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UNIDAD 5

SISTEMAS DE ARCHIVOS

5.1 Concepto El “Sistema de Archivos” es la parte del sistema de administración del almacenamiento responsable, principalmente, de la administración de los archivos del almacenamiento secundario. Es la parte del S. O. responsable de permitir “compartir controladamente” la información de los archivos. El sistema de archivos es un método para el almacenamiento y organización de archivos en una computadora y en los datos que estos contienen, para hacer más fácil la tarea de encontrarlos y accederlos. Los sistemas de archivos son usados en dispositivos de almacenamientocomo discos duros y CD-ROM e involucran el mantenimiento de la localización física de los archivos. También un sistema de archivos es un conjunto de tipo de datos abstractos que son implementados para el almacenamiento, la organización jerárquica, la manipulación, el acceso, el direccionamiento y la recuperación de datos. Los sistemas de archivos comparten mucho en común con la tecnología de las bases de datos.

5.2 Noción de archivo real y virtual Un archivo virtual Es un archivo de uso temporal que es utilizado por los procesos del sistema mientras se están ejecutando dichos procesos. Estos archivos se crean durante la ejecución de un sistema y los utiliza para el almacenamiento de información, intercambio y organización mientras se ejecuta el sistema, su tamaño es muy variable y terminan al detener la ejecución del sistema, muchos de ellos son borrados, por ejemplo, los archivos. Se le conoce como archivo virtual, aquel que contiene los datos generados por el usuario.

Archivo Real Es un objeto que contiene programas, datos o cualquier otro elemento. Un archivo se muestra de manera real, en la información del espacio que ocupa en un disco duro o sistema de almacenamiento, en otras palabras su tamaño en bytes. (Fig. 5.2.4)

5.3 Componentes de un sistema de archivos Lo conforman todas aquellas rutinas encargadas de administrar todos los aspectos relacionados con el manejo de Archivos. En UNIX se define un File System como un sistema de software dedicado a la creación, destrucción, organización y lectura, escritura y control de acceso de los archivos, funcionalmente los componentes de un sistema de archivos son lenguajes de comandos, interpretador de comandos, manejador del almacenamiento secundario, sistema de entrada y salida y mecanismos de respaldo y recuperación.

En general, un Sistema de Archivos está compuesto por: Métodos De Acceso, Administración De Archivos, Administración De Almacenamiento Secundario, Mecanismos De Integridad. Métodos De Acceso. Se ocupan de la manera en que se tendrá acceso a la información almacenada en el archivo. Ejemplo: Secuencial, Directo, indexado, etc.

Administración De Archivos. Se ocupa de ofrecer los mecanismos para almacenar, compartir y asegurar archivos, así como para hacer referencia a ellos. Administración De Almacenamiento Secundario. Se ocupa de asignar espacio para los archivos en los dispositivos de almacenamiento secundario. En la siguiente figura se muestra un ejemplo de la administración de espacio en un disco duro. Mecanismos De Integridad. Se ocupan de garantizar que no se corrompa la información de un archivo, de tal manera que solo la información que deba estar en el, se encuentre ahí. Mecanismos de Organización Lógica. Contiene las diferentes rutinas y comandos a través de los cuales el usuario podrá estructurar sus archivos virtuales. Directorio de Identificadores. Convierte los identificadores simbólicos de los archivos en identificadores internos, los cuales apuntarán a su descriptor o a una estructura que permite encontrar el archivo. Sistemas Teóricos de Archivos. Su objetivo es el de activar y desactivar a través de las rutinas de abrir y cerrar archivos y verifica el modo de acceso. Mecanismos de Organización Física. Traslada las direcciones lógicas en direcciones físicas correspondientes a las estructuras de memoria secundaria y los buffers en memoria principal necesarios para la transferencia de datos. Mecanismos de E/S. Por cada petición de acceso al archivo real, este mecanismo genera la secuencia de operaciones elementales de entrada y salida que se necesita. SCHEDULING E/S. En este nivel es donde se tiene el número de peticiones pendientes así como de las que se están realizando y lleva el control y asignación de tiempo de CPU a las diferentes peticiones de E/S.

5.4 Organización lógica y física La administraciòn de archivos se refiere a las diferentes maneras en las que puede ser organizada la información de los archivos, así como las diferentes maneras en que ésta puede ser accesada.

Organización lógica La mayoría de las computadoras organizan los archivos en jerarquías llamadas carpetas, directorios o catálogos . (El concepto es el mismo independientemente de la terminología usada.) Cada carpeta puede contener un número arbitrario de archivos, y también puede contener otras carpetas. La mayor parte de las estructuras de organizaciones alternativas de archivos se encuentran dentro de estas cinco categorías: Pilas Es la forma más fácil de organizar un archivo. Los datos se recogen en el orden en que llegan. Su objetivo es simplemente acumular una masa de datos y guardarla. Los registros pueden tener campos diferentes o similares en un orden distinto. Cada campo debe ser autodescriptivo, incluyendo tanto un campo de nombre como el valor. La longitud de cada campo debe indicarse implícitamente con delimitadores, explícitamente incluidos como un subcampo más.

