Sistemas operativosSistemas operativosTema 10: Sistemas de ficherosTema 10: Sistemas de ficheros

Sistemas de ficherosSistemas de ficheros

►► El sistema de ficheros suele ser el El sistema de ficheros suele ser el aspecto maspecto máás s visiblevisible de un SO para los usuarios.de un SO para los usuarios.

►► Objetivos:Objetivos:Ofrecer una Ofrecer una visivisióón uniformen uniforme del almacenamiento de del almacenamiento de informaciinformacióón en memoria secundaria.n en memoria secundaria.►►El SO oculta las propiedades fEl SO oculta las propiedades fíísicas de los discos, y define sicas de los discos, y define

una unidad luna unidad lóógica de almacenamiento: el gica de almacenamiento: el ficherofichero..

Gestionar el espacio de almacenamiento y el acceso a la Gestionar el espacio de almacenamiento y el acceso a la informaciinformacióón.n.

Sistemas de ficherosSistemas de ficheros

►► Los primeros SO soportaban Los primeros SO soportaban tipos de ficherostipos de ficheros, , incorporando cincorporando cóódigo para interpretar su estructura digo para interpretar su estructura y contenido.y contenido.

►► Actualmente, se tiende a ver los ficheros como Actualmente, se tiende a ver los ficheros como secuencias no interpretadas de secuencias no interpretadas de bytesbytes..

MMááxima flexibilidad, pero mxima flexibilidad, pero míínimo soporte: queda todo nimo soporte: queda todo en manos de las aplicaciones.en manos de las aplicaciones.Todo lo mTodo lo máás, el SO distingue s, el SO distingue ficheros ejecutablesficheros ejecutables, y , y tipos de documentostipos de documentos segsegúún el programa con que se n el programa con que se crean o editan.crean o editan.

MMéétodos de acceso a ficherostodos de acceso a ficheros

►► Acceso secuencial:Acceso secuencial: se accede a las distintas partes de un se accede a las distintas partes de un fichero una tras otra, en un orden predeterminado.fichero una tras otra, en un orden predeterminado.

Al abrir un fichero, el Al abrir un fichero, el puntero de L/Epuntero de L/E se sitse sitúúa al principio del a al principio del mismo.mismo.Cada operaciCada operacióón de L/E accede a la posicin de L/E accede a la posicióón apuntada y hace que el n apuntada y hace que el puntero avance a la posicipuntero avance a la posicióón siguiente.n siguiente.

►► Acceso directo:Acceso directo: se puede acceder a las distintas partes de se puede acceder a las distintas partes de un fichero en cualquier orden.un fichero en cualquier orden.

Los ficheros se ven como secuencias de Los ficheros se ven como secuencias de bloques de longitud fijabloques de longitud fija..Las operaciones de L/E indican un Las operaciones de L/E indican un nnúúmero de bloquemero de bloque relativo al relativo al comienzo del fichero.comienzo del fichero.

►► Se puede simular de manera eficiente el acceso secuencial Se puede simular de manera eficiente el acceso secuencial sobre dispositivos de acceso directo, pero no viceversa.sobre dispositivos de acceso directo, pero no viceversa.

Estructura fEstructura fíísica y lsica y lóógicagica

Estructuras de sistemas de ficherosEstructuras de sistemas de ficheros

►► Muchos sistemas de ficheros combinan dos Muchos sistemas de ficheros combinan dos estructuras distintas:estructuras distintas:

Directorio de dispositivo.Directorio de dispositivo.►►Contiene informaciContiene informacióón sobre las n sobre las propiedades fpropiedades fíísicassicas de cada de cada

fichero: localizacifichero: localizacióón en el dispositivo de almacenamiento, n en el dispositivo de almacenamiento, tamatamañño, etc.o, etc.

Directorio de ficheros.Directorio de ficheros.►►Contiene informaciContiene informacióón sobre las n sobre las propiedades lpropiedades lóógicasgicas de cada de cada

fichero: nombre, tipo, propietario, permisos, etc.fichero: nombre, tipo, propietario, permisos, etc.

►► La vinculaciLa vinculacióón entre ambas estructuras se hace a n entre ambas estructuras se hace a travtravéés de un s de un identificador unidentificador uníívocovoco de fichero.de fichero.

Directorio de nivel Directorio de nivel úúniconico

►► Todas las entradas en el mismo nivel.Todas las entradas en el mismo nivel.

