Cap1. f 5i1e24

UNIVERSIDAD AUTONOMA GABRIEL RENE MORENO FICCT Semestre I/2016

CAPITULO 1

INF413

istración de la Información

Ing. Mary Dunnia López N.

OBJETIVO

“Describir

los

métodos

para

el

almacenamiento de la información y aplicar adecuadamente los diferentes métodos para la estructuración de la información”

INTRODUCCIÓN

Desde el punto de vista del , una de las partes más importantes de un sistema operativo es el sistema de ficheros. • El sistema de ficheros proporciona la abstracción de los recursos típicamente asociadas con el almacenamiento secundario. • El sistema de ficheros permite a los s crear colecciones de datos, llamadas ficheros, con propiedades tales como: • Existencia a largo plazo. • Compartible entre procesos. • Estructura. • El sistema de ficheros proporciona no sólo una manera de almacenar los datos y organízalos, sino también ofrece las funciones necesarias para :

CONTENIDO 1.1

Conceptos Básicos

1.2

Organización lógica y a los Archivos

1.3

Directorios de archivos

1.4

Organización Física y Medios de almacenamiento

1.5

Sectores lógicos

1.6

El Filesystem FAT

1.7

El Filesystem Linux

1.8

Representación interna de los archivos Linux

1.1 Conceptos Básicos

Sistema de Archivos

Un Sistema Operativo debe proveer funciones para:  Almacenar gran cantidad de información  Garantizar que la información sobreviva al terminar el proceso que lo usa.  Permitir que múltiples procesos concurrentes accedan a la información. Para entender mejor el sistema de archivos se lo debe observar desde la:

Perspectiva del

Implementación

Definición de Fichero

/home//archivo.txt open(“archivo.txt”)

Dispositivo

S.O.

I/O

C:\windows\calc.exe



Implementación

“Mecanismo de abstracción que permite almacenar información en un dispositivo y leerla después (…) de tal modo que el no tenga que enterarse de los detalles de cómo y dónde está almacenada la información, y de cómo funcionan en realidad los discos” -- A. Tannenbaum

NombreDeArchivo

.extensión

MSDOS: 8 para el nombre, 3 para la extensión NTFS y ext*: 255 en el total (nombre + extensión)

Atributos - Fichero

Los sistemas de archivos guardan, además del nombre del archivo y sus datos, información como fecha, hora, , permisos, etc; los cuales se denominan atributos. Algunos de los atributos que puede guardar un sistema de archivos son: Protección

Permisos que el dueño del archivo establece sobre el archivo. En linux los permisos básicos se establecen en la terna XXX para el , grupo y otros respectivamente con los valores {0: nada, 1: ejecución, 2: escritura, 4: lectura} que se suman para combinar permisos.

Dueño

del sistema dueño del archivo

Oculto

Bit que indica si el archivo figura en la lista normal de archivos.

Temporal Indicadores de Bloqueo Longitud del registro Tamaño actual

Bit que indica si eliminar el archivo al terminar el proceso que lo creo. Permiten establecer protecciones sobre parte o todo el archivo para que modificaciones concurrentes de varios procesos se hagan de forma adecuada. En archivos con registros, indica el largo de cada registro Tamaño actual del archivo en bytes.

Campo - Registro

1. Campo: Elemento de datos básico.

 Contiene un valor único.  Se caracteriza por su longitud y por el tipo de datos. 2. Registro: Conjunto de campos relacionados.  Pueden tratarse como una unidad:  Ejemplo: un registro “empleado”.

3. Archivo: Conjunto de registros similares.  Tratado como una entidad única.  Tienen nombres únicos.  Se suelen aplicar restricciones al control de s.

1.2 Organización Logica y a los Archivos

Estructura - Archivo

Los archivos internamente pueden ser libres o estructurados.  Libres: Los archivos son simplemente secuencia de bytes. Permite la mayor flexibilidad, dado que cada puede establecer como desea almacenar los datos.  Estructurados: Los archivos tienen una organización interna a través de la cual deben ser accedidos los datos. Útil cuando el sistema de archivos maneja siempre los datos en estructuras rígidas, dado que acelera el proceso, pero poco conveniente porque amarra al a dicha estructura.

