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Sistemas operativos: una visión aplicada

Capítulo 8Gestión de Archivos y Directorios

Sistemas operativos: una visión aplicada 1 © 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


Visión del usuario

• Visión lógica:– Archivos – Directorios – Sistemas de archivos y particiones

• Visión física: – Bloques o bytes ubicados en dispositivos

Visiónlógica

Visiónfísica


Función principal

• El SF establece una correspondencia entre los archivos y los dispositivos lógicos.

SISTEMADE

FICHEROS

ProtecciónInte

rfaz

de

acce

so


Archivos: visión lógica• Conjunto de información relacionada que ha sido definida por su creador • Estructura de un archivo:

– Secuencia o tira de bytes (UNIX, POSIX)

– Registros (de tamaño fijo o variable)

Posición

Registro 1

Registro 3

Registro 2

Registro 4

Registro n

C1

C1

C1

C1

C1

C2

C2

C2

C2

C2

C3

C3

C3

C3

C3

C5

C5

C5

C5

C5

C4

C4

C4

C4

C4

Registro 1

Registro 3

Registro 2

Registro 4

Registro n

C1

C1

C1

C1

C1

C2

C2

C2

C3

C3

C3

C4

C4

C4

C4

C3

C3

C5

C5


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


Ejemplos de representación

Nombre Atrib.

Size KBAgrup. FAT

cabecera AtributosTamañoNombre

Seguridad

Datos

Vclusters


Nombres de fichero y extensiones II

• Los directorios relacionan nombres lógicos y descriptores internos de ficheros• Las extensiones son significativas para las aplicaciones (html, c, cpp, etc.)


Byte o registro de

longitud fija

Árbol de registros

Cabecera

Módulo objeto

Cabecera

Módulo objeto

Archivo debiblioteca

Registros de longitudvariable

Distintas estructuras lógicas


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.

Clave

Registro

Ficheroindice

Fichero principal


Cabecera de sección 1

Cabecera de sección n

Sección 1

Sección 2

Sección n

Tipo de sección,tamaño de la sección dirección virtual

Otrainformación

Datos con valor inicial

Informaciónde carga

Tabla desímbolos

Datos con valor inicial

Código

Tipo de sección,tamaño de la sección dirección virtual

Cabecera primaria

Número mágico

Número de secciones

Tamaño segmento texto

Tamaño segmento datos

Tamaño datos sin valorinicial

Tamaño tabla de símbolos

Valor inicial de registros

Dirección inicial

Opciones

...

Estructura de archivo ejecutable LINUX


Archivos: visión lógica y física

• Usuario: Visión lógica.• Sistema operativo: visión física ligada a dispositivos. Conjunto de bloques.

Posición

1

13

25

7

19

4

16

28

10

22

2

14

26

8

20

5

17

29

11

23

3

15

27

9

21

6

18

30

12

24

Bloques de la Unidad de Disco

Archivo ABloques:13

201831619

Visión lógica

Visión física


Descripción física en UNIX (nodo-i)

Tamaño máximo del archivo: 10Sb+(Sb/4)Sb +(Sb/4)2Sb +(Sb/4)3SbSb el tamaño del bloque y direcciones de bloques de 4 bytes.

Tipo de Fichero y ProtecciónNúmero de Nombres

PropietarioGrupo del Propietario

TamañoInstante de creación

Instante del último accesoInstante de la última modificación

Puntero a bloque de datos 0Puntero a bloque de datos 1

Puntero a bloque de datos 9Puntero indirecto simplePuntero indirecto doblePuntero indirecto triple

nodo-i

Punterosa Bloquesde Datos







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

92

Nombre Atrib. KB Agrup.


Ejemplo: explorador de Windows


NombreNodo-i: Puntero al descriptor del archivo

Directorio de CP/M

NombreTipo de archivo

Contadorde bloques

Código deusuario

archivoextendido

Númerosde bloque

. . .

