Gestión de archivos y directorios

Capítulo 8 Gestión de Archivos y Directorios
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 Comprender la estructura del sistema de ficheros Presentar 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 © 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 © J. Carretero, F. García, P. de Miguel, F. Pérez

Visión del usuario Visión lógica: Archivos Directorios
Sistemas de archivos y particiones Visión física: Bloques o bytes ubicados en dispositivos Sistemas operativos: una visión aplicada © J. Carretero, F. García, P. de Miguel, F. Pérez

Función principal El SF establece una correspondencia entre los archivos y los dispositivos lógicos. Sistemas operativos: una visión aplicada © 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. Sistemas operativos: una visión aplicada © J. Carretero, F. García, P. de Miguel, F. Pérez

Sistema de archivos 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 Sistemas operativos: una visión aplicada © J. Carretero, F. García, P. de Miguel, F. Pérez

Archivos: visión lógica
Conjunto de información relacionada. Definida por su creador . Estructura de un archivo: Secuencia o tira de bytes (UNIX, POSIX). Registros (de tamaño fijo o variable). Posición C1 C2 C3 C4 Registro 1 Registro 2 Registro 3 Registro 4 Registro n Sistemas operativos: una visión aplicada © 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 Sistemas operativos: una visión aplicada © J. Carretero, F. García, P. de Miguel, F. Pérez

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 © 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 © J. Carretero, F. García, P. de Miguel, F. Pérez

Ejemplos de representación
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Nombres de Fichero y Extensiones
Extensión Significado exe, com, bin, none c, s, asm, p pas, f77 Z, z, zip gif, jpg o, obj ps, dvi, pdf txt, doc tex, roff html Programa ejecutable Código fuente en distintos lenguajes 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 en formato imprimible o visible Archivos objeto, compilados pero 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 © 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 © J. Carretero, F. García, P. de Miguel, F. Pérez

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. Sistemas operativos: una visión aplicada © J. Carretero, F. García, P. de Miguel, F. Pérez

Estructura de archivo ejecutable LINUX

Archivos: visión lógica y física.
Usuario: Visión lógica. Sistema operativo: visión física ligada a dispositivos. Conjunto de bloques. Posición Sistemas operativos: una visión aplicada © 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 © 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. Sistemas operativos: una visión aplicada © J. Carretero, F. García, P. de Miguel, F. Pérez

Descripción física en MS-DOS (FAT)
<eof> pep_dir dir fiche1.txt Directorio Raíz Nombre Atrib. KB Agrup. Directorio pep_dir carta1.wp R prue.zip 75 76 91 51 74 45 58 27 FAT FAT de 12 bits 4K agrupaciones FAT de 16 bits 64K agrupaciones Sistemas operativos: una visión aplicada © 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 © 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 © 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 © 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 © 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 © J. Carretero, F. García, P. de Miguel, F. Pérez

Ejemplo: explorador de Windows

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 © J. Carretero, F. García, P. de Miguel, F. Pérez

Ejemplo de entradas de directorio

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 © 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 Sistemas operativos: una visión aplicada © 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 Sistemas operativos: una visión aplicada © 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 Sistemas operativos: una visión aplicada © 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 © 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 Sistemas operativos: una visión aplicada © 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 © 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 © J. Carretero, F. García, P. de Miguel, F. Pérez

Interpretación de nombres en LINUX. I

Interpretación de nombres en LINUX. II
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). Sistemas operativos: una visión aplicada © 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 © 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 /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 © J. Carretero, F. García, P. de Miguel, F. Pérez

Contenido Servicios de archivos
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 © J. Carretero, F. García, P. de Miguel, F. Pérez

Operaciones genéricas sobre archivos
creat: crea un archivo con un nombre y protección y devuelve un descriptor delete: borra el archivo con un nombre open: abre un archivo con nombre para una(s) operación(es) y devuelve un descriptor close: cierra un archivo abierto con un descriptor read: lee datos de un archivo abierto, usando su descriptor, a un almacén en memoria write: escribe datos a un archivo abierto, usando su descriptor, desde un almacén en memoria lseek: mueve el apuntador a relativo_a+ desplazamiento ioctl: permite manipular los atributos de un archivo Sistemas operativos: una visión aplicada © J. Carretero, F. García, P. de Miguel, F. Pérez