F

M

C

N

A Sucesión de bytes

Sucesión de registros

T

Árbol

O

Estructura y Función del Sistema de Archivos Sistema de archivos en niveles Programas de aplicación

 Para ofrecer un eficiente y cómodo al disco, el sistema operativo impone en él un sistema de archivos.  Generalmente el sistema de archivos esta compuesto de varios niveles.  Cada nivel de diseño aprovecha las funciones de los niveles inferiores para crear nuevas funciones que se usarán en niveles superiores

Sistema lógico de archivos

Módulo de organización de archivos

Sistema básico de archivos

Control de E/S

Dispositivos

Funciones del sistema de archivos

Funciones del sistema de archivos durante un ciclo de instrucción básico

Funciones del sistema de archivos • • •

•

La estructura y funciones particulares del sistema de archivos dependerá del sistema operativo que se este utilizando. Previo a la instalación del sistema de archivos es necesario dividir física o lógicamente los discos en particiones o volúmenes. Una partición es una porción del disco a la que se le 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.

Funciones del sistema de archivos 

Al crear un sistema de archivos en una partición de un disco, se crea una entidad lógica auto contenida con:  Espacio para la información de carga del sistema operativo  La descripción de su estructura  Descriptores de archivos  Información del estado de ocupación de los bloques del sistema de archivos  Bloques de datos y directorios Partición Boot (Sector de arranque) FAT, nodos-i, descriptores físicos de archivos, etc Agrupaciones asignadas a los directorios Agrupaciones asignadas a los archivos

Organización del Fichero

La organización física del fichero en almacenamiento secundario depende de la estrategia de bloques y de asignación de ficheros. Para escoger una organización de ficheros, son importantes varios criterios:  Fiabilidad.  Facilidad de actualización.  Tiempo de corto.  Economía de almacenamiento.  Mantenimiento sencillo. La prioridad relativa de estos criterios depende de las aplicaciones que lo utilizarán. Por ejemplo:  Si un fichero se va a procesar sólo en lotes, con a todos los registros cada vez, entonces el tiempo corto no es un requisito.  Un fichero almacenado en CD-ROM nunca se actualizará, y por tanto la facilidad de actualización no es un aspecto a tener en cuenta en este caso.

Organización Lógica de Fichero

El número de organizaciones de ficheros alternativos que se han implementado o propuesto es bastante extenso, incluso para un libro dedicado a los sistemas de ficheros. En este breve resumen, se describen cinco organizaciones fundamentales:  La pila.  El fichero secuencial.  El fichero secuencial indexado.  El fichero indexado.  El fichero de directo o hash.

Organización Lógica de Fichero

Los 4 organizaciones básicos de Archivos

La Pila

    

La forma mas sencilla de organización de ficheros es la pila. Los datos se almacenan en el orden en el que llegan. Cada registro está formado por un conjunto de datos. El propósito de la pila es acumular la masa de datos y guardarlos. Los registros podrían tener diferentes o similares campos en diferentes órdenes. Por lo que cada campo debe ser auto descriptivo (tener el nombre del campo y el valor). La longitud de cada campo debe ser implícitamente indicada por delimitadores, explícitamente incluida como un subcampo o conocida por defecto para cada tipo de campo.  Dado que no hay estructura en este tipo de fichero, el a los registros se hace mediante búsqueda exhaustiva.º

El Fichero Secuencial

 Utiliza un formato fijo para los registros.  Todos los registros son de igual tamaño y están compuestos por el mismo número de campos de longitud fija en un orden específico, por este motivo sólo se necesita almacenar los valores de los campos; el nombre y longitud de cada campo son atributos de la estructura del fichero.  Un campo particular, normalmente el primer campo de cada registro, se denomina campo clave.  El campo clave identifica de forma única el registro. Los registros se almacenan en secuencia según la clave: orden alfabético para una clave de texto y orden numérico para una clave numérica.  Los ficheros secuenciales se utilizan normalmente en aplicaciones en lotes y son generalmente óptimos para dichas aplicaciones cuando implican procesamiento de todos los registros (Ej: una aplicación bancaria o de nóminas).

El Fichero Secuencial Indexado

 Esta es una técnica para eliminar las desventajas del fichero secuencial. Este mantiene las características clave del fichero secuencial: los registros se organizan en secuencia, basándose en un campo clave.  Un archivo indexado se refiere a un archivo que guarda información del orden en que están guardados los datos. Estos son muy útiles para hacer búsquedas en la base, en donde los datos se introducen sin ningún orden.  Esta organización está formada por:  Registros de un conjunto de datos que se graban en un fichero secuencialmente => Área primaria.  Los datos se pueden recuperar con directo gracias a la utilización de un fichero adicional, llamado áreas de índices, que tiene información de la posición de memoria que ocupa cada registro en el fichero de datos.  Adicionalmente dispone de un área denominada overflow, en la que se puede añadir más datos, una vez terminada el área primaria.