Archivos secuenciales Es la forma más común de estructura de archivos. Se emplea un formato fijo para los registros, son de la misma longitud y constan del mismo número de campos de tamaño fijo con un orden determinado. Archivos secuenciales indexados Los registros se organizan en una secuencia basada en un campo clave presentando dos características, un índice del archivo para soportar los accesos aleatorios y un archivo de desbordamiento. El índice proporciona una capacidad de búsqueda para llagar rápidamente al registro deseado y el archivo de desbordamiento es similar al archivo de registros usado en un archivo secuencial, pero está integrado de forma que los archivos de desbordamiento se ubiquen siguiendo un puntero desde su registro predecesor.

Archivos indexados A los registros se accede solo a través de sus índices. No hay resticción en la ubicación de los registros, al menos un índice contiene un puntero a cada registro y pueden emplearse registros de longitud variable.

Organización física Los datos son arreglados por su adyacencia física, es decir, de acuerdo con el dispositivo de almacenamiento secundario. Los registros son de tamaño fijo o de tamaño variable y pueden organizarse de varias formas para constituir archivos físicos.

Cinta magnética En este dispositivo el archivo físico esta formado por un conjunto de registros físicos, y los bloques están organizados en forma consecutiva, ya que se asigna en igual forma. Además tales registros puede contener etiquetas que permitan un mayor control sobre los datos almacenados, y son las siguientes: 

Etiqueta de volumen.- Contiene información que permite identificar la cinta, el nombre del propietario y cualquier información general requerida.



Etiqueta de archivo.- Se utilizan por pares para indicar el inicio y fin del archivo, contiene información acerca del nombre del archivo, fecha de creación.



Etiqueta de usuario.- Sirven para guardar información adicional de importancia para el usuario; no son procesados por el sistema operativo.

Discos Magnéticos l archivo físico en un disco es una colección de registros físicos de igual tamaño, los cuales pueden estar organizados en forma consecutiva, ligada o con una tabla de mapeo. En la organización contigua, el archivo utiliza registros físicos contiguos, siguiendo la secuencia normal de direcciones. 5.5 Mecanismos de acceso a los archivos

Existen varios mecanismos para acceder los archivos: Directorios, descriptores de archivos, mecanismos de control de acceso y procedimientos para abrir y cerrar archivos. Directorios

Generalmente son utilizados por los S. O. para llevar un registro de los archivos. En muchos sistemas son a su vez también archivos. El directorio contiene un conjunto de datos por cada archivo referenciado. Una posibilidad es que el directorio contenga por cada archivo referenciado:   

El nombre. Sus atributos. Las direcciones en disco donde se almacenan los datos.

Otra posibilidad es que cada entrada del directorio contenga:  

El nombre del archivo. Un apuntador a otra estructura de datos donde se encuentran los atributos y las direcciones en disco.

El número y organización de directorios varía de sistema en sistema:   

Directorio único: el sistema tiene un solo directorio con todos los archivos de todos los usuarios. Un directorio por usuario: el sistema habilita un solo directorio por cada usuario. Un árbol de directorios por usuario: el sistema permite que cada usuario tenga tantos directorios como necesite, respetando una jerarquía general.

Descriptores de archivos El descriptor de archivos o bloque de control de archivos es un bloque de control que contiene información que el sistema necesita para administrar un archivo. Mecanismo de control de acceso Control de un sistema de información especializado en detectar los intectos de acceso, permitiendo el paso de las entidades autorizadas, y denegando el paso a todas las demás. Involucra medios técnicos y procedimientos operativos. Mecanismo que en función de la identificación ya autenticada permite acceder a datos o recursos. Procedimientos para abrir y cerrar archivos Open (abrir): antes de utilizar un archivo, un proceso debe abrirlo. La finalidad es permitir que el sistema traslade los atributos y la lista de direcciones en disco a la memoria principal para un rápido acceso en llamadas posteriores. Close (cerrar): cuando concluyen los accesos, los atributos y direcciones del disco ya no son necesarios, por lo que el archivo debe cerrarse y liberar la tabla de espacio interno. 5.6 Manejo de espacio en memoria secundaria

En la Memoria Secundaria un archivo consta de un conjunto de bloques (correspondiente a la cantidad de información que se transfiere físicamente en cada operación de acceso (lectura o escritura).