Servicios POSIX para archivos
Visión lógica: tira secuencial de bytes Apuntador de posición a partir del cual se efectúan las operaciones Descriptores de archivos: enteros de 0 a 64K Predefinidos (describir programas independientes de dispositivos): 0: entrada estándar 1: salida estándar 2: salida de error Fork: duplicación de BCP, pero compartición de tabla de archivos. Servicios consulta y modificación atributos. Protección: dueño grupo mundo rwx rwx rwx Ejemplos: 755 indica rwxr-xr-x Ejemplo de programación en el libro (Programa 8.1) Sistemas operativos: una visión aplicada © J. Carretero, F. García, P. de Miguel, F. Pérez

Archivos, directorios y servicios en POSIX (UNIX)
Tipos de archivo: Normales Directorios Especiales Nombres de archivo y directorio: Nombre completo (empieza por /) /usr/include/stdio.h Nombre relativo al directorio actual (no empieza por /) stdio.h asumiendo que /usr/include es el directorio actual. La entradas . y .. pueden utilizarse para formar rutas de acceso ../include/stdio.h Sistemas operativos: una visión aplicada © J. Carretero, F. García, P. de Miguel, F. Pérez

creat. Crea un archivo Servicio: Argumentos: name Nombre de archivo
#include <sys/types.h> #include <sys/stat.h> #include <fcntl.h> int creat(char *name, mode_t mode); Argumentos: name Nombre de archivo mode Bits de permiso para el archivo Devuelve: Devuelve un descriptor de archivo ó -1 si error. Sistemas operativos: una visión aplicada © J. Carretero, F. García, P. de Miguel, F. Pérez

creat. Crea un archivo (II)
Descripción: El archivo se abre para escritura. Si no existe crea un archivo vació. UID_dueño = UID_efectivo GID_dueño = GID_efectivo Si existe lo trunca sin cambiar los bits de permiso. Ejemplos: fd = creat("datos.txt", 0751); fd = open("datos.txt", O_WRONLY | O_CREAT | O_TRUNC, ); Sistemas operativos: una visión aplicada © J. Carretero, F. García, P. de Miguel, F. Pérez

unlink. Borra un archivo
Servicio: #include <unistd.h> int unlink(const char* path); Argumentos: path nombre del archivo Devuelve: Devuelve 0 ó -1 si error. Descripción: Decrementa el contador de veces que el archivo está abierto. Si el contador es 0, borra el archivo y libera sus recursos. Sistemas operativos: una visión aplicada © J. Carretero, F. García, P. de Miguel, F. Pérez

open. abre un archivo Servicio: Argumentos:
#include <sys/types.h> #include <sys/stat.h> #include <fcntl.h> int open(char *name, int flag, ...); Argumentos: name puntero al nombre del archivo flags opciones de apertura: O_RDONLY Sólo lectura O_WRONLY Sólo escritura O_RDWR Lectura y escritura O_APPEND El puntero de acceso se desplaza al final del archivo abierto O_CREAT Si no existe no tiene efecto. Si no existe lo crea O_TRUNC Trunca si se abre para escritura Sistemas operativos: una visión aplicada © J. Carretero, F. García, P. de Miguel, F. Pérez

open. Abre un archivo II Devuelve:
Un descriptor de archivo ó -1 si hay error. Ejemplos: fd = open("/home/juan/datos.txt"); fd = open("/home/juan/datos.txt", O_WRONLY | O_CREAT | O_TRUNC, 0750); Sistemas operativos: una visión aplicada © J. Carretero, F. García, P. de Miguel, F. Pérez

close. Cierra un descriptor de archivo
Servicio: int close(int fd); Argumentos: fd descriptor de archivo Devuelve: Cero ó -1 si error. Descripción: El proceso pierde la asociación a un archivo. Sistemas operativos: una visión aplicada © J. Carretero, F. García, P. de Miguel, F. Pérez

read. Lectura de un archivo
Servicio: #include <sys/types.h> ssize_t read(int fd, void *buf, size_t n_bytes); Argumentos: fd descriptor de archivo buf zona donde almacenar los datos n_bytes número de bytes a leer Devuelve: Número de bytes realmente leídos ó -1 si error Descripción: Transfiere n_bytes. Puede leer menos datos de los solicitados si se rebasa el fin de archivo o se interrumpe por una señal. Después de la lectura se incrementa el puntero del archivo con el número de bytes realmente transferidos. Sistemas operativos: una visión aplicada © J. Carretero, F. García, P. de Miguel, F. Pérez