El fichero Secuencial Indexado

 Área primaria : Es la parte del fichero donde se guardan los registros ordenados por el valor del campo “clave”. Los registros se organizan por bloques. Es un área de organización secuencial donde el se realiza mediante dos operaciones:  Primero, buscando en el bloque del registro.  Segundo, analiza secuencialmente ese bloque hasta localizar el registro deseado o, en caso de no hallarse, pasaría al área de overflow.  Área de Índices: Los registros de esta área están formados por dos campos:  El primero contiene la clave del último registro de cada bloque.  El segundo contiene la dirección de memoria (puntero) del inicio de cada bloque del área primaria.  Área de Overflow: Tras completar el área primaria, los registros añadidos posteriormente serán enviados al área de overflow. Estos registros podrán tener claves intermedias a los registros añadidos en el área primaria.

Ejemplo de archivo secuencial indexado … (1)

1

3

2

4

Ejemplo de archivo secuencial indexado … (2)

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6

8

Ejemplo de archivo secuencial indexado … (3)

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Ejemplo de archivo secuencial indexado … (4)

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13

15

El Fichero de Directo o Hash

 El fichero de directo, o hash, explota la capacidad encontrada en los discos para acceder directamente a cualquier bloque de una dirección conocida.  Al igual que los ficheros secuenciales y secuenciales indexados, se requiere una clave para cada registro.  En este tipo de ficheros no existe el concepto de ordenación secuencial. El fichero directo hace uso de una función hash sobre un valor clave.  Los ficheros directos se utilizan frecuentemente cuando se requiere un muy rápido, los registros son de tamaño fijo y los registros se acceden de uno en uno.  Ejemplos de este tipo de estructura son los directorios, las tablas de precios, los inventarios y las listas de nombres.

Ejemplo de archivo Hash… (1)

1

3

2

4

Ejemplo de archivo Hash… (2)

5

1.3 Directorios de Archivos

Directorios





 



Directorio Raíz: Es el que contiene al resto del sistema de archivos. En Linux es (/), en Windows está escondido detrás de las unidades lógicas (\??\) Directorio de trabajo: Es el directorio en el que se esta ejecutando un proceso. Por ejemplo el interprete de comandos lo simboliza con un punto (.). Directorio Padre: Aquel en el cual es contenido un directorio. Se simboliza con punto doble (..). Ruta absoluta: Ubicación de un archivo o directorio indicando su posición desde el directorio raíz al elemento. Ej: /usr/local Ruta relativa: Ubicación de un archivo o directorio indicando su posición respecto al directorio de trabajo actual. Ej: ../share

usr/

Estilo Unix

De su utilización se derivan los conceptos de:

/

local/ share/ home/ jmakuc/ cmolina/

\??\

Estilo Windows

De manera de poder organizar los archivos, muchos sistemas de archivos tienen directorios o carpetas; los cuales también pueden ser archivos.

C:\

Las entradas X: se denominan unidades y representan a particiones de los discos

D:\

Documents And Settings

Videos

Temp

mp3

Windows

Películas

Estructura

(Elementos de Información de un Directorio) Información básica Nombre de fichero Tipo de fichero

Nombre escogido por el creador ( o programa). Debe ser único dentro de un directorio específico. Por ejemplo: texto, binario, módulo de carga, etc.

Información de direccionamiento Volumen Dirección inicial Tamaño utilizado Tamaño asignado Información de control de Propietario Información de Acciones permitidas

Información de uso Fecha de creación Identidad del creador Fecha de último de lectura Identidad de último lector Fecha de último de modificación Identidad de último modificador Fecha de la última copia de seguridad Uso actual

Indica el dispositivo en el cual se almacena el fichero. Dirección física inicial en almacenamiento secundario (por ejemplo, cilindro, pista y número de bloque en disco). Tamaño actual del fichero en bytes, palabras o bloques. Tamaño máximo del fichero. que controla el fichero. Este puede conceder/denegar a otros s y cambiar estos privilegios. Una versión sencilla de este elemento incluye el nombre de y clave para cada autorizado. Controla la lectura, escritura, ejecución y la transmisión a través de la red. Fecha en la que el fichero se coloca por vez primera en el directorio. Normalmente aunque no necesariamente el propietario actual. Fecha de la última vez que se leyó un registro. que hizo la última lectura. Fecha de la última actualización, inserción o borrado. que hizo la última modificación. Fecha de la última vez que el fichero fue copiado en otro medio de almacenamiento. Información sobre la actividad actual sobre el fichero, tal como proceso o procesos que tienen el fichero abierto, si está bloqueado por un proceso y si el fichero ha sido actualizado en memoria principal pero no en disco.

