia de la entrada/salida de los
dispositivos secundarios de almacenamiento. – Todos los sistemas operativos proporcionan un tamaño de
bloque por defecto.– Los usuarios pueden definir el tamaño de bloque a usar
dentro de un sistema de archivos mediante el mandato mkfs. • Agrupación: conjunto de bloques que se gestionan como una
unidad lógica de gestión del almacenamiento. – El problema que introducen las agrupaciones, y los bloques
grandes, es la existencia de fragmentación interna.
Sistemas operativos: una visión aplicada 96 © J. Carretero, F. García, P. de Miguel, F. Pérez
T amaño de B loque
an ch o d e b an da
u so de l d isco
Anc
ho d
e B
anda
(K
byte
s/se
c)
Uso
del
Esp
acio
de
Dis
co
0
50
100
500
800
256 512 1K 2K 4K 8K 16K 32K
0
100 %
25
50
75
Tamaño bloque, ancho banda y uso disco
Sistemas operativos: una visión aplicada 97 © J. Carretero, F. García, P. de Miguel, F. Pérez
Estructuras de sistemas de archivos
Sistemas operativos: una visión aplicada 98 © J. Carretero, F. García, P. de Miguel, F. Pérez
Superbloque de sistemas de archivos en LINUX
Sistemas operativos: una visión aplicada 99 © J. Carretero, F. García, P. de Miguel, F. Pérez
Otros sistemas de archivos
• Fast File System• EXT2 (extended file system) • Archivos con bandas• LFS (log structured file system) • Sistemas de archivos paralelos• ....
Sistemas operativos: una visión aplicada 100 © J. Carretero, F. García, P. de Miguel, F. Pérez
Estructura del FFS
Sistemas operativos: una visión aplicada 101 © J. Carretero, F. García, P. de Miguel, F. Pérez
P ar tic ión L ógica
D isco 0
b lo q ue 0
b lo q ue 4
b lo q ue 3b lo q ue 2b lo q ue 1
Pa rtic ió n d e lsiste m a
C onjunto de bandas
D isco 1 D isco 2 D isco 3
Estructura de un sistema de archivos con bandas
Sistemas operativos: una visión aplicada 102 © J. Carretero, F. García, P. de Miguel, F. Pérez
Contenido
• Visión del usuario del sistema de archivos• Archivos• Directorios• Servicios de archivos• Servicios de directorios• Sistemas de archivos
• El servidor de archivos• Puntos a recordar
Sistemas operativos: una visión aplicada 103 © J. Carretero, F. García, P. de Miguel, F. Pérez
Servidor de archivos
• Para proporcionar un acceso eficiente y sencillo a los dispositivos de almacenamiento, todos los sistemas operativos tienen un servidor de archivos que permite almacenar, buscar y leer datos fácilmente.
• Dicho servidor de archivos tiene dos tipos de problemas de diseño muy distintos entre sí:– Definir la visión de usuario del sistema de entrada/salida,
incluyendo servicios, archivos, directorios, sistemas de archivos, etc.
– Definir los algoritmos y estructuras de datos a utilizar para hacer corresponder la visión del usuario con el sistema físico de almacenamiento secundario.
Sistemas operativos: una visión aplicada 104 © J. Carretero, F. García, P. de Miguel, F. Pérez
Estructura del servidor de archivos
Pro c e so d eUsua rio 1
Pro c e so d eUsua rio 2
Pro c e so d eUsua rio 3
Pro c e so d eUsua rio n
. . .N ive l d eusua rio
N ive l d esiste m a
M ane jadores de D ispos itivo
S erv idor de B loques
M ódu lo de O rgan izac ión de A rch ivos
Cache de B loques
ext2 m sdos ffs . . .
. . .
proc
S is tem a de A rch ivos V irtua l
Sistemas operativos: una visión aplicada 105 © J. Carretero, F. García, P. de Miguel, F. Pérez
Sistema de archivos virtuales
• S.A. Virtual: interfaz de llamadas de entrada/salida del sistema y de pasar al módulo de organización de archivos la información necesaria para ejecutar los servicios pedidos por los usuarios.
