1 Tema: Casos de estudio S02 Sistemas operativos II Sistemas de ficheros MS-DOS.

1Tema: Casos de estudio

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ISistemas de ficherosSistemas de ficheros

MS-DOS


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IMS-DOSMS-DOS

Estructura del disco en MS-DOS

Partición 1 Partición 2 (MS-DOS) Partición 4Partición 3

FAT

Sector de arranque secundario

Direct.raíz

Copia de FAT

Bloques de datos

Sector de arranque primarioMBR (Master Boot Record)


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IMS-DOSMS-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.


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IMS-DOSMS-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).


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IMS-DOSMS-DOS

Sector de arranque de MS-DOSEl 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”.


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IMS-DOSMS-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.


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IMS-DOSMS-DOS

La FAT (File Allocation Table)

6 8 4 2

5 9 12

10 3 13

f1

f2

f3

f1 ... 6f2 ... 5f3 ... 10

DIRECTORIO

EOF2133249586

libre748

129310

error11EOF12EOF13libre14

reservado1reservado0 TamañoTamaño

del discodel disco...Nombre fichero

1er cluster


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IMS-DOSMS-DOS

Ejemplos de FAT

ClustersTamaño Partición

4 KB 8 KB 16 KB 32 KB

8 GB 8 MB 4 MB 2 MB 1 MB16 GB 16 MB 8 MB 4 MB 2 MB32 GB 32 MB 16 MB 8 MB 4 MB64 GB 64 MB 32 MB 16 MB 8 MB

2 TB (2,048 GB) --1,024MB

512MB

256 MB

AtributosFAT12 FAT16 FAT32

Se utiliza enDisquetes yparticiones(pequeñas)

Particiones(pequeñas ymedianas)

Particiones(medianas y

grandes)Tamaño de

entrada12 bits 16 bits 28 bits

Máximo número deClusters

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 KBMáximo tamaño de

la partición16,736,256 2,147,123,200 Aprox. 2^41

Tamaño FAT,

utilizando FAT32


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IMS-DOSMS-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.


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IMS-DOSMS-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).


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IMS-DOSMS-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).

Nombre Ext. Reservado

8 3 1 10 2 4

Atributos

Tamaño

2 2

Fecha

Bytes

Tiempo 1er cluster


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IMS-DOSMS-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.Tamaño del Cluster Tamaño Máximo Partición (MB)

2 kB 127’98 MB4 kB 255’96 MB8 kB 511’92 MB16 kB 1023’84 MB32 kB 2.047’69 MB


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IMS-DOSMS-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?:


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IMS-DOSMS-DOS

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

ParticiónCluster

4 kB 8 kB 16 kB 32 kb8 GB 8 MB 4 MB 2 MB 1 MB16 GB 16 MB 8 MB 4 MB 2 MB32 GB 32 MB 16 MB 8 MB 4 MB64 GB 64 MB 32 MB 16 MB 8 MB

2 TB (2.048 GB) -- 1.024 MB 512 MB 256 MB


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ISistemas de ficherosSistemas de ficheros

Unix / Minix


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IUnixUnix

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.


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IUnixUnix

Nodos-iModo

NODO-I

datos

datos

datos

datos datos

datos

datos

Núm. enlacesUIDGID

longitudTiempo creación

Tiempo modificaciónTiempo acceso

10 punteros

directos

1 puntero indirecto1 ptr indirecto doble1 ptr indirecto triple

datos

etc.


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IUnixUnix

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).

Nombre de ficheroNúm

nodo-i

2 14Bytes


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IMinixMinix

Nodo-i en Minix

0123456i

di

propietariogrupo

instante modif.

nº de enlaces

indirectodoble indirecto

7 zonas

512zonas

datos

datos

datos

datos

.

.

.

datos

datos

5122

zonas

.

.

.

.

.

.

.

.

.

datos

datos

datos

datos

modo

tamaño

tipo: directorio, regular, especialbits de permiso

En una zona de 1024 bytes caben 512 referencias

de 2 bytes

16 bits

32 b

yte

s


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IMinixMinix

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

/

home etcusr

unx os2

4 .1 ..

278 unx987 os2

987 .4 ..

1 .1 ..3 usr4 home5 etc


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IMinixMinix

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 denodos-i

mapa dezonas

bloques denodos-i

zonas dedatos


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IMinixMinix

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.


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IMinixMinix

Superbloque de MINIX

Número de bloques

Número de nodos-i

Número de bloquespara el mapa de nodos-i

Número de bloquespara el mapa de zonas

Primer bloque de datos

Número mágico

Asignado al crear el sistema de archivos. Puede sermenor que el tamaño de la partición

Asignado al crear el sistema de archivos. Es fijadopor el usuario o se asigna un valor calculado por defecto

[Número de nodos-i / Número de bits por bloque]

[Número de zonas de datos / Número de bits por bloque]

2 (arranque y superbloque) + Número de bloquespara el mapa de nodos-i + Número de bloques

para el mapa de bloques + Número de bloques de nodos-i

Un valor numérico que sirve para “garantizar” queesta partición contiene un sistema de archivos MINIX


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IMinixMinix

Tamaños estándar en MINIX– 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)


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IMinixMinix

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


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IMinixMinix

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

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