write. Escritura de un archivo
Servicio: #include <sys/types.h> ssize_t write(int fd, void *buf, size_t n_bytes); Argumentos: fd descriptor de archivo buf zona de datos a escribir n_bytes número de bytes a escribir Devuelve: Número de bytes realmente escritos ó -1 si error Descripción: Transfiere n_bytes. Puede escribir menos datos de los solicitados si se rebasa el tamaño máximo de un archivo o se interrumpe por una señal. Después de la escritura se incrementa el puntero del archivo con el número de bytes realmente transferidos. Si se rebasa el fin de archivo el archivo aumenta de tamaño. Sistemas operativos: una visión aplicada © J. Carretero, F. García, P. de Miguel, F. Pérez

lseek. Modifica el valor del puntero de posición
Servicio: #include <sys/types.h> #include <unistd.h> off_t lseek(int fd, off_t offset, int whence); Argumentos: fd Descriptor de archivo offset desplazamiento whence base del desplazamiento Devuelve: La nueva posición del puntero ó -1 si error. Descripción: Coloca el puntero de acceso asociado a fd La nueva posición se calcula: SEEK_SET posición = offset SEEK_CUR posición = posición actual + offset SEEK_END posición = tamaño del archivo + offset Sistemas operativos: una visión aplicada © J. Carretero, F. García, P. de Miguel, F. Pérez

fnctl. modificación de atributos de un archivo
Servicio: #include <sys/types.h> int fnctl(int fildes, int cmd /* arg*/ ...); Argumentos: fildes descriptor de archivos cmd mandato para modificar atributos, puede haber varios. Devuelve: 0 para éxito ó -1 si error Descripción: Modifica los atributos de un archivo abierto. Sistemas operativos: una visión aplicada © J. Carretero, F. García, P. de Miguel, F. Pérez

dup. Duplica un descriptor de archivo
Servicio: int dup(int fd); Argumentos: fd descriptor de archivo Devuelve: Un descriptor de archivo que comparte todas las propiedades del fd ó -1 si error. Descripción: Crea un nuevo descriptor de archivo que tiene en común con el anterior: Accede al mismo archivo Comparte el mismo puntero de posición El modo de acceso es idéntico. El nuevo descriptor tendrá el menor valor numérico posible. Sistemas operativos: una visión aplicada © J. Carretero, F. García, P. de Miguel, F. Pérez

ftruncate. Asigna espacio a un archivo
Servicio: #include <unistd.h> int ftruncate(int fd, off_t length); Argumentos: fd descriptor de archivo length nuevo tamaño del archivo Devuelve: Devuelve 0 ó -1 si error. Descripción: El nuevo tamaño del archivo es length. Si length es 0 se trunca el archivo. Sistemas operativos: una visión aplicada © J. Carretero, F. García, P. de Miguel, F. Pérez

stat. Obtiene información sobre un archivo
Servicio: #include <sys/types.h> #include <sys/stat.h> int stat(char *name, struct stat *buf); int fstat(int fd, struct stat *buf); Argumentos: name nombre del archivo fd descriptor de archivo buf puntero a un objeto de tipo struct stat donde se almacenará la información del archivo. Devuelve: Cero ó -1 si error Sistemas operativos: una visión aplicada © J. Carretero, F. García, P. de Miguel, F. Pérez

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 */ }; Sistemas operativos: una visión aplicada © J. Carretero, F. García, P. de Miguel, F. Pérez

Comprobación del tipo de archivo aplicado a st_mode: S_ISDIR(s.st_mode) Cierto si directorio S_ISCHR(s.st_mode) Cierto si especial de caracteres S_ISBLK(s.st_mode) Cierto si especial de bloques S_ISREG(s.st_mode) Cierto si archivo normal S_ISFIFO(s.st_mode) Cierto si pipe o FIFO Sistemas operativos: una visión aplicada © J. Carretero, F. García, P. de Miguel, F. Pérez

utime. Modifica las fecha de último acceso y modificación
Servicio: #include <sys/stat.h> #include <utime.h> int utime(char *name, struct utimbuf *times); Argumentos: name nombre del archivo times estructura con las fechas de último acceso y modificación. time_t actime fecha de acceso time_t mctime fecha de modificación Devuelve: Devuelve 0 ó -1 si error Descripción: Cambia las fechas de último acceso y última modificación según los valores de la estructura struct utimbuf Sistemas operativos: una visión aplicada © J. Carretero, F. García, P. de Miguel, F. Pérez