• Servicios:– manejo de directorios, – gestión de nombres, – algunos servicios de seguridad, – integración dentro del servidor de archivos de distintos tipos de sistemas
de archivos – servicios genéricos de archivos y directorios.
• Nodo virtual: estructura de información que incluye las características mínimas comunes a todos los sistemas de archivos subyacentes y que enlaza con un descriptor de archivo de cada tipo particular.
Sistemas operativos: una visión aplicada 106 © J. Carretero, F. García, P. de Miguel, F. Pérez
Estructura de un nodo virtual de UNIX
nodo-v
D irecciones delas operaciones
virtua les
D irecciones delas operaciones
específicas de SA
D irección de lnodo-i
específico
Inform ación de l arch ivo
virtua l
nodo-i
Tabla de funciones
de l SA
Sistemas operativos: una visión aplicada 107 © J. Carretero, F. García, P. de Miguel, F. Pérez
Módulo de organización de archivos
• Proporciona el modelo del archivo del sistema operativo y los servicios de archivos.
• Relaciona la imagen lógica del archivo con su imagen física, proporcionando algoritmos para trasladar direcciones lógicas de bloques a sus correspondientes direcciones físicas.
• Gestiona el espacio de los sistemas de archivos, la asignación de bloques a archivos y el manejo de los descriptores de archivo (nodos-i de UNIX o registros de Windows NT).
• Un módulo de este estilo por cada tipo de archivo soportado (UNIX, AFS, Windows NT, MS-DOS, EFS, MINIX, etc.).
• Dentro de este nivel también se proporcionan servicios para pseudo-archivos, tales como los del sistema de archivos proc.
• Las llamadas de gestión de archivos y de directorios particulares de cada sistema de archivos se resuelven en el módulo de organización de archivos. Para ello, se usa la información existente en el nodo-i del archivo afectado por las operaciones.
Sistemas operativos: una visión aplicada 108 © J. Carretero, F. García, P. de Miguel, F. Pérez
Servidor de bloques
• Se encarga de emitir los mandatos genéricos para leer y escribir bloques a los manejadores de dispositivo.
• La E/S de bloques de archivo, y sus posibles optimizaciones, se lleva a cabo en este nivel del servidor de archivos.
• Las operaciones se traducen a llamadas de los manejadores de cada tipo de dispositivo específico y se pasan al nivel inferior del sistema de archivos.
• Esta capa oculta los distintos tipos de dispositivos, usando nombres lógicos para los mismos. Por ejemplo, /dev/hda3 será un dispositivo de tipo hard disk (hd), cuyo nombre principal es a y en el cual se trabaja sobre su partición 3.
• Los mecanismos de optimización de la E/S, como la cache de bloques, se incluye en este nivel.
Sistemas operativos: una visión aplicada 109 © J. Carretero, F. García, P. de Miguel, F. Pérez
Descomposición en operaciones de
bloques
• Archivos con estructura de bytes – Escritura leer
F iche ro (tira de b yte s)F iche ro (tira de b yte s)
B loques
Sistemas operativos: una visión aplicada 110 © J. Carretero, F. García, P. de Miguel, F. Pérez
Descomposición en operaciones de
bloques (II)
• Archivos de registros de tamaño fijo
R1 R2 R3 R4 R5 R6
R1 R2 R4 R5 R6R3
Bloque 2Bloque 1 Bloque 3
Bloque 1 Bloque 2 Bloque 3
Sistemas operativos: una visión aplicada 111 © J. Carretero, F. García, P. de Miguel, F. Pérez
Manejadores de dispositivos
• Un manejador por cada dispositivo, o clase de dispositivo, del sistema. • Su función principal es recibir ordenes de E/S de alto nivel, tal como
move_to_block 234, y traducirlas al formato que entiende el controlador del dispositivo, que es dependiente de su hardware.
• Habitualmente, cada dispositivo tiene una cola de peticiones pendientes, de forma que un manejador puede atender simultáneamente a varios dispositivos del mismo tipo.