Directorio de MS-DOS

Directorio de UNIX

NombreTipo de archivo Reservado

Atributos Fecha Tamaño

Hora

Númerodel primer bloque

Ejemplo de entradas de directorio


Directorio de un nivel

• Un único directorio para todos los usuarios• Problemas de nombrado y agrupación

Directorio

Archivos

carta mapa.gif lista.txt programa.o... ...

... ...


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

Directoriomaestromarivi miguel elvira... ...

archivos... ...

Directoriodel usuario

datos lista.c claves... ...

archivos... ...


test agenda claves... ...

archivos... ...


mail lista.c mio.o... ...


Directorio con estructura de árbol

• Búsqueda eficiente y agrupación• Nombres relativos y absolutos -> directorio de trabajo

Directorioraíz

tmp home usr... ...

marivi miguel elvira...

test agenda claves

sh rm vi

bin include mail

mio.o

buzonstdio.h

datos lista.c claves

correo agenda


Directorio de grafo acíclico I

• Tienen archivos y subdirectorios compartidos• Este concepto no existe en Windows

Directorioraíz

tmp home usr... ...

marivi miguel elvira...

test agenda claves

sh rm vi

bin include mail

buzonstdio.h

datos lista.c claves

clavescorreo agenda


Interpretación de nombres en LINUX. I

claves

textos

758

3265

.

.....

.

..


Sistemas de archivos y particiones

• Volumen: conjunto coherente de metainformación y datos. • Ejemplos de Sistemas de archivos:

Boot Dos copiasde la FAT

DirectorioRaíz

Datos yDirectorios

Boot nodos-iSuperBloque

Mapasde bits

Datos yDirectorios

MS-DOS

UNIX


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


stat.Obtiene información sobre un archivo

• Descripción:– Obtiene información sobre un archivo y la almacena en una estructura de

tipo struct stat :

struct stat {mode_t st_mode; /* modo del archivo */ino_t st_ino; /* número del archivo */dev_t st_dev; /* dispositivo */nlink_t st_nlink; /* número de enlaces */uid_t st_uid; /* UID del propietario */gid_t st_gid; /* GID del propietario */off_t st_size; /* número de bytes */time_t st_atime; /* último acceso */time_t st_mtime; /* última modificacion */time_t st_ctime; /* último modificacion de datos * /

};


Partición 2

Partición 3

Partición 5Partición 4

Tipos de particiones


Sistemas de archivos y particiones (II)

• Sistema de archivos: conjunto coherente de metainformación y datos. • Ejemplos de Sistemas de archivos:

Boot Dos copiasde la FAT

DirectorioRaíz

Datos yDirectorios

Boot nodos-iSuperBloque

Mapasde bits

Datos yDirectorios

MS-DOS

UNIX


Tamaño de Bloque

ancho de banda

uso del disco

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


Estructuras de sistemas de archivos


Superbloque de sistemas de archivos en LINUX


Estructura del FFS


Partición Lógica

Disco 0

bloque 0

bloque 4

bloque 3bloque 2bloque 1

Partición delsistema

Conjunto de bandas

Disco 1 Disco 2 Disco 3

Estructura de un sistema de archivos con bandas


Estructura del servidor de archivos

Proceso deUsuario 1

Proceso deUsuario 2

Proceso deUsuario 3

Proceso deUsuario n

. . .Nivel deusuario

Nivel desistema

Manejadores de Dispositivo

Servidor de Bloques

Módulo de Organización de Archivos

Cache de Bloques

ext2 msdos ffs . . .