Sistemas Operativos - Willian Stalling

Estructura

 La lista sencilla no es adecuada para dar soporte a las operaciones básicas sobre archivos: • Los s podrían tener muchos tipos de ficheros, incluyendo ficheros de procesamiento de texto, gráficos, hojas de cálculo, etc. • Al le podría gustar tener estos ficheros organizados por proyecto, por tipo, o de alguna forma conveniente. • Si el directorio es una lista secuencial simple, no proporciona ayuda para organizar los ficheros y fuerza a los s a tener cuidado de no utilizar el mismo nombre para dos tipos de ficheros diferentes. El problema se agrava en un sistema compartido. El nombrado único se convierte en un problema serio. Más aún, es difícil conceder porciones del directorio completo a los s cuando no hay una estructura inherente en el directorio.

Estructura

• Una primera solución para resolver estos problemas sería pasar a un esquema de dos niveles. En este caso, hay un directorio por cada y un directorio maestro. El directorio maestro tiene una entrada por cada directorio , proporcionando Las entradas X: se información sobre dirección y control de . denominan unidades •

Estilo Windows

•

y representan a \??\ Cada directorio de es una lista simple de sus ficheros. Por esto los nombres deben ser particiones de los únicos sólo dentro de la colección de los ficheros de discos un único y el sistema de ficheros puede fácilmente asegurar las restricciones deD:\ . Sin embargo, aún no ayuda a C:\ estructurar al sus ficheros. And Settings Videos jerárquica en forma de árbol Una técnica más potente y flexible,Documents es utilizar una estructura Temphay un directorio maestro, mp3 (Windows). Como en la técnica anterior, que tiene bajo dicho directorio Windows Películas varios directorios de . Cada directorio de , a su vez, puede tener subdirectorios y ficheros como entradas. Esto se cumple para todos los niveles: • A cada nivel, un directorio podría estar formado por subdirectorios y/o ficheros. • Para cada directorio y subdirectorio el enfoque más sencillo es almacenar cada directorio como un fichero secuencial.

Compartición de Ficheros

DERECHOS DE  El sistema de ficheros debería permitir compartir ficheros entre los s: • Ninguno. El no puede incluso conocer la existencia del fichero. • Lectura. El puede leer el fichero (copiar y ejecutar en algunos sistemas). • Actualización. El puede modificar, borrar o añadir datos al fichero • Ejecución. El puede cargar y ejecutar un programa pero no copiarlo. • Conocimiento. El puede ver si el fichero existe y quién es su propietario. • Adición. El puede añadir datos al fichero (frecuentemente sólo al final), pero no puede modificar o borrar cualquiera de los contenidos del fichero. • Cambio de protección. El puede cambiar derechos de otros s. • Borrado. El puede borrar el fichero del sistema de ficheros.  Se pueden proporcionar diferentes s a distintas clases de s: • específico. s individuales que se designan por el UID • Grupos de s. Un conjunto de s que no se definen individualmente. El sistema debe tener alguna forma de gestionar la membresía a los grupos. • Todos. Todos los s que tienen a este sistema. ( ficheros públicos)

Simultaneo

 Cuando se garantiza de adición o actualización de un fichero a más de un , el sistema operativo o sistema de gestión de ficheros debe forzar una disciplina.  Una técnica de fuerza bruta consiste en permitir al bloquear el fichero completo cuando se va a actualizar (Word). Un control mas exacto implica el bloqueo de registros individuales durante la actualización (bases de datos).

1.4 Organización Física y Medios de Almacenamiento

Asignación de Ficheros

Varios aspectos están involucrados en la asignación de ficheros: 1. Cuando se crea un fichero nuevo, ¿se asigna de una vez el espacio máximo requerido para el fichero? El espacio se asigna a un fichero como una o más unidades contiguas, lo que se denomina porción. El tamaño de una porción puede ir desde un único bloque al fichero completo. 2. ¿Qué tamaño de porción debería utilizarse para asignación de ficheros? ¿Qué clase de estructura de datos o tabla se utiliza para guardar traza de las porciones asignadas para un fichero? Un ejemplo de dicha estructura es una tabla de asignación de ficheros (File Allocation Table, FAT), encontrado en DOS y otros sistemas.

Reasignación frente a asignación dinámica

 Una política de pre asignación requiere que el tamaño máximo de un fichero sea declarado en tiempo de creación de fichero. En varios casos, tales como las compilaciones de programas, la producción de ficheros de datos resumen, o la transferencia de un fichero desde otro sistema sobre la red de comunicación, se puede estimar este valor de forma fiable.  Sin embargo, para muchas aplicaciones, es difícil sino imposible, estimar fiablemente el tamaño máximo potencial del fichero. En dichos casos, los s y los programadores de aplicaciones tenderían a sobrestimar el tamaño de fichero de forma que no se queden sin espacio. Esto claramente supone malgasto desde el punto de vista de la asignación de espacio de almacenamiento.  Por tanto, hay ventajas en el uso de la gestión dinámica, que asigna espacio a un fichero en porciones cuando se necesite.