• Una de las principales funciones de los manejadores de dispositivos es recibir las peticiones de entrada/salida y colocarlas en el lugar adecuado de la cola de peticiones del dispositivo afectado. – La política de inserción en cada cola puede ser diferente, dependiendo del
tipo de dispositivo o de la prioridad de los dispositivos. Para un disco, por ejemplo, se suele usar la política CSCAN.
Sistemas operativos: una visión aplicada 112 © J. Carretero, F. García, P. de Miguel, F. Pérez
Flujo de datos en el S. de A.
Usua rio
read (fd, buffer, tamaño)
tamaño
buffer
bloques del archivo
bloques del dispositivo
bloques del disco
a rc hivo ló g ic o(VFS)
a rc h ivo ló g ic o(FFS)
M a ne ja d o r d e d isc o y
d isp o sitivo
Blo q ue s ló g ic o s(Se rvid o r
d e b lo q ue s)
3
1340
1340
1756
1756
840
840
8322
8322
4 5 6
Sistemas operativos: una visión aplicada 113 © J. Carretero, F. García, P. de Miguel, F. Pérez
Estructuras de datos asociadas al S. de A. (I)
• Tabla de nodos-v: almacena en memoria la información del nodo-v existente en el disco y otra que se usa dinámicamente y que sólo tiene sentido cuando el archivo está abierto. – Problema: si sólo hay un campo de apuntador, cada operación de un
proceso afectaría a todos los demás. – Posible solución: incluir la información relativa al archivo dentro del
bloque de descripción del proceso (BCP). • Tabla de archivos abiertos (tdaa) por un proceso, dentro del BCP, con sus
descriptores temporales y el valor del apuntador de posición del archivo para ese proceso. – El tamaño de esta tabla define el máximo número de archivos que cada
proceso puede tener abierto de forma simultánea. – El descriptor de archivo fd indica el lugar de tabla. La tdaa se rellena
de forma ordenada, de forma que siempre se ocupa la primera posición libre de la tabla.
– En los sistemas UNIX cada proceso tiene tres descriptores de archivos abiertos por defecto: entrada estándar, fd = 0, salida estándar, fd = 1, error estándar, fd = 2.
Sistemas operativos: una visión aplicada 114 © J. Carretero, F. García, P. de Miguel, F. Pérez
Estructuras de datos asociadas al S. de A. (II)
• Tabla intermedia nodo-i-posición: entre la tabla de archivos del BCP y la tabla de nodos-I. Dicha tabla incluye, entre otras cosas:– La entrada del nodo-i del archivo abierto en la tabla de
nodos-i.– El apuntador de posición correspondiente al proceso, o
procesos, que usan el archivo durante esa sesión.– El modo de apertura del archivo
• Tabla de nodos-i: almacena en memoria la información del nodo-i existente en el disco y otra que se usa dinámicamente y que sólo tiene sentido cuando el archivo está abierto. – Esta tabla limita el número de máximo de archivos abiertos
en el sistema de forma simultánea.
Sistemas operativos: una visión aplicada 115 © J. Carretero, F. García, P. de Miguel, F. Pérez
Tablas que usa el servidor de archivos
T abla de archivos abier tos. P 1
234563563678
01234
fd
T abla de archivos abier tos. P 3
2300534465326
01234
fd
T abla de archivos abier tos. P 2
230563983247
01234
fd
T abla inter m edia de nodos- i y posic iones
T abla de nodos- i
98 456234898
N odo- i P osic ión
98
Sistemas operativos: una visión aplicada 116 © J. Carretero, F. García, P. de Miguel, F. Pérez
Correspondencia bloques-archivos
• ¿Cómo asignar los bloques de disco a un archivo y cómo hacerlos corresponder con la imagen del archivo que tiene la aplicación?
• Asignación de bloques contiguos. – Sencillo de implementar y el rendimiento de la E/S es muy bueno.– Si no se conoce el tamaño total del archivo cuando se crea, puede ser necesario
buscar un nuevo hueco de bloques consecutivos cada vez que el archivo crece.– Fragmentación externa -> compactar el disco.