Ejemplo. Copia un archivo en otro
#include <sys/types.h> #include <sys/stat.h> #include <fcntl.h> #include <stdio.h> #define BUFSIZE 512 main(int argc, char **argv) { int fd_ent, fd_sal; char buffer[BUFSIZE]; int n_read; Sistemas operativos: una visión aplicada © J. Carretero, F. García, P. de Miguel, F. Pérez

Ejemplo. Copia un archivo en otro (II)
/* abre el archivo de entrada */ fd_ent = open(argv[1], O_RDONLY); if (fd_ent < 0) { perror("open"); exit(-1); } /* crea el archivo de salida */ fd_sal = creat(argv[2], 0644); if (fd_sal < 0) { close(fd_ent); Sistemas operativos: una visión aplicada © J. Carretero, F. García, P. de Miguel, F. Pérez

Ejemplo. Copia un archivo en otro (III)
/* bucle de lectura del archivo de entrada */ while ((n_read = read(fd_ent, buffer, BUFSIZE)) > 0) { /* escribir el buffer al archivo de salida */ if (write(fd_sal, buffer, n_read) < n_read) { perror("write2); close(fd_ent); close(fd_sal); exit(-1); } if (n_read < 0) { perror("read"); close(fd_ent); close(fd_sal); exit(0); Sistemas operativos: una visión aplicada © J. Carretero, F. García, P. de Miguel, F. Pérez

Ejemplo: redirecciones
Programa que ejecuta ls > archivo void main(void) { pid_t pid; int status; int fd; fd = open("archivo", O_WRONLY|O_CREAT|O_TRUNC, 0644); if (fd < 0) { perror("open"); exit(-1); } pid = fork(); Sistemas operativos: una visión aplicada © J. Carretero, F. García, P. de Miguel, F. Pérez

Ejemplo: redirecciones (II)
switch(pid) { case -1: /* error */ perror("fork"); exit(-1); case 0: /* proceso hijo ejecuta "ls" */ close(STDOUT_FILENO); /* cierra la salida estandar */ dup(fd); /* duplica el descriptor del archivo */ close(fd); execlp("ls","ls",NULL); perror("execlp"); default: /* proceso padre */ close(fd); /* cierra el archivo */ while (pid != wait(&status)); } exit(0); Sistemas operativos: una visión aplicada © J. Carretero, F. García, P. de Miguel, F. Pérez

Servicios Win32 para archivos
Visión lógica: tira secuencial de bytes Apuntador de posición a partir del cual se efectúan las operaciones Archivo: objeto del núcleo de Windows. Se devuelve un manejador (handle) al mismo. Apertura: creación objeto en memoria y de su manejador. Operaciones permitidas Atributos Apuntador de posición Parte de los datos del principio del archivo ... Operaciones: manipulación de archivo y sus atributos, manipulación de manejadores, etc. Además, hay operaciones de más alto nivel (copy, ...) Todas las llamadas con muchos parámetros para definir especificidades Protección: descriptor de seguridad con ACL Ejemplo de programación: Programas 8.2 y 8.3 del libro Sistemas operativos: una visión aplicada © J. Carretero, F. García, P. de Miguel, F. Pérez

Crear y abrir un archivo
Servicio: HANDLE CreateFile(LPCSTR lpFileName, DWORD dwDesiredAccess, DWORD dwShareMode, LPVOID lpSecurityAttributes, DWORD CreationDisposition, DWORD dwFlagsAndAttributes, HANDLE hTemplateFile); Descripción: Creación, o apertura, de un archivo con nombre lpFileName. Modo de acceso dwDesiredAccess (GENERIC_READ, GENERIC_WRITE) Modo de compartición dwShareMode (NO_SHARE, SHARE_READ, SHARE_WRITE). lpSecurityAttributes define los atributos de seguridad para el archivo, cuya estructura se comentará en el Capítulo de Seguridad y Protección. Sistemas operativos: una visión aplicada © J. Carretero, F. García, P. de Miguel, F. Pérez

