Sistemas de ficheros MS-DOS

MS-DOS Estructura del disco en MS-DOS Partición 1 Partición 2 (MS-DOS) Sector de arranque primario MBR (Master Boot Record) FAT Copia de FAT Direct. raíz Bloques de datos Sector de arranque secundario

MS-DOS Estructura del disco en MS-DOS Sector de arranque primario (MBR: Master Boot Record). Es un sector (512 bytes). Contiene: El programa de arranque: la BIOS supondrá que el MBR contiene código ejecutable si los dos últimos bytes del MBR son 0xAA55. Sólo puede llegar hasta el byte 0x1BD (446 bytes). La tabla de particiones se encuentra en 0x1BE: indica el principio, el tamaño y el tipo de cada partición. Se manipula con comandos como fdisk 0x1BE, primera partición. 0x1CE, segunda partición. 0x1DE, tercera partición. 0x1EE, cuarta partición.

MS-DOS Organización de una partición MS-DOS La partición contiene: Cabecera: información previa a la zona de datos. Está organizada en sectores (512 bytes) y contiene: Sector de arranque FAT (File Allocation Table): tabla que describe a qué fichero pertenece cada cluster de datos. Contiene una entrada por cada cluster de datos. Los clusters libres y defectuosos se marcan con un código especial. Copia de la FAT: para mejorar la fiabilidad Directorio raíz: es el único directorio que no se implementa como un fichero. Zona de datos donde se almacenan los ficheros. Se organiza en clusters (2N sectores contiguos).

MS-DOS Sector de arranque de MS-DOS El sector de arranque de MS-DOS contiene Información sobre el sistema de archivos como: Número de bytes por sector. Número de sectores por cluster. Tamaño del directorio raíz. Número de tablas FAT. Tamaño del dispositivo. Código para iniciar el s.o.: Búsqueda del directorio raíz. Carga de los ficheros “io.sys” y “msdos.sys”. Transfiere control al “io.sys”.

MS-DOS La FAT (File Allocation Table) MS-DOS organiza los ficheros como una lista enlazada, pero los punteros no se encuentran en el cluster, sino en una estructura de datos denominada (FAT) localizada en los primeros sectores del disco. La FAT contiene una entrada por cada cluster de datos. Esta entrada puede indicar: Si el cluster está libre (código especial) Si el cluster es defectuoso (código especial) En el caso que el cluster esté ocupado, indica el siguiente cluster o final de fichero (código especial) si es el último.

MS-DOS La FAT (File Allocation Table) DIRECTORIO reservado Nombre reservado Tamaño del disco Nombre fichero 1er cluster ... 1 reservado 2 EOF f1 ... 6 3 13 4 2 f2 ... 5 5 9 f3 ... 10 6 8 f1 6 8 4 2 7 libre 8 4 9 12 f2 5 9 12 10 3 11 error 12 EOF f3 10 3 13 13 EOF 14 libre

MS-DOS Ejemplos de FAT Tamaño FAT, utilizando FAT32 Atributos FAT12 Se utiliza en Disquetes y particiones (pequeñas) Particiones (pequeñas y medianas) (medianas y grandes) Tamaño de entrada 12 bits 16 bits 28 bits Máximo número de Clusters 4,078 65,518 ~268,435,456 Tamaño de Cluster 0.5 KB a 4 KB 2 KB a 32 KB 4 KB a 32 KB Máximo tamaño de la partición 16,736,256 2,147,123,200 Aprox. 2^41 Tamaño FAT, utilizando FAT32

MS-DOS La FAT: análisis El acceso directo sigue siendo costoso de implementar (aunque no tanto como en la asignación enlazada) debido al elevado número de desplazamientos del cabezal del disco: Ejemplo: lseek (fd, 32768,0) Si la FAT no se encuentra completa en memoria son necesarios en el peor caso 33 accesos a bloques. No obstante, colocar parte de la FAT en una cache en memoria mejora significativamente el caso medio. Diseño poco elegante: en una misma estructura de datos se mezcla información de diferentes ficheros. Baja fiabilidad: la pérdida de un bloque de la FAT puede ocasionar la pérdida del disco entero. Posible mejora: replicar la FAT.