• Asignación de bloques discontiguos. – Se asigna al archivo el primer bloque que se encuentra libre. – No hay fragmentación externa del disco ni búsqueda de huecos. – Los archivos pueden crecer mientras exista espacio en el disco. – Complica la implementación de la imagen de archivo -> mapa de bloques
del archivo.
Sistemas operativos: una visión aplicada 117 © J. Carretero, F. García, P. de Miguel, F. Pérez
Mecanismos enlazados
• Listas o índices enlazados: desde cada entrada de un bloque existe un enlace al siguiente bloque del archivo.
• Ejemplo: tabla FAT de Windows
0 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15
archivo A : 6 8 4 2
archivo B : 5 9 12
archivo C : 10 3 13
FAT
Sistemas operativos: una visión aplicada 118 © J. Carretero, F. García, P. de Miguel, F. Pérez
Mecanismos indexados
• Cada archivo tiene sus bloques de índice que incluyen apuntadores a los bloques de disco del archivo. – El orden lógico se consigue mediante la inserción de los apuntadores en
orden creciente, a partir del primero, en los bloques de índices. – Ventaja: basta con traer a memoria el bloque de índices donde está el
apuntador a los datos para tener acceso al bloque de datos. Si un apuntador de bloque ocupa 4 bytes y el bloque es de 4 Kbytes, con un único acceso a disco tendremos 1024 apuntadores a bloques del archivo.
– Problema: el espacio extra necesario para los bloques de índices. • Ese problema, fue resuelto en UNIX BSD combinando un sistema de índices
puros con un sistema de índices multinivel, que es que se usa actualmente en UNIX y LINUX. Permite almacenar archivos pequeños sin necesitar bloques de índices. Permite accesos aleatorios a archivos muy grandes con un máximo de
3 accesos a bloques de índices.
Sistemas operativos: una visión aplicada 119 © J. Carretero, F. García, P. de Miguel, F. Pérez
Mapa de bloques en un nodo-i
nodo-i
B loqu e ind ire c to
Ind irec to s im ple
Ind irec to dob le
Ind irec to tr ip le
D irecc iones delos 10 prim eros
b loques
In form ación de l a rch ivo
820
1134
675
10211
8204
2046
20464
342
1623
D IS C O
...
...
Sistemas operativos: una visión aplicada 120 © J. Carretero, F. García, P. de Miguel, F. Pérez
Gestión de espacio libre
• Mapas de bits, o vectores de bits: un bit por recurso existente (descriptor de archivo, bloque o agrupación). Si el recurso está libre, el valor del bit asociado al mismo es 1, si está ocupado es 0. – Ejemplo, sea un disco en el que los bloques 2, 3, 4, 8, 9 y 10 están ocupados y el
resto libres, y en el que los descriptores de archivo 2, 3 y 4 están ocupados. Sus mapas de bits de serían:• MB de bloques: 1100011100011.... M• MB de descriptores: 1100011...
– Fácil de implementar y sencillo de usar. Eficiente si el dispositivo no está muy lleno o muy fragmentado.
• Listas de recursos libres: mantener enlazados en una lista todos los recursos disponibles (bloques o descriptores de archivos) manteniendo un apuntador al primer elemento de la lista. – Este método no es eficiente, excepto para dispositivos muy llenos y
fragmentados – Uso de agrupaciones.
Sistemas operativos: una visión aplicada 121 © J. Carretero, F. García, P. de Miguel, F. Pérez
Ejemplo de listas de recursos
0 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16 17 18
B loques libres 7 14 16 1711 18 (A)
B loques libres 11,1 16,314,17,1 (B)
Sistemas operativos: una visión aplicada 122 © J. Carretero, F. García, P. de Miguel, F. Pérez
Incremento de prestaciones
• Basados en el uso de almacenamiento intermedio de datos de entrada/salida en memoria principal. Estos mecanismos son de dos tipos:– Discos RAM, cuyos datos están almacenados sólo en memoria.
• Aceptan todas las operaciones de cualquier otro sistema de archivos y son gestionados por el usuario.
• Pseudodispositivos para almacenamiento temporal o para operaciones auxiliares del sistema operativo. Su contenido es volátil.