Cerrar y Borrar un archivo
Servicio: BOOL CloseHandle(HANDLE hObject); Descripción: Si la llamada termina correctamente, se liberan los posibles cerrojos sobre el archivo fijados por el proceso, se invalidan las operaciones pendientes y se decrementa el contador del manejador del objeto. Si el contador del manejador es cero, se liberan los recursos ocupados por el archivo. Devuelve TRUE en caso de éxito o FALSE en caso de error. Servicio: BOOL DeleteFile(LPCTSTR lpszFileName); El nombre del archivo a borrar se indica en lpszFileName. Devuelve TRUE en caso de éxito o FALSE en caso de error. Sistemas operativos: una visión aplicada © J. Carretero, F. García, P. de Miguel, F. Pérez

Leer y escribir datos a un archivo
Servicio: BOOL ReadFile(HANDLE hFile, LPVOID lpBuffer, DWORD nNumberOfBytesToRead, LPDWORD lpNumberOfBytesRead, LPVOID lpOverlapped); BOOL WriteFile(HANDLE hFile, LPVOID lpBuffer, DWORD nNumberOfBytesToWrite, LPDWORD lpNumberOfBytesWritten, LPVOID lpOverlapped); Descripción: Transferencia de datos desde/hacia el archivo indicado por el manejador hFile. La posición de memoria desde donde copiar los datos se especifica en el argumento lpBuffer El número de bytes a escribir se especifica en lpNumberOfBytesToWrite. Sistemas operativos: una visión aplicada © J. Carretero, F. García, P. de Miguel, F. Pérez

Contenido Servicios de directorios

Servicios POSIX para directorios
Visión lógica: tabla de entradas nombre lógico, nodo-i Cada entrada tiene la siguiente estructura: Struct dirent { char *d_name; /* nombre archivo */ } Gestión complicada porque los nombres de archivo tienen longitud variable. Servicios POSIX: gestión de directorios y de la tabla Ejemplos de programación en el libro (Programas 8.4 y 8.5) Sistemas operativos: una visión aplicada © J. Carretero, F. García, P. de Miguel, F. Pérez

mkdir. Crea un directorio
Servicio: #include <sys/types.h> #include <dirent.h> int mkdir(const char *name, mode_t mode); Argumentos: name nombre del directorio mode bits de protección Devuelve: Cero ó -1 si error Descripción: Crea un directorio de nombre name. UID_dueño = UID_efectivo GID_dueño = GID_efectivo Sistemas operativos: una visión aplicada © J. Carretero, F. García, P. de Miguel, F. Pérez

rmdir. Borra un directorio
Servicio: #include <sys/types.h> int rmdir(const char *name); Argumentos: name nombre del directorio Devuelve: Cero ó -1 si error Descripción: Borra el directorio si está vacío. Si el directorio no está vacío no se borra. Sistemas operativos: una visión aplicada © J. Carretero, F. García, P. de Miguel, F. Pérez

opendir. Abre un directorio
Servicio: #include <sys/types.h> #include <dirent.h> DIR *opendir(char *dirname); Argumentos: dirname puntero al nombre del directorio Devuelve: Un puntero para utilizarse en readdir() o closedir(). NULL si hubo error. Descripción: Abre un directorio como una secuencia de entradas. Se coloca en el primer elemento. Sistemas operativos: una visión aplicada © J. Carretero, F. García, P. de Miguel, F. Pérez

closedir. Cierra un directorio
Servicio: #include <sys/types.h> #include <dirent.h> int closedir(DIR *dirp); Argumentos: dirp puntero devuelto por opendir(). Devuelve: Cero ó -1 si error. Descripción: Cierra la asociación entre dirp y la secuencia de entradas de directorio. Sistemas operativos: una visión aplicada © J. Carretero, F. García, P. de Miguel, F. Pérez