Tamaño de porción

 Existen dos alternativas principales:



1. Porciones variables, grandes y contiguas. Esta alternativa proporciona el mejor rendimiento. El tamaño variable evita malgastar espacio, y las tablas de asignación de ficheros son pequeñas. Sin embargo, el espacio es difícil de reutilizar. 2. Bloques. Pequeñas porciones fijas proporcionan mayor flexibilidad. Podrían requerir grandes tablas o estructuras complejas para su asignación. La contigüidad ha sido abandonada como meta primaria; los bloques se asignan según se necesite. Cada opción es compatible con pre asignación o asignación dinámica. 1. En el caso de porciones variables, grandes y contiguas, al fichero se le pre asigna un grupo de bloques contiguos. Solo requiere un puntero al primer bloque y el número de bloques asignados. Sin embargo es necesario preocuparse de la fragmentación del espacio libre. 2. En el caso de los bloques, todas las porciones requeridas se asignan a la vez. Esto significa que la tabla de asignación de ficheros para el fichero es de tamaño fijo.

Las siguientes estrategias son posibles:

1. Primer ajuste. Escoger el primer grupo contiguo no utilizado de bloques de tamaño suficiente desde una lista de bloques libres. 2. Siguiente ajuste. Escoger el grupo más pequeño no utilizado que sea de suficiente tamaño. 3. Ajuste más próximo. Escoger el grupo no utilizado de tamaño suficiente que sea más cercano a la asignación previa para el fichero de manera que se incremente la proximidad. No está claro qué estrategia es mejor. La dificultad de modelar estrategias alternativas es el hecho de que muchos factores interaccionen, incluyendo tipos de ficheros, patrones de a ficheros, grado de multiprogramación, otros factores de rendimiento del sistema, caching de disco, planificación de disco y otros.

Métodos de Asignación de Ficheros

Habiendo analizado los aspectos de pre asignación frente a la asignación dinámica y el tamaño de las porciones, estamos en posición de considerar métodos específicos de asignación de ficheros. Tres métodos son de uso común: contiguo, encadenado e indexado. La siguiente Tabla resume algunas de las características de cada método.

Sistemas Operativos (Willian Stalling)

Asignación Contigua

 Se asigna un único conjunto contiguo de bloques en tiempo de creación de los ficheros.  Tiene una estrategia de pre asignación que utiliza porciones de tamaño variable.  La tabla de asignación de ficheros necesita sólo una entrada para cada fichero, mostrando el bloque inicial y la longitud del fichero.  La asignación contigua es la mejor desde el punto de vista del fichero secuencial individual. Múltiples bloques se pueden leer de una vez para mejorar el rendimiento de E/S en procesamiento secuencial. Es también fácil obtener un único bloque. Por ejemplo, si un fichero comienza en el bloque b y se quiere acceder al bloque i-ésimo del fichero, su ubicación en almacenamiento secundario es simplemente b + i – 1.  La asignación contigua presenta algunos problemas. • • •

Existirá fragmentación externa, haciendo difícil encontrar bloques contiguos de espacio de suficiente longitud. De vez en cuando, será necesario llevar a cabo un algoritmo de compactación para liberar espacio adicional en el disco. Con pre asignación, es necesario declarar el tamaño del fichero en el tiempo de creación, con los problemas mencionados anteriormente.

Asignación Contigua

Asignación Encadenada

 La asignación se realiza a nivel de bloques individuales. Cada bloque contiene un puntero al siguiente bloque en la cadena.  La tabla de asignación de ficheros necesita sólo una entrada para cada fichero, mostrando el bloque inicial y la longitud del fichero. Aunque la pre asignación es posible, es más común asignar bloques cuando se necesita.  La selección de bloques es ahora una cuestión sencilla: cualquier bloque libre se puede añadir a una cadena. No hay fragmentación externa de la que preocuparse porque sólo se necesita un bloque cada vez.  Este tipo de organización física se adapta mejor a ficheros secuenciales que se procesan secuencialmente.  Seleccionar un bloque individual de un fichero requiere seguir la cadena hasta alcanzar el bloque deseado.  Una consecuencia del encadenamiento, es que no existe principio de proximidad. Por tanto, si es necesario traer varios bloques de fichero a la vez, como en el procesamiento secuencial, se requiere una serie de s a diferentes partes del disco. Para este problema, algunos sistemas consolidan ficheros periódicamente.