MS-DOS Directorios en MS-DOS Estructura de directorios: árbol. Los directorios son ficheros con un número arbitrario de entradas excepto el directorio raíz que está en la cabecera del disco y tiene un tamaño máximo prefijado (Ejemplo: 224 entradas para disquetes de 3.5”). La entrada de directorio contiene todos los atributos del fichero de forma residente excepto los datos, para los cuales sólo se indica el primer cluster (la FAT proporciona el resto de punteros).

MS-DOS Entrada de directorio en MS-DOS Contiene: Nombre del fichero Extensión: .exe, .txt, etc. (Ext.) Atributos: del sistema, ocultos, etc. Tiempo de última modificación (Tiempo), Fecha de creación (Fecha). Puntero al primer cluster de datos. Tamaño del fichero (Tamaño). Bytes 8 3 1 10 2 2 2 4 Nombre Ext. Reservado Tamaño Atributos Tiempo Fecha 1er cluster

MS-DOS Evolución de los sistemas de archivo basados en MS-DOS: FAT12 (DOS anteriores a la versión 4.0 y disquetes) Valores de cluster en la FAT son de 12 bits. Máximo número de clusters direccionables = 4078 (18 valores reservados) Nombre de fichero = 8 + 3 caracteres. El número de entradas del directorio ‘\’ está limitado. FAT16 (DOS posteriores a la versión 4.0) Valores de cluster en la FAT son de 16 bits. Máximo número de clusters direccionables = 65518. Valores límite de las particiones: 65518 * tamaño del cluster.

MS-DOS Evolución de los sistemas de archivo basados en MS-DOS: VFAT (Windows 95 OSR1 y DOS 7.x) Valores de cluster en la FAT son de 12 ó 16 bits. Long File Names (LFN): nombre del fichero (255 caracteres), alias atributos adicionales (RO | Hidden | System | Vol Label). Acceso a disco utilizando las rutinas de 16 ó 32 bits (high-speed & protected mode). FAT32 (Windows 95 OSR2) Valores de cluster en la FAT son de 28 bits. No está limitado el tamaño ni el número de entradas en ‘\’. Teóricamente puede soportar discos con 268 millones de clusters (2TB). ¿Tamaño de la FAT?:

MS-DOS Evolución de los sistemas de archivo basados en MS-DOS: FAT32 (Windows 95 OSR2)

Sistemas de ficheros Unix / Minix

Unix Estructura de datos nodo-i (i-node) Estructura de datos donde se registran todos los atributos de un fichero excepto el nombre. Utiliza asignación indexada de bloques con punteros a bloques directos, indirectos, doblemente indirectos y triplemente indirectos. Estructura de datos nodo-i : análisis Acceso aleatorio eficiente: El número máximo de accesos a disco está limitado a 4. Los punteros indirectos sólo se utilizan para ficheros grandes y muy grandes (que son escasos). Para los ficheros pequeños el acceso es muy eficiente. Diseño elegante y fiable: cada fichero tiene su estructura de datos separada.

Unix Nodos-i NODO-I Modo Núm. enlaces UID GID longitud Tiempo creación datos Tiempo creación Tiempo modificación datos Tiempo acceso datos 10 punteros directos datos datos datos 1 puntero indirecto 1 ptr indirecto doble datos 1 ptr indirecto triple datos etc.

Unix Directorios en UNIX La estructura de directorios es un grafo acíclico dirigido (DAG). Los directorios son ficheros. La entrada de directorio (denominada enlace) no tiene ningún atributo residente; sólo el nombre del fichero y una referencia al nodo-i (número de nodo-i ). El nombre del fichero incluye la extensión (total 14 bytes por defecto, pero con posibilidad de especificar nombres más largos en la configuración del sistema). Bytes 2 14 Núm nodo-i Nombre de fichero

tipo: directorio, regular, especial Minix Nodo-i en Minix tipo: directorio, regular, especial bits de permiso modo propietario grupo datos instante modif. tamaño datos nº de enlaces En una zona de 1024 bytes caben 512 referencias de 2 bytes 32 bytes 7 zonas datos 1 2 datos 3 512 zonas 4 5 datos . datos . 6 i indirecto datos datos di doble indirecto . 5122 zonas 16 bits datos . datos