. . .

proc

Sistema de Archivos Virtual


Estructura de un nodo virtual de UNIX

nodo-v

Direcciones delas operaciones

virtuales

Direcciones delas operaciones

específicas de SA

Dirección delnodo-i

específico

Información del archivo

virtual

nodo-i

Tabla de funciones

del SA


Descomposición en operaciones de bloques

• Archivos con estructura de bytes – Escritura leer

Fichero (tira de bytes)Fichero (tira de bytes)

Bloques


Descomposición en operaciones de bloques (II)

• Archivos de registros de tamaño fijo

R1 R2 R3 R4 R5 R6

R1 R2R3 R4 R5 R6R3

R6

Bloque 2Bloque 1 Bloque 3

Bloque 1 Bloque 2 Bloque 3


Flujo de datos en el S. de A.

Usuario

read (fd, buffer, tamaño)

tamaño

buffer

bloques del archivo

bloques del dispositivo

bloques del disco

archivo lógico(VFS)

archivo lógico(FFS)

Manejador de disco y

dispositivo

Bloques lógicos(Servidor

de bloques)

3

1340

1340

1756

1756

840

840

8322

8322

4 5 6


Tablas que usa el servidor de archivos

Tabla de archivos abiertos. P1

234563563678

01234

fd


2300534465326

01234

fd


230563983247

01234

fd

Tabla intermedia de nodos-i y posiciones

Tabla de nodos-i

98 456234898

Nodo-i Posición

98


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


Mapa de bloques en un nodo-i

nodo-i

Bloque indirecto

Indirecto simple

Indirecto doble

Indirecto triple

Direcciones delos 10 primeros

bloques

Información del archivo

820

1134

675

10211

8204

2046

20464

342

1623

DISCO

...

...


Ejemplo de listas de recursos

0 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16 17 18

Bloques libres 7 14 16 1711 18 (A)

Bloques libres 11,1 16,314,17,1 (B)


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

Cache

Proceso

Cache


Flujo datos con cache de bloques

Usuario

read (fd, buffer, tamaño)

tamaño

buffer

bloques del archivo

bloques del dispositivo

bloques del disco

archivo lógico(VFS)

archivo lógico(FFS)

Manejador de disco y

dispositivo

Bloques lógicos(Servidor

de bloques)

Cache de bloques(Servidor

de bloques)

3

1340

1340

1756

1756

1756

840

840

8322

8322

8322

4 5 6


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


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


Enlace simbólico

ln -s /user/pepe/datos.txt /user/juan/datos2.txt

/

usr lib

pepe

user

juan

prog.cdatos.txt

prog.c

...datos.txt

23100

130400

pepe

...

datos2.txt

80100

60prueba.txt

datos2.txtprueba.txt

28

juan

enlaces = 1

/user/pepe/datos.txt

nodo-i 130

enlaces = 1

descripción del fichero

nodo-i 28

/

usr lib

pepe

user

prog.c prueba.txtdatos.txt

prog.c

...datos.txt

23100

28400

pepe

...prueba.txt

80100

60

juan

juan


Ejemplo de montado

/

= punto de montado

Punto demontado


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


Redundancia con paridad

Dispositivo RAID

Disco 0 Disco 1 Disco 2 Disco 3

bloque 0

bloque 3

paridadbloque 2bloque 1


Estado de los bloques

0000

1012 3 n

…

0111

1002 3 n

…

CASO 2

Número de bloque

Referencias

Libres

0000

1112 3 n

…

0111

1002 3 n

…

CASO 1

Número de bloque

Referencias

Libres

0000

1212 3 n

…

0111

1002 3 n

…

CASO 3

Número de bloque

Referencias

Libres

0000

1012 3 n

…

0111

1202 3 n

…

CASO 4

Número de bloque

Referencias

Libres


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


Gestión de la replicación

GRprimario

GRsecundario

GRsecundario

P 1 P 2

Leer f1Leer f2

Escribir f1

Escribir f1

Escribir f1

Modelo de copia primaria

Gestor deRéplicas

Gestor deRéplicas

Gestor deRéplicas

P 1 P 2

Escribir f1, 2

Escribir f1, 2

Leer f2

Escribir f1, 1

Escribir f1, 2

Escribir f1, 1

Escribir f1, 1

Modelo de gestión colectiva

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