Asignación Encadenada

Asignación Indexada

 En este caso, la tabla de asignación de ficheros contiene un índice separado de un nivel por cada fichero; el índice tiene una entrada por cada porción asignada al fichero.  Los índices de fichero no se almacenan físicamente como parte de la tabla de asignación de ficheros, este se guarda en un bloque separado y la entrada para fichero en la tabla de asignación de ficheros apunta a dicho bloque.  La asignación puede realizarse mediante bloques de tamaño fijo o porciones de tamaño variable. • • • •

La asignación por bloques elimina la fragmentación externa, mientras que la asignación por porciones de tamaño variable mejora la proximidad. En cualquier caso, la consolidación de ficheros se puede realizar de vez en cuando. La consolidación de ficheros reduce el tamaño del índice en el caso de porciones de tamaño variable, pero no en el caso de asignación de bloques. La asignación indexada da soporte tanto a secuencial como directo a los ficheros y por tanto es la forma más popular de asignación de ficheros.

Asignación Indexada

Asignación Indexada

1.5 Sectores Lógicos

Sectores Lógicos

• Las cabezas y cilindros comienzan a numerarse desde cero y los sectores desde uno. El primer sector de un disco duro será el correspondiente a la cabeza 0, cilindro 0 y sector 1. • Hay varios conceptos para referirse a las partes del disco: • • • • • •

•

Plato: Cada uno de los discos que hay dentro del disco duro. Cara: Cada uno de los dos lados de un plato Cabeza – Head: Número de cabezas de Lectura/Escritura Pista – Track: Una circunferencia dentro de una cara; la pista 0 está en el borde exterior. Cilindro: Conjunto de varias pistas; son todas las circunferencias que están alineadas verticalmente (una de cada cara). Sector : Cada una de las divisiones de una pista. El tamaño del sector no es fijo, siendo el estándar actual 512 bytes. Antiguamente el número de sectores por pista era fijo, lo cual desaprovechaba el espacio significativamente, ya que en las pistas exteriores pueden almacenarse más sectores que en las interiores. Así, apareció la tecnología ZBR (grabación de bits por zonas) que aumenta el número de sectores en las pistas exteriores, y usa más eficientemente el disco duro. Los sectores son las unidades mínimas de información que puede leer o escribir un disco duro. Cluster: agrupación de varios sectores.

1.6 El Filesystem FAT

El Filesystem FAT

 Las implementaciones más extendidas de FAT tienen algunas desventajas: •

• •

La fragmentación excesiva de los datos: Cuando se borran y escriben nuevos archivos, suele dejar fragmentos dispersos por todo el soporte de almacenamiento. Esto complica el proceso de lectura y escritura, haciéndose cada vez más lento. Para agilizar la lectura/escritura se usa una herramienta de desfragmentación, pero es un proceso demasiado largo. El sistema FAT tampoco fue diseñado para ser redundante ante fallos. A diferencia de otros sistemas, no posee permisos de seguridad para cada archivo, por lo tanto cualquier puede acceder a cualquier fichero en el soporte.

 Es un formato sencillo, muy popular para disquetes, tarjetas de memorias, almacenamiento USB y dispositivos similares.  El sistema de archivos FAT se compone de cuatro secciones:

•

• • •

Sector de arranque, Región FAT: que contiene la tabla de asignación de archivos. La región del directorio raíz.

•

La región de datos: donde se almacena el contenido de ficheros y carpetas .

Actualmente el sistema FAT es reemplazado opcionalmente en Windows XP y superiores por el sistema NTFS.

Ejemplo FAT

Entrada directorio test.txt

...........

88

20

35

25

103

35

25

88

20

95

0

103

EOF

1.7 El filesystem LINUX

Como se guarda un archivo Linux

Tres componentes que Linux asocia con un archivo: data

Los datos son el contenido del archivo

metadata

Información extra asociada al archive: propietario, grupo propietario, y permisos de otros.

filename

Es almacenado en una estructure llamada dentry, y corresponde al nombre del archivo.

Detalles de Archivo



Linux maneja archivos del tipo: regulares, directorios, enlaces simbólicos, nodos de dispositivo y otros.



Los nombres de archivos están en unas estructuras de datos llamadas entradas de directorio (dentry).



El inodo contiene los atributos de los archivos, permisos e información de temporización (fechas de s).



Dentro del kernel de Linux, los archivos están generalmente identificados por un número de inodo.



El comando mount asigna el directorio root de un sistema de archivos (o una partición de un disco) a un directorio ya existente. Ese directorio se denomina punto de montaje. / /usr /home /swap

Estructura general de un sistema de archivos Linux





Los sistemas de archivos normalmente: 

Están situados en dispositivos de almacenamiento por bloque.