Minix Directorios en MINIX La entrada de directorio es de 16 bytes: 2 para nodo-i y 14 para nombre Cuando se crea un directorio, se crean las entradas ‘.’ y ‘..’ automáticamente. El nodo-i 1 describe al directorio raíz Cuando se borra una entrada se marca con el nodo-i 0 / 1 . 1 .. 3 usr usr home etc 4 home 5 etc 4 . 987 . unx os2 1 .. 4 .. 278 unx 987 os2

Minix Estructura del disco en MINIX Un partición Minix se construye sobre un entramado de bloques de tamaño fijo. La estructura de la partición consta de: La cabecera estructurada en grupos de bloques con las estructuras de datos del sistema de ficheros Los bloques de datos estructurados en zonas. Las zona es la unidad de asignación. 1 zona = 2N bloques. En la distribución estándar, una zona equivale a un bloque. superbloque bloque de arranque mapa de nodos-i zonas bloques de zonas de datos

Minix Estructura del disco en MINIX Bloque de arranque: contiene el programa de arranque que carga el sistema operativo y le transfiere control. Superbloque: es una estructura de datos con la descripción de la estructura del disco: tamaño y ubicación de cada elemento. Mapa bits nodos-i: es un vector de bits que indica los nodos-i libres y ocupados. Existe un bit por cada nodo-i. Mapa bits zonas: es un vector de bits que indica las zonas libres y ocupadas. Existe un bit por cada zona. Bloques de nodos-i: contienen las estructuras de datos nodos-i. Una por cada fichero. El número de nodos-i depende del tamaño de la partición. El nodo-i 0 no se utiliza. Bloques de datos: bloques que almacenan bloques de datos de ficheros regulares, directorios y de referencias a otros bloques.

Minix Superbloque de MINIX Número de bloques Asignado al crear el sistema de archivos. Puede ser menor que el tamaño de la partición Número de nodos-i Asignado al crear el sistema de archivos. Es fijado por el usuario o se asigna un valor calculado por defecto Número de bloques para el mapa de nodos-i [Número de nodos-i / Número de bits por bloque] Número de bloques para el mapa de zonas [Número de zonas de datos / Número de bits por bloque] Primer bloque de datos 2 (arranque y superbloque) + Número de bloques para el mapa de nodos-i + Número de bloques para el mapa de bloques + Número de bloques de nodos-i Número mágico Un valor numérico que sirve para “garantizar” que esta partición contiene un sistema de archivos MINIX

Minix Tamaños estándar en MINIX Cálculo del tamaño del fichero máximo Bloque (=Zona): 1024 bytes Referencia a bloque: 2 bytes Enlace en directorio: 16 bytes Nodo-i: 32 bytes Cálculo del tamaño del fichero máximo Con punteros de 16 bits, tamaño de zona de 1Kb y la estuctura del nodo-i descrita el tamaño del fichero máximo es el mínimo entre las siguientes cantidades: 216 * 1Kb = 64 Mb 7*1Kb + (1Kb / 2) * 1Kb + (1Kb / 2)2 * 1Kb= 7 Kb + 512 Kb + 262.144 Kb = 262.633 Kb (aprox. 256.5 Mb)

Minix Cálculo de la estructura de una partición en MINIX Tamaños calculados en MINIX dados: T (número de bloques del sistema de archivos) y F (número de nodos-i máximo sin incluir el cero): Bits_Por_Bloque: 1024*8 = 8192 Enlaces_Por_Zona: 1024 / 16 = 64 Referencias_Por_Zona: 1024 / 2 = 512 Nodos-i_Por_Bloque: 1024 / 32 = 32 Bloques_Mapa_Nodos-i: F / Bits_Por_Bloque Bloques_Mapa_Zonas: Zonas de datos / Bits_Por_Bloque Bloques_Nodos-i: F / Nodos-i_Por_Bloque Bloques_De_Datos: T - 2 - Bloques_Mapa_Nodos-i - Bloques_Mapa_Zonas - Bloques_Nodos-i

Minix Zonas y bloques en Minix Para direccionar particiones de gran tamaño, Minix permite agupar los bloques de datos en zonas. Una zona = 2N bloques. El valor N se almacena en el superbloque. El primer bloque de datos (valor almacenado en el superbloque) se reajusta para que coincida con el comienzo de una zona. Ejemplo: Bloque: 1024 bytes Zona: 4 Bloques Enlaces_Por_Zona: 4096 / 16 = 256 Referencias_Por_Zona: 4096 / 2 = 2048