readdir. Lectura de entradas de directorio
Servicio: #include <sys/types.h> #include <dirent.h> struct dirent *readdir(DIR *dirp); Argumentos: dirp puntero retornado por opendir(). Devuelve: Un puntero a un objeto del tipo struct dirent que representa una entrada de directorio o NULL si hubo error. Descripción: Devuelve la siguiente entrada del directorio asociado a dirp. Avanza el puntero a la siguiente entrada. La estructura es dependiente de la implementación. Debería asumirse que tan solo se obtiene un miembro: char *d_name. Sistemas operativos: una visión aplicada © J. Carretero, F. García, P. de Miguel, F. Pérez

rewindir. Sitúa el puntero de directorio
Servicio: #include <sys/types.h> #include <dirent.h> void rewindir(DIR *dirp); Argumentos: dirp puntero devuelto por opendir() Descripción: Sitúa el puntero de posición dentro del directorio en la primera entrada. Sistemas operativos: una visión aplicada © J. Carretero, F. García, P. de Miguel, F. Pérez

link. Crea una entrada de directorio
Servicio: #include <unistd.h> int link(const char *existing, const char *new); int symlink(const char *existing, const char *new); Argumentos: existing nombre del archivo existente. new nombre de la nueva entrada que será un enlace al archivo existente. Devuelve: Cero ó -1 si error. Descripción: Crea un nuevo enlace, físico o simbólico, para un archivo existente. El sistema no registra cuál es el enlace original. existing no debe ser el nombre de un directorio salvo que se tenga privilegio suficiente y la implementación soporte el enlace de directorios. Sistemas operativos: una visión aplicada © J. Carretero, F. García, P. de Miguel, F. Pérez

unlink. Elimina una entrada de directorio
Servicio: #include <sys/types> int unlink(char *name); Argumentos: name nombre de archivo Devuelve: Cero ó -1 si error Descripción: Elimina la entrada de directorio y decrementa el número de enlaces del archivo correspondiente. Cuando el número de enlaces es igual a cero y ningún proceso lo mantiene abierto, se libera el espacio ocupado por el archivo y el archivo deja de ser accesible. Sistemas operativos: una visión aplicada © J. Carretero, F. García, P. de Miguel, F. Pérez

chdir. Cambia el directorio actual
Servicio: int chdir(char *name); Argumentos: name nombre de un directorio Devuelve: Cero ó -1 si error Descripción: Modifica el directorio actual, aquel a partir del cual se forman los nombre relativos. Sistemas operativos: una visión aplicada © J. Carretero, F. García, P. de Miguel, F. Pérez

rename. Cambia el nombre de un archivo
Servicio: #include <unistd.h> int rename(char *old, char *new); Argumentos: old nombre de un archivo existente new nuevo nombre del archivo Devuelve: Cero ó -1 si error Descripción: Cambia el nombre del archivo old. El nuevo nombre es new. Sistemas operativos: una visión aplicada © J. Carretero, F. García, P. de Miguel, F. Pérez

getcwd. obtiene el nombre del directorio actual
Servicio: char *getcwd(char *buf, size_t size); Argumentos: buf puntero al espacio donde almacenar el nombre del directorio actual size longitud en bytes de dicho espacio Devuelve: Puntero a buf o NULL si error. Descripción: Obtiene el nombre del directorio actual Sistemas operativos: una visión aplicada © J. Carretero, F. García, P. de Miguel, F. Pérez

Programa que lista un directorio
#include <sys/types.h> #include <dirent.h> #include <stdio.h> #define MAX_BUF 256 void main(int argc, char **argv) { DIR *dirp; struct dirent *dp; char buf[MAX_BUF]; /* imrpime el directorio actual */ getcwd(buf, MAX_BUF); printf("Directorio actual: %s\n", buf); Sistemas operativos: una visión aplicada © J. Carretero, F. García, P. de Miguel, F. Pérez

Programa que lista un directorio (II)
/* abre el directorio pasado como argumento */ dirp = opendir(argv[1]); if (dirp == NULL) { fprintf(stderr,"No puedo abrir %s\n", argv[1]); } else { /* lee entrada a entrada */ while ( (dp = readdir(dirp)) != NULL) printf("%s\n", dp->d_name); closedir(dirp); } exit(0); Sistemas operativos: una visión aplicada © J. Carretero, F. García, P. de Miguel, F. Pérez