Se compone de una secuencia de bloques lógicos, todos del mismo tamaño fijo (múltiplo de 512)

Linux puede manejar varios discos físicos, cada uno con uno o varios sistemas de archivos. 



Si el cuenta con varios sistemas de archivos, ante una falla en alguno todavía podrá trabajar con el resto de sistemas.

El Kernel del sistema trata con el sistema de archivos a nivel lógico y no directamente a nivel físico de disco, es así que el controlador de disco se encarga de transformar la direcciones lógicas (kernel) del sistema de archivos en direcciones físicas

Primer Nivel en la Estructura de un Sistema de Archivo

1.8 Representación Interna de Archivos Linux

Representación Interna de Archivos Linux

1.8.1 1.8.2 1.8.3 1.8.4 1. 8. 5

El Superbloque Inodos Estructura de un archivo regular Asignación de inodos a nuevos archivos Asignación de bloques de disco.

El Superbloque



El supe bloque tiene el estado del sistema de archivos: tamaño, bloques libres, tamaño de lista de inodos, numero de inodos libres, etc.



Al arrancar el sistema:







Se montan los sistemas de archivos locales y remotos



Se lee el super bloque de memoria

Cada vez que un proceso accede a un archivo es necesario consultar el superbloque y lista de inodos. Ya que el a disco es lento el kernel normalmente: 

Realizara la E/S con disco mediante el buffer cache y mantendrá una copia del superbloque y la tabla de inodos en memoria.



Utilizará un demonio para actualizar la información copia con la real el sistema

Así mismo el proceso ShutDown se encargara de actualizar el superbloque y la tabla de Inodos.

Representación Interna de Archivos Linux

1.8.1 1.8.2 1.8.3 1.8.4 1. 8. 5

El Superbloque Inodos Estructura de un archivo regular Asignación de inodos a nuevos archivos Asignación de bloques de disco.

La Estructura del Inodo



El nombre del archivo no queda especificado en su Inodo



Cada archivo de Unix tiene asociado un Inodo. El Inodo tiene información necesaria para que un proceso pueda acceder al archivo: 

Identificador del dispositivo: tipo



Identificador del Inodo: Numero único que lo identifica.



Identificador del propietario : Individual y de grupo (root tiene todos los permisos)



Tipo de archivo: Regular, directorio, especiales, tuberías o pipes



Tipo de al archivo: Permisos para UGO. Los permisos pueden ser : R W X



Tiempos de al archivo.



Tamaño del archivo



Durante el arranque el kernel lee la lista de inodos y carga un acopia en memoria (tabla de inodos o cache de inodos o buffer cache), por esto motivo:



Todo lo que manipule el sistema de archivos se refleja en la tabla de inodos, pero no en la lista de Inodos => Mayor rapidez. Asi mismo el Sistema se mantiene al tanto de: 

Si el Inodo esta bloqueado => Si algún proceso esta en espera de que desbloquee



Si la copia del Inodo en memoria difiere de disco => Si la copia de datos en memoria difiere de disco

Inodos

Representación Interna de Archivos Linux

1.8.1 1.8.2 1.8.3 1.8.4 1. 8. 5

El Superbloque Inodos Estructura de un archivo regular Asignación de inodos a nuevos archivos Asignación de bloques de disco.

Estructura de un Archivo Regular





Los archivos regulares contienen bytes de datos organizados como un array lineal. Las operaciones que se pueden realizar con los datos de un archivo son : 

Leer / escribir cualquier byte del archivo



Añadir bytes al final del archivo, con lo que aumentan de tamaño



Truncar el tamaño de un archivo a cero bytes. Esto es como borrar el contenido del archivo.

Las siguientes operaciones no están permitidas en un archivo: 

Insertar bytes en un archivo. Solo al final.



Borrar bytes de un archivo .



Truncar el tamaño de un archivo a un valor distinto de cero.



Es posible que Dos o mas procesos pueden leer y escribir concurrentemente sobre el mismo archivo. Los resultados de esta operación dependerán del orden de llamadas de entrada/salida individuales de cada proceso , la gestión y planificación del Scheduler.



Los bloques de datos están situados a partir de la lista de inodos



SI los datos de un archivo se almacenan en bloques consecutivos, para accederlos basta con conocer la dirección del bloque inicial y el tamaño del archivo 

Aquí se debe analizar = > fragmentación externa!!

Estructura de un Archivo Regular

Estructura de un Archivo Regular



Si se almacenaran 3 archivos A, B y C cada uno de 10 bloques de tamaño, y luego el archivo B crecerá a 15 bloques, la situación causaría: 

Perdida de tiempo en copiar los 10 bloques del archivo B a otra zona



Quedarían 10 bloques libres en medio de dos zonas ocupadas.