– Cache de datos, instaladas en secciones de memoria principal controladas por el sistema operativo, donde se almacenan datos para optimizar accesos posteriores.
• Se basan en la existencia de proximidad espacial y temporal en las referencias a los datos de entrada/salida.
• Dos caches importantes dentro del servidor de archivos: cache de nombres y cache de bloques.
Sistemas operativos: una visión aplicada 123 © J. Carretero, F. García, P. de Miguel, F. Pérez
Cache de bloques
• Fundamento: – Proximidad espacial – Proximidad temporal – Dos clases de flujos de E/S:
• Usan una sola vez cada bloque • Usan repetidamente los bloques
– Acceso a disco mucho más lento que el acceso a memoria
Sistemas operativos: una visión aplicada 124 © J. Carretero, F. García, P. de Miguel, F. Pérez
Cache de bloques (II)
• Estructura de datos en memoria con los bloques más frecuentemente utilizados
– Lecturas adelantadas – Limpieza de la cache (sync)
• Principal problema: fiabilidad del sistema de archivos.
Disco
Proceso
Disco
C ache
Proceso
C ache
Sistemas operativos: una visión aplicada 125 © J. Carretero, F. García, P. de Miguel, F. Pérez
Flujo datos con cache de bloques
Usua rio
read (fd, buffer, tamaño)
tamaño
buffer
bloques del archivo
bloques del dispositivo
bloques del disco
a rc hivo ló g ic o(VFS)
a rc hivo ló g ic o(FFS)
M a ne ja d o r d e d isc o y
d isp o sitivo
Blo q ue s ló g ic o s(Se rvid o r
d e b lo q ue s)
C a c he d e b lo q ue s(Se rvid o r
d e b lo q ue s)
3
1340
1340
1756
1756
1756
840
840
8322
8322
8322
4 5 6
Sistemas operativos: una visión aplicada 126 © J. Carretero, F. García, P. de Miguel, F. Pérez
Políticas de reemplazo
• Algoritmo:– Comprobar si el bloque a leer está en la cache.
• En caso de que no esté, se lee del dispositivo y se copia a la cache. • Si la cache está llena, es necesario hacer hueco para el nuevo bloque
reemplazando uno de los existentes: políticas de reemplazo.• Si el bloque ha sido escrito (sucio): política de escritura.
• Políticas de reemplazo: FIFO (First in First Out), segunda oportunidad, MRU (Most Recently Used), LRU (Least Recently Used), etc. – La política de reemplazo más frecuentemente usada es la LRU. Esta política
reemplaza el bloque que lleva más tiempo sin ser usado, asumiendo que no será referenciado próximamente.
– Los bloques más usados tienden a estar siempre en la cache y, por tanto, no van al disco. La utilización estricta de esta política puede crear problemas de fiabilidad en el sistema de archivos si el computador falla.
– La mayoría de los servidores de archivos distinguen entre bloques especiales y bloques de datos.
Sistemas operativos: una visión aplicada 127 © J. Carretero, F. García, P. de Miguel, F. Pérez
Políticas de escritura
• Escritura inmediata (write-through): se escribe cada vez que se modifica el bloque.– No hay problema de fiabilidad, pero se reduce el rendimiento del sistema.
• Escritura diferida (write-back): sólo se escriben los datos a disco cuando se eligen para su reemplazo por falta de espacio en la cache. – Optimiza el rendimiento, pero genera los problemas de fiabilidad
anteriormente descritos. • Escritura retrasada (delayed-write), que consiste en escribir a disco los
bloques de datos modificados en la cache de forma periódica cada cierto tiempo (30 segundos en UNIX). – Compromiso entre rendimiento y fiabilidad.– Reduce la extensión de los posibles daños por pérdida de datos. – Los bloques especiales se escriben inmediatamente al disco. – No se puede quitar un disco del sistema sin antes volcar los datos de la
cache. • Escritura al cierre (write-on-close): cuando se cierra un archivo, se vuelcan
al disco los bloques del mismo que tienen datos actualizados.