Servicios Win32 para directorios
Visión lógica: como un archivo. Operaciones similares a las de POSIX Apertura: creación objeto en memoria y de su manejador. Operaciones permitidas Atributos Apuntador de posición Parte de los datos del principio del archivo ... Operaciones: manipulación de directorio y sus atributos, manipulación de manejadores, etc. Todas las llamadas con muchos parámetros para definir especificidades Protección: descriptor de seguridad con ACL Sistemas operativos: una visión aplicada © J. Carretero, F. García, P. de Miguel, F. Pérez

Servicios Win32 para directorios (II)
BOOL CreateDirectory(LPCSTR lpPathName, LPVOID lpSecurityAttributes); BOOL RemoveDirectory (LPCSTR lpszPath); HANDLE FindFirstFile(LPCSTR lpFileName, LPWin32_FIND_DATA lpFindFileData); BOOL FindNextFile(HANDLE hFindFile, BOOL FindClose(HANDLE hFindFile); Sistemas operativos: una visión aplicada © J. Carretero, F. García, P. de Miguel, F. Pérez

Contenido Sistemas de archivos

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/hda #mkfs -c /dev/hda3 –b Sistemas operativos: una visión aplicada © J. Carretero, F. García, P. de Miguel, F. Pérez

Tipos de particiones Sistemas operativos: una visión aplicada © 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: Sistemas operativos: una visión aplicada © 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 © 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 © J. Carretero, F. García, P. de Miguel, F. Pérez

Tamaño bloque, ancho banda y uso disco

Estructuras de sistemas de archivos

Superbloque de sistemas de archivos en LINUX

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 © J. Carretero, F. García, P. de Miguel, F. Pérez

Estructura del FFS Sistemas operativos: una visión aplicada © J. Carretero, F. García, P. de Miguel, F. Pérez

Estructura de un sistema de archivos con bandas

Contenido El servidor de archivos

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 © J. Carretero, F. García, P. de Miguel, F. Pérez

Estructura del servidor de archivos

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 © J. Carretero, F. García, P. de Miguel, F. Pérez

Estructura de un nodo virtual de UNIX

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 © 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 © J. Carretero, F. García, P. de Miguel, F. Pérez

Descomposición en operaciones de bloques
Archivos con estructura de bytes Escritura leer Sistemas operativos: una visión aplicada © 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 Bloque 2 Bloque 1 Bloque 3 Sistemas operativos: una visión aplicada © 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 © J. Carretero, F. García, P. de Miguel, F. Pérez

Flujo de datos en el S. de A.

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 © 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 © J. Carretero, F. García, P. de Miguel, F. Pérez

Tablas que usa el servidor de archivos

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 © 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 Sistemas operativos: una visión aplicada © 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 © J. Carretero, F. García, P. de Miguel, F. Pérez

Mapa de bloques en un nodo-i

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: M MB de descriptores: 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 © J. Carretero, F. García, P. de Miguel, F. Pérez

Ejemplo de listas de recursos

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 © 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 © 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. Sistemas operativos: una visión aplicada © J. Carretero, F. García, P. de Miguel, F. Pérez

Flujo datos con cache de bloques

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 © 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 © 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 /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 © 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 © 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 Sistemas operativos: una visión aplicada © J. Carretero, F. García, P. de Miguel, F. Pérez

Redundancia con paridad

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: Se comprueba que el contenido del superbloque responde a las características del sistema de archivos. Se comprueba que los mapas de bits de nodos-i se corresponden con los nodos-i ocupados en el sistema de archivos. Se comprueba que los mapas de bits de bloques se corresponden con los bloques asignados a archivos. Se comprueba que ningún bloque esté asignado a más de un archivo. 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 © 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 © J. Carretero, F. García, P. de Miguel, F. Pérez

Cerrojos Tipos: Importante para trabajo colaborativo Compartido
Fichero Cerrojo C Cerrojo Ex Tipos: Compartido Exclusivo Importante para trabajo colaborativo Sistemas operativos: una visión aplicada © J. Carretero, F. García, P. de Miguel, F. Pérez

Cerrojos en POSIX cmd puede ser: La estructura struct flock
#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 © 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 © J. Carretero, F. García, P. de Miguel, F. Pérez

Gestión de la replicación

Contenido Puntos a recordar Visión del usuario del sistema de archivos

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 © 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 © 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. Sistemas operativos: una visión aplicada © J. Carretero, F. García, P. de Miguel, F. Pérez

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