El kernel puede minimizar la fragmentación del disco ejecutando periódicamente procesos para compactarlo (pero habría cierta perdida de velocidad durante este proceso.



Para mayor flexibilidad el kernel reserva los bloques para los archivos de uno en uno, y permite que los datos de un archivo estén esparcidos en el sistema de archivos.



Las entradas de direcciones del Inodo consisten en una Tabla de direcciones de los bloques que contiene los datos del archivo. Almacenar la lista de bloques del archivo en un Inodo es algo difícil de implementar.



Dado que los archivos no trabajan por bloques, sino por directo a los bytes, esta estructura debe proveer algún algoritmo para traducir las indirecciones y bloques en los bytes solicitados por las funciones del programador

Representación Interna de Archivos Linux

1.8.1 1.8.2 1.8.3 1.8.4 1. 8. 5

El Superbloque Inodos Estructura de un archivo regular Asignación de inodos a nuevos archivos Asignación de bloques de disco.

Asignación de Inodos a Nuevos Archivos (ialloc)



El algoritmo IALLOC asigna un inodo del disco a un nuevo archivo. El file system contiene una lista de inodos. Un inodo esta libre si el tipo especificado es 0. Cuando el kernel tiene q asignar un inodo a un archivo nuevo, busca en la lista de inodos libres que tiene en el superblock un numero de inodo .

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Si encuentra en la lista de inodos, entonces toma el inodo, asigna una copia en memoria de este inodo por medio del algoritmo IGET, inicializa el inodo y lo devuelve lockeado (actualiza el inodo a disco)

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Si la lista de inodos esta vacía, el kernel busca en la lista de inodos del disco y guarda tantos inodos libres como sea posible en el array del superbloque, recordando siempre cual es el mayor numero de inodo almacenado.



En este sentido la próxima vez que necesite levantar números de inodos del disco, sabe que a partir del numero recordado tiene que empezar la búsqueda. Y cada vez que asigne un inodo a un archivo, decremento la cantidad de inodos libres en el array dentro del superbloque

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Cuando se libre un inodo se utiliza el algoritmo IFREE. El kernel revisa si hay lugar en lista para el número de indo liberado, si hay lugar entonces coloca el numero en el array. SI no hay lugar compara el número de inodo con el numero del inodo recordado y solo si es menor , lo almacena dentro del array, sacando del array al inodo recordado. Este pasa a ser ahora el inodo recordado.

Representación Interna de Archivos Linux

1.8.1 1.8.2 1.8.3 1.8.4 1. 8. 5

El Superbloque Inodos Estructura de un archivo regular Asignación de inodos a nuevos archivos Asignación de bloques de disco.

Asignación de Bloques de Disco

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El super bloque del Sistema de archivos contiene un array que es utilizado para cachear los números de bloques libres dentro del File System. El ejecutable MKFS organiza los bloques del disco en una lista linkeada, tal que cada link de la lista es un bloque del disco y contiene un array de números de bloques libres y una de las entradas del array es el numero del próximo bloque linkeado del array.

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Cuando el kernel quiere asignar un bloque del sistema de archivos, asigna el próximo bloque disponible en la lista del super bloque (ALLOC). Una vez asignado no puede ser reasignado hasta que sea liberado.

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Si el bloque que lee de la lista es el ultimo bloque libre, entonces toma el contenido que es un puntero al próximo bloque del link y lee este bloque, llenando con los datos del mismo la lista de bloques libres del array en el súper bloque.

Asignación de Bloques de Disco

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Luego trabaja con el número de bloque que tiene libre y procede a asignarlo, luego de iniciar su contenido.

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Cuando se ejecuta MKFS, se van cargando los números de bloques de manera que tengan cierta relación que luego pueda mejorar la lectura de los bloques asignados, para aquellos archivos que contendrán gran cantidad de bloques de datos.

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El algoritmo FREE procede de manera inversa. Si la lista en el super bloque no esta llena, entonces el numero de bloque liberado se carga en ella. Si esta llena, entonces el bloque libreado es un nuevo bloque de la lista linkeada, es decir, se copia en el bloque el array del súper bloque y se graba a disco. El array del super bloque queda en un elemento apuntado al bloque recién grabado

Practica 1

1.

Explicar el algoritmo Hash mediante un algoritmo funcional

2.

Explicar detalladamente el mejor método para realizar copias de seguridad de:  Una Pc  Muchas Pc´s de una empresa.

3.

En cada caso tomar en cuenta los siguientes aspectos: 

Método (Software) para realizar las copias de seguridad.



Dispositivo de almacenamiento: marca, tamaño, sistema de archivos.