Sistemas operativos: una visión aplicada 128 © J. Carretero, F. García, P. de Miguel, F. Pérez
Montado de sistemas de archivos o particiones
• Oculta el nombre del dispositivo físico o partición
• En MS-DOS c:\tmp\datos.txt
/
/lib /bin /usr
/
/d1 /d2 /d3
/d3/f2/d3/f1
/
/lib /bin /usr
/usr/d1
/usr/d3
/usr/d3/f2/usr/d3/f1
Volumen raiz
(/dev/hd0)
Volumen sin montar
(/dev/hd1)
mount /dev/hd1 /usr
Volumen montado
/usr/d2
Sistemas operativos: una visión aplicada 129 © J. Carretero, F. García, P. de Miguel, F. Pérez
Enlaces
• Permite que dos o más nombres hagan referencia al mismo archivo.
• Dos tipos: – Enlace físico
• El archivo sólo se elimina cuando se borran todos los enlaces • Sólo se permiten enlazar archivos (no directorios) del mismo
volumen.
– Enlace simbólico • El archivo se elimina cuando se borra el enlace físico. Si
permanece el enlace simbólico provoca errores al tratar de accederlo.
• Se puede hacer con archivos y directorios. • Se puede hacer entre archivos de diferentes sistema de archivos
Sistemas operativos: una visión aplicada 130 © J. Carretero, F. García, P. de Miguel, F. Pérez
Enlace físico
ln /user/pepe/datos.txt /user/juan/datos2.txt
/
usr lib
pepe
user
juan
prog.cdatos.txt
prog.c
..
.datos.txt
23100
28400
pepe
..
.
datos2.txt
80100
60 enlaces = 2prueba.txt
datos2.txtprueba.txt
28
descripción del fichero
juannodo-i 28
/
usr lib
pepe
user
prog.c prueba.txtdatos.txt
prog.c
..
.datos.txt
23100
28400
pepe
..
.prueba.txt
80100
60
juan
juan
Sistemas operativos: una visión aplicada 131 © J. Carretero, F. García, P. de Miguel, F. Pérez
Enlace simbólico
ln -s /user/pepe/da tos.txt /user/juan/datos2.tx t
/
us r lib
pe pe
user
juan
prog .cda to s.tx t
prog .c
..
.da to s.tx t
23100
130400
pe pe
..
.
da to s2.tx t
80100
60prue ba.tx t
da to s2.tx tprue ba.tx t
28
juan
en laces = 1
/use r/pepe /da tos .tx t
no do-i 1 30
en laces = 1
de scrip c ió n de l fichero
no do-i 2 8
/
us r lib
pe pe
user
prog .c prue ba.tx tda to s.tx t
prog .c
..
.da to s.tx t
23100
28400
pe pe
..
.prue ba.tx t
80100
60
juan
juan
Sistemas operativos: una visión aplicada 132 © J. Carretero, F. García, P. de Miguel, F. Pérez
Ejemplo de montado
/
= punto de montado
Punto demontado
Sistemas operativos: una visión aplicada 133 © J. Carretero, F. García, P. de Miguel, F. Pérez
Fiabilidad del sistema de archivos
• Fallos HW y SW pueden provocar fallos en un volumen • Soluciones:
– Hardware: • Controladores que tratan con sectores con fallos • Discos con información redundante (RAID)
– Backups (copias de respaldo) • En discos
• En cintas • Backups incrementales
A
BA
B
Sistemas operativos: una visión aplicada 134 © J. Carretero, F. García, P. de Miguel, F. Pérez
Redundancia con paridad
Disp o sitivo RAID
Disc o 0 Disc o 1 Disc o 2 Disc o 3
b lo q ue 0
b lo q ue 3
p a rid a db lo q ue 2b lo q ue 1
Sistemas operativos: una visión aplicada 135 © J. Carretero, F. García, P. de Miguel, F. Pérez
Consistencia del sistema de archivos (I)
• Dos aspectos importantes:– Comprobar que la estructura física del sistema de archivos es coherente.– Verificar que la estructura lógica del sistema de archivos es correcta.