►► SoluciSolucióón adoptada en los directorios de dispositivo.n adoptada en los directorios de dispositivo.►► No se utiliza en directorios de ficheros, por dos motivos No se utiliza en directorios de ficheros, por dos motivos

principales:principales:Falta de organizaciFalta de organizacióón ln lóógica.gica.Limitaciones alLimitaciones al nombramiento:nombramiento: no podrno podríía haber dos ficheros con el a haber dos ficheros con el mismo nombre, aunque pertenecieran a distintos usuarios.mismo nombre, aunque pertenecieran a distintos usuarios.

directorio

ficheros

Directorio de dos nivelesDirectorio de dos niveles

►► Un directorio por cada usuario.Un directorio por cada usuario.

►► SSóólo se requiere unicidad de nombres dentro de cada lo se requiere unicidad de nombres dentro de cada directorio.directorio.

►► Un usuario puede acceder a los ficheros de otro indicando Un usuario puede acceder a los ficheros de otro indicando caminos de bcaminos de búúsquedasqueda..

so1 so2 so3

p1.c p2.c func.h func.c p1.tgz notas p1.c p1b.c coredirectoriosde usuario

ficheros

directorio raíz

Estructura de Estructura de áárbolrbol

►► GeneralizaciGeneralizacióónn del directorio de dos niveles.del directorio de dos niveles.Los usuarios pueden crear Los usuarios pueden crear subdirectoriossubdirectorios..

home bin opt

so1 p1.pdf so2 bash gcc info share

prac1.c p1.pdf func.h func.c p1.tgz p1b.tgz p1.c texinfo web2c

Estructura de Estructura de áárbolrbol

►►Dos tipos de caminos:Dos tipos de caminos:Absolutos:Absolutos: desde el directorio radesde el directorio raííz.z.Relativos:Relativos: desde el directorio actual.desde el directorio actual.

►►Existe un Existe un úúnico camino para cada fichero o nico camino para cada fichero o subdirectorio desde el directorio rasubdirectorio desde el directorio raííz.z.

Estructura de grafo Estructura de grafo acacííclicoclico

►► Ficheros y subdirectorios pueden tener Ficheros y subdirectorios pueden tener varios caminosvarios caminosdesde el directorio radesde el directorio raííz (y, por extensiz (y, por extensióón, varios nombres).n, varios nombres).

dict spell

all w count count words list

list radc w7

list

Estructura de grafo Estructura de grafo acacííclicoclico

►► El grafo El grafo acacííclicoclico facilita la facilita la comparticicomparticióónn de ficheros y de ficheros y subdirectorios entre usuarios.subdirectorios entre usuarios.

Sin embargo, complica los mecanismos de generaciSin embargo, complica los mecanismos de generacióón de n de estadestadíísticas de disco, copia de seguridad, etc.sticas de disco, copia de seguridad, etc.

►► Implementaciones:Implementaciones:InformaciInformacióón replicada.n replicada.►► Al modificar un fichero, por Al modificar un fichero, por consistencia,consistencia, hay que modificar igualmente hay que modificar igualmente

todas sus rtodas sus rééplicas.plicas.Una Una úúnica copia, y nica copia, y enlaces enlaces a los ficheros o subdirectorios a los ficheros o subdirectorios compartidos.compartidos.►► Al borrar un fichero o subdirectorio, se elimina un enlace.Al borrar un fichero o subdirectorio, se elimina un enlace.►► El fichero o subdirectorio se borra cuando no quedan enlaces a El fichero o subdirectorio se borra cuando no quedan enlaces a éél (se l (se

necesita un necesita un contador de referenciascontador de referencias).).

Estructura de grafo generalEstructura de grafo general

►► Se permite la apariciSe permite la aparicióón de ciclos, enlazando subdirectorios n de ciclos, enlazando subdirectorios de nivel superior.de nivel superior.

spell

count words list

list radc ipc w7

dict

oldlist

Estructura de grafo generalEstructura de grafo general

►► La existencia de bucles complica la generaciLa existencia de bucles complica la generacióón de n de estadestadíísticas y los mecanismos de copia de seguridad.sticas y los mecanismos de copia de seguridad.

►► Problemas con el borrado:Problemas con el borrado: pueden existir subdirectorios pueden existir subdirectorios con el contador de referencias a un valor distinto de cero, con el contador de referencias a un valor distinto de cero, y que sin embargo no son alcanzables desde el directorio y que sin embargo no son alcanzables desde el directorio raraííz.z.

InformaciInformacióón inaccesible.n inaccesible.Se necesita un Se necesita un recolector de basurarecolector de basura..

►► Pocas ventajas con respecto al grafo Pocas ventajas con respecto al grafo acacííclicoclico la la estructura de grafo general apenas se utiliza.estructura de grafo general apenas se utiliza.

AsignaciAsignacióón de espacion de espacio

AsignaciAsignacióón de espacion de espacio

►► ObjetivosObjetivos ananáálogos a la gestilogos a la gestióón de memoria n de memoria principal:principal:

Aprovechamiento de espacio.Aprovechamiento de espacio.Acceso eficiente a los ficheros.Acceso eficiente a los ficheros.