El Sistema Operativo o Sistema de Gestión de Archivos es el encargado de la asignación de bloques a archivos, de lo que surgen dos cuestiones, en primer lugar, debe asignarle el espacio de Memoria Secundaria a los archivos y, en segundo lugar, es necesario guardar constancia del espacio disponible para asignar. El sistema de archivos se ocupa primordialmente de administrar el espacio de almacenamiento secundario, sobre todo el espacio en disco. El manejo del espacio libre en disco se lleva a cabo de la siguiente manera:   

Vector de bit. Lista ligada (lista libre). Por conteo (agrupación)

Vector de bits El espacio libre en disco es frecuentemente implementado como un mapa de bits, donde cada block es representado por un bit y si el bloc es libre el bit es cero de lo contrario está asignado.11000111 Lista ligada Una lista ligada de todos los blocks libres. Otra implantación se consigue guardando la dirección del primer block libre y el número de los blocks libres contiguos que le siguen. Cada entrada de la lista de espacio libre consiste de una dirección de disco y un contador (por conteo). Por agrupación Se almacena la dirección en n blocks libres en el primer block libre y el último contiene la dirección de otro block que contiene la dirección de otros blocks libres. Contiguos Esta asignación requiere que cada archivo ocupe un conjunto de direcciones contiguas en el disco, su asignación es definida por la dirección del primer bloc y la longitud del archivo.

5.7 Modelo jerárquico Directorios

El directorio contiene un conjunto de datos por cada archivo referenciado Una posibilidad es que el directorio contenga por cada archivo referenciado:   

El nombre. Sus atributos. Las direcciones en disco donde se almacenan los datos.

Otra posibilidad es que cada entrada del directorio contenga:  

El nombre del archivo. Un apuntador a otra estructura de datos donde se encuentran los atributos y las ,direcciones en disco.

Representación gráfica de un directorio jerárquico.

Al abrir un archivo el S. O.:    

Busca en su directorio el nombre del archivo. Extrae los atributos y direcciones en disco. Graba esta información en una tabla de memoria real. Todas las referencias subsecuentes al archivo utilizarán la información de la memoria principal.

El número y organización de directorios varía de sistema en sistema: Directorio único: el sistema tiene un solo directorio con todos los archivos de todos los usuarios.

Un directorio por usuario: el sistema habilita un solo directorio por cada usuario.

Un árbol de directorios por usuario: el sistema permite que cada usuario tenga tantos directorios como necesite, respetando una jerarquía general.

5.8 Mecanismos de recuperación en caso de falla

Recuperación Los archivos y directorios se mantienen tanto en memoria principal como en disco, y debe tener. Se cuidado para que los fallos del sistema no provoquen una pérdida de datos o una incoherencia en los mismos. Comprobación de coherencia El comprobador de coherencia (un programa del sistema tal como fsck en UNIX o chkdsk en MS-DOS), compara los datos de la estructura de directorios con los

bloques de datos del disco y trata de corregir todas las incoherencias que detecte. Los algoritmos de asignación y de gestión del espacio libre dictan los tipos de problemas que el comprobador puede tratar de detectar y dictan también el grado de éxito que el comprobador puede tener en esta tarea.

Manejo de un bloque defectuoso: Se utilizan soluciones por hardware y por software. La solución en hardware:  

Consiste en dedicar un sector del disco a la lista de bloques defectuosos. Al inicializar el controlador por primera vez: o Lee la “lista de bloques defectuosos”. o Elige un bloque (o pista) de reserva para reemplazar los defectuosos. o Registra la asociación en la lista de bloques defectuosos. o En lo sucesivo, las solicitudes del bloque defectuoso utilizarán el de repuesto.

La solución en software:   

Requiere que el usuario o el sistema de archivos construyan un archivo con todos los bloques defectuosos. Se los elimina de la “lista de bloques libres”. Se crea un “archivo de bloques defectuosos”: o Esta constituido por los bloques defectuosos. o No debe ser leído ni escrito. o No se debe intentar obtener copias de respaldo de este archivo.

Respaldos (copias de seguridad o de back-up)

 

Fig. 5.8.2 Es necesario realizar respaldos para asegurar información

Es muy importante respaldar los archivos con frecuencia. Los discos magnéticos fallan en ocasiones y es necesario tener cuidado para garantizar que los datos perdidos debido a esos fallos no se pierdan para siempre. Con este fin, pueden utilizarse programas del sistema para realizar una copia de seguridad de los datos del disco en otro dispositivo de almacenamiento, como por ejemplo un disquete, una cinta magnética, un disco óptico incluso otro disco duro. La recuperación de la pérdida de un archivo individual o de un disco completo puede ser entonces, simplemente, una cuestión de restaurar los datos a partir de la copia de seguridad. Consistencia del sistema de archivos Muchos sistemas de archivos leen bloques, los modifican y escriben en ellos después. Si el sistema falla antes de escribir en los bloques modificados, el sistema de archivos puede quedar en un “estado inconsistente”. La inconsistencia es particularmente crítica si alguno de los bloques afectados son:   

Bloques de nodos-i. Bloques de directorios. Bloques de la lista de bloques libres.