• Estrucutra física: se comprueba la superficie del dispositivo de almacenamiento.
• Estructura lógica:1. Se comprueba que el contenido del superbloque responde a las
características del sistema de archivos. 2. Se comprueba que los mapas de bits de nodos-i se corresponden con los
nodos-i ocupados en el sistema de archivos. 3. Se comprueba que los mapas de bits de bloques se corresponden con los
bloques asignados a archivos.4. Se comprueba que ningún bloque esté asignado a más de un archivo. 5. Se comprueba el sistema de directorios del sistema de archivos, para ver
que un mismo nodo-i no está asignado a más de un directorio.
Sistemas operativos: una visión aplicada 136 © J. Carretero, F. García, P. de Miguel, F. Pérez
Consistencia del sistema de archivos (II)
• Consistencia sobre archivos: – Contador de enlaces > contador real – Contador de enlaces < contador real – Número de nodo-i > Número total de nodos-i – Archivos con bits de protección 0007 – Archivos con privilegios en directorios de usuario
• UNIX y LINUX: fsck
fsck /dev/dsk/c0t0d3s1
– Comprueba el dispositivo físico c0t0d3s1
Sistemas operativos: una visión aplicada 137 © J. Carretero, F. García, P. de Miguel, F. Pérez
Estado de los bloques
0000
1012 3 n
…
0111
1002 3 n
…
C A S O 2
N úmero de bloque
R eferencias
L ibres
0000
1112 3 n
…
0111
1002 3 n
…
C A S O 1
N úmero de bloque
R eferencias
L ibres
0000
1212 3 n
…
0111
1002 3 n
…
C A S O 3
N úmero de bloque
R eferencias
L ibres
0000
1012 3 n
…
0111
1202 3 n
…
C A S O 4
N úmero de bloque
R eferencias
L ibres
Sistemas operativos: una visión aplicada 138 © J. Carretero, F. García, P. de Miguel, F. Pérez
Cerrojos
• Tipos: – Compartido – Exclusivo
• Importante para trabajo colaborativo
Fichero
Fichero
Fichero
Cerrojo C
Cerrojo C
Cerrojo C
Cerrojo C
Cerrojo C
Cerrojo C
Cerrojo Ex
Cerrojo Ex
Sistemas operativos: una visión aplicada 139 © J. Carretero, F. García, P. de Miguel, F. Pérez
Cerrojos en POSIX
#include <sys/types.h>#include <unistd.h>#include <fcntl.h>int fcntl(int fd, int cmd, struct flock *f);
• cmd puede ser: – F_SETLK => no bloqueante – F_SETLKW => bloqueante
• La estructura struct flock – l_type =>
• F_RDLCK indica un cerrojo compartido • F_WDLCK indica un cerrojo exclusivo • F_UNLCK Elimina un cerrojo
– l_whence origen del desplazamiento (SEEK_SET, SEEK_CUR, SEEK_END)
– l_start desplazamiento en bytes. – l_len número de bytes sobre los que se establece el cerrojo
Sistemas operativos: una visión aplicada 140 © J. Carretero, F. García, P. de Miguel, F. Pérez
Otros servicios
• Actualización atómica, o indivisible: asegura a los usuarios que sus operaciones están libres de interferencia con las de otros usuarios y que la operación se realiza completamente o no tiene ningún efecto en el sistema.
• Transacciones: permite ejecutar operaciones atómicas que agrupan a varias operaciones de entrada/salida y que se ejecutarán con semántica todo o nada.