►► Compromiso comCompromiso comúúnn a todas las formas de a todas las formas de asignaciasignacióón:n:

Como el almacenamiento se realiza por bloques, Como el almacenamiento se realiza por bloques, aparece una aparece una fragmentacifragmentacióón interna n interna media de media de ½½ bloque bloque por fichero.por fichero.►► ¿¿Mejor Mejor bloques pequebloques pequeññosos??

Para reducir los accesos a disco, deberPara reducir los accesos a disco, deberíía maximizarse la a maximizarse la cantidad de informacicantidad de informacióón len leíída en cada operacida en cada operacióón de E/S.n de E/S.►► ¿¿Mejor Mejor bloques grandesbloques grandes??

AsignaciAsignacióón contiguan contigua►► A cada fichero se le asigna un conjunto de A cada fichero se le asigna un conjunto de

bloques contiguosbloques contiguos en disco.en disco.Estrategias Estrategias firstfirst--fitfit, , bestbest--fitfit o o worstworst--fitfit..El directorio de dispositivo almacena la El directorio de dispositivo almacena la direccidireccióón del primer bloque y el nn del primer bloque y el núúmero de mero de bloques que le siguen.bloques que le siguen.

►► Soporte eficiente para acceso secuencial y Soporte eficiente para acceso secuencial y para acceso directo.para acceso directo.

►► FragmentaciFragmentacióón externa.n externa.Se requieren mecanismos de compactaciSe requieren mecanismos de compactacióón.n.

►► Otras cuestiones:Otras cuestiones:¿¿CCóómo saber cumo saber cuáánto espacio necesitarnto espacio necesitaráá un un fichero? fichero? ¿¿QuQuéé hacer si un fichero crece y no hay hacer si un fichero crece y no hay bloques libres despubloques libres despuéés del s del úúltimo?ltimo?

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AsignaciAsignacióón enlazadan enlazada►► Se ve cada fichero como una Se ve cada fichero como una

lista enlazada de bloqueslista enlazada de bloques..El directorio de dispositivo El directorio de dispositivo almacena la direccialmacena la direccióón del n del primer bloque.primer bloque.Cada bloque almacena un Cada bloque almacena un puntero al siguiente.puntero al siguiente.

►► No hay fragmentaciNo hay fragmentacióón externa.n externa.AAúún asn asíí, la compactaci, la compactacióón puede n puede mejorar el rendimiento de la mejorar el rendimiento de la E/S.E/S.

►► Soporte eficiente sSoporte eficiente sóólo para lo para acceso secuencialacceso secuencial..

►► El El espacio ocupado en punterosespacio ocupado en punterosse hace notorio con bloques se hace notorio con bloques pequepequeñños.os.

►► LLa pa péérdida de un puntero hace rdida de un puntero hace inaccesible el resto del fichero.inaccesible el resto del fichero.

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AsignaciAsignacióón indexadan indexada►► Cada fichero tiene un Cada fichero tiene un bloque bloque ííndicendice

(BI), con punteros a los bloques (BI), con punteros a los bloques que almacenan sus datos.que almacenan sus datos.

El directorio de dispositivo almacena El directorio de dispositivo almacena la direccila direccióón del BI.n del BI.

►► Soporte eficiente para acceso Soporte eficiente para acceso secuencial y para acceso directo.secuencial y para acceso directo.

►► No hay fragmentaciNo hay fragmentacióón externa.n externa.►► Ficheros pequeFicheros pequeñños desaprovechan os desaprovechan

gran parte de su BI gran parte de su BI despilfarro despilfarro de espaciode espacio..

¿¿Bloques pequeBloques pequeñños?os?►► En el BI caben un determinado En el BI caben un determinado

nnúúmero de punteros mero de punteros tamatamañño o mmááximo de los ficheros limitado.ximo de los ficheros limitado.

¿¿Bloques grandes?Bloques grandes?

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9 10 BI

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BI 1 2

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Bloques Bloques ííndice enlazadosndice enlazados

►► El El úúltimo puntero de un ltimo puntero de un bloque bloque ííndice puede ndice puede apuntar a otro bloque apuntar a otro bloque ííndice.ndice.

No hay limitaciNo hay limitacióón de n de tamatamañño.o.

►► Acceso mAcceso máás lento al final s lento al final de los ficheros.de los ficheros.

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BI 13 14

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BI 1 2

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Bloques Bloques ííndice ndice multinivelmultinivel

►► Los bloques Los bloques ííndice de ndice de primer apuntan a bloques primer apuntan a bloques ííndice de segundo nivel, y ndice de segundo nivel, y asasíí sucesivamente.sucesivamente.