• Replicación: mantener varias copias de los datos y otros recursos del sistema. Gestión de copias:– Copia primaria– Gestión colectiva
Sistemas operativos: una visión aplicada 141 © J. Carretero, F. García, P. de Miguel, F. Pérez
Gestión de la replicación
G Rpr imar io
G Rsecundar io
G Rsecundar io
P 1 P 2
L eer f1L eer f2
E scr ibir f1
E scr ibir f1
E scr ibir f1
M odelo de copia pr imar ia
G estor deR épl icas
G estor deR épl icas
G estor deR épl icas
P 1 P 2
E scr ibir f1, 2
E scr ibir f1, 2
L eer f2
E scr ibir f1, 1
E scr ibir f1, 2
E scr ibir f1, 1
E scr ibir f1, 1
M odelo de gestión colectiva
Sistemas operativos: una visión aplicada 142 © J. Carretero, F. García, P. de Miguel, F. Pérez
Contenido
• Visión del usuario del sistema de archivos• Archivos• Directorios• Servicios de archivos• Servicios de directorios• Sistemas de archivos• El servidor de archivos
• Puntos a recordar
Sistemas operativos: una visión aplicada 143 © J. Carretero, F. García, P. de Miguel, F. Pérez
Puntos a recordar (I)
Los archivos y los directorios son los elementos centrales del sistema. Archivo: unidad de almacenamiento lógico no volátil que agrupa un
conjunto de información relacionada entre sí bajo un mismo nombre. Todos los sistemas operativos tienen un descriptor de archivo que almacena atributos del mismo.
Todos los sistemas operativos proporcionan mecanismos de nombrado que permiten asignar un nombre a un archivo en el momento de su creación. Desde el punto de vista del usuario, la información de un archivo puede estructurarse como una lista de caracteres, un conjunto de registros secuencial o indexado, etc.
Las dos formas de acceso más habituales son el acceso secuencial y el directo (o aleatorio).
La semántica de coutilización especifica qué ocurre cuando varios procesos acceden de forma simultánea al mismo archivo.
Un directorio es un objeto que relaciona de forma unívoca el nombre de usuario de un archivo y el descriptor interno del mismo usado por el sistema operativo.
Sistemas operativos: una visión aplicada 144 © J. Carretero, F. García, P. de Miguel, F. Pérez
Puntos a recordar (II)
Hay dos posibles formas de especificar un nombre: nombre completo del archivo, denominado nombre absoluto, o nombre de forma relativa a algún subdirectorio del árbol de directorios, denominado nombre relativo.
Previamente a la instalación del sistema operativo es necesario dividir físicamente, o lógicamente, los discos en particiones o volúmenes.
Una vez creadas las particiones, el sistema operativo debe crear las estructuras de los sistemas de archivos dentro de esas particiones. Para ello se proporcionan mandatos como format o mkfs al usuario.
El superbloque, los mapas de bloques y los mapas de descriptores constituyen la metainformación de un sistema de archivos. Si el superbloque se estropea, todo el sistema de archivos queda inaccesible.
Existen distintos tipos de estructuras de sistemas de archivos: tradicional, FFS, LFS, con bandas, etc. Cada una de ellas es más apropiada para determinados propósitos. El FFS es muy usado en la actualidad.
Los servidores de archivos tienen una estructura interna que, en general, permite acceder a los distintos dispositivos del sistema mediante archivos de distintos tipos, escondiendo estos detalles a los usuarios.
Sistemas operativos: una visión aplicada 145 © J. Carretero, F. García, P. de Miguel, F. Pérez
Puntos a recordar (III)
El sistema de archivos virtuales proporciona una interfaz de llamadas de entrada/salida genéricas válidas para todos los tipos de sistemas de archivos instalados en el sistema operativo.
Los mecanismos de asignación hacen corresponder la imagen lógica del archivo con la imagen física que existe en el almacenamiento secundario. Hay dos políticas de asignación básicas: bloques contiguos y bloques discontiguos.
Dos mecanismos populares para gestionar el espacio libre son los mapas de bits y la lista de bloques libres.
Para optimizar el rendimiento del sistema de entrada/salida, el servidor de archivos incorpora mecanismos de incremento de prestaciones tales como discos RAM, caches de nombres, caches de bloques y compresión de datos.
La destrucción de un sistema de archivos es, a menudo, mucho peor que la destrucción de un computador. Es importante salvaguardar los datos.
Un sistema de archivos puede quedar en estado incoherente por mal uso, caídas de tensión, apagados indebidos del sistema operativo, etc. · Actualmente, algunos servidores de archivos incorporan servicios avanzados tales como actualizaciones atómicas, transacciones o replicación.