►► SSóólo apuntan a bloques de lo apuntan a bloques de datos los bloques datos los bloques ííndice de ndice de nivel mnivel máás bajo.s bajo.

Sigue habiendo limitaciSigue habiendo limitacióón de n de tamatamañño.o.

►► Se accede por igual a Se accede por igual a cualquier parte de los cualquier parte de los ficheros.ficheros.

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BI1 BI2 BI2

BI2 4 5

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GestiGestióón del espacio libren del espacio libre

GestiGestióón de espacio libren de espacio libre

►► La gestiLa gestióón del espacio libre implica:n del espacio libre implica:Buscar y asignar espacio libre cuando se crea un fichero.Buscar y asignar espacio libre cuando se crea un fichero.Registrar como libre el espacio que ocupaba un fichero que se Registrar como libre el espacio que ocupaba un fichero que se borra.borra.Actualizar el mapa del espacio libre cuando un fichero crece o sActualizar el mapa del espacio libre cuando un fichero crece o se e trunca.trunca.

►► Consideraciones importantes:Consideraciones importantes:Espacio en disco necesario para almacenar el propio mapa de Espacio en disco necesario para almacenar el propio mapa de espacio libre.espacio libre.Facilidad para encontrar 1 bloque libre o n bloques libres contiFacilidad para encontrar 1 bloque libre o n bloques libres contiguos.guos.Facilidad para actualizar el mapa de espacio libre.Facilidad para actualizar el mapa de espacio libre.

►► Un bit por cada bloqueUn bit por cada bloque de disco.de disco.0 0 bloque librebloque libre1 1 bloque asignadobloque asignado

►► Por cuestiones de eficiencia, el Por cuestiones de eficiencia, el vector se suele cargar en vector se suele cargar en memoria.memoria.

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Vector de bitsVector de bits

1 0 1 0 0 0 0 1 1 1 0 1 0 0 1 1 0 0 0 0 0

Vector de bitsVector de bits

►► Ventajas:Ventajas:FFáácil de cil de implementar y usar con cualquier mimplementar y usar con cualquier méétodo de asignacitodo de asignacióón.n.Facilidad para encontrar un bloque libre o un conjunto de bloqueFacilidad para encontrar un bloque libre o un conjunto de bloques s contiguos libres.contiguos libres.ActualizaciActualizacióón sencilla.n sencilla.

►► Inconveniente:Inconveniente: tamatamañño excesivo con discos grandes.o excesivo con discos grandes.Ejemplo: disco de 16 GB y bloques de 512 Ejemplo: disco de 16 GB y bloques de 512 bytesbytes vector de 8MB.vector de 8MB.►► Reservar 8 MB de memoria, o recorrer hasta 16384 bloques de discReservar 8 MB de memoria, o recorrer hasta 16384 bloques de disco.o.

SoluciSolucióón:n: usar usar bloques libres para gestionar el espacio libre.bloques libres para gestionar el espacio libre.

1 0 1 0 0 0 0 1 1 1 0 1 0 0 1 1 0 0 0 0 0

Lista enlazada de bloques libresLista enlazada de bloques libres

►► MMíínimo desperdicio de nimo desperdicio de espacio:espacio: ssóólo se necesita lo se necesita almacenar la direccialmacenar la direccióón del n del primer bloque libre.primer bloque libre.

►► Con asignaciCon asignacióón no n no contigua, para buscar n contigua, para buscar n bloques libres hay que leer bloques libres hay que leer nn--1 bloques.1 bloques.

►► Con asignaciCon asignacióón contigua, n contigua, por lo general, hay que por lo general, hay que leer muchos mleer muchos máás.s.

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Lista enlazada de secciones libresLista enlazada de secciones libres

►► Cada bloque de la lista Cada bloque de la lista enlazada indica enlazada indica cucuáántos bloques libres ntos bloques libres le siguen.le siguen.

Mayor eficienciaMayor eficiencia para la para la asignaciasignacióón contigua.n contigua.

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Lista enlazada de bloques Lista enlazada de bloques ííndicendice

►► Un Un bloque bloque ííndicendice contiene contiene un cierto nun cierto núúmero de mero de punteros a bloques libres, punteros a bloques libres, mmáás un puntero a otro s un puntero a otro bloques bloques ííndice.ndice.

Se pueden localizar Se pueden localizar rráápidamente un gran pidamente un gran nnúúmero de bloques libres.mero de bloques libres.

►► AlternativaAlternativa mmáás eficiente s eficiente para asignacipara asignacióón contigua: n contigua: apuntar a secciones de apuntar a secciones de bloques libres contiguos.bloques libres contiguos.

BI 7 8

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0 BI 2

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FinFin