Dado que la gestión de archivos y directorios es la principal
tarea básica que se realiza con los sistemas operativos vamos a profundizar un
poco en los sistemas de archivos.
Un archivo se puede
definir como un conjunto de datos con un nombre asociado. Los archivos suelen
residir en dispositivos de almacenamiento secundario tales como cintas, discos
duros o discos flexibles. Algunos sistemas operativos imponen a los archivos
una estructura determinada bien definida.
Un sistema de archivos se debe
entender como aquella parte del sistema responsable de la administración de los
datos en dispositivos de almacenamiento secundario. Por lo tanto, es el sistema
de archivos el que debe proporcionar los medios necesarios para un acceso y
almacenamiento seguro y privado de la información.
Este proyecto
explicamos cómo los archivos se pueden identificar el cómo están estructurados en el sistema operativo.
Igual enseña como compartir para que los archivos estén seguros, explicando a
detalle cada uno de los componentes, hablamos acerca de un archivo real y
virtual.
En este sistema de
archivos lo que nosotros podemos encontrar la gran necesidad de poder hacer más
organizada nuestras tareas o archivos en las que nuestros archivos puedan
encontrarse de una manera más rápida y fácil este sistema nos ayuda también a
la buena organización y de uso más favorable conociendo los distintos tipos que
se han creado con el paso del tiempo.
Unidad V: Sistemas de Archivo
5.1 Conceptos
En computación, un
sistema de archivos es un método para el almacenamiento y organización de
archivos de computadora y los datos que estos contienen, para hacer más fácil
la tarea encontrarlos y accederlos. Los sistemas de archivos son usados en
dispositivos de almacenamiento como discos duros y CD-ROM e involucran el
mantenimiento de la localización física de los archivos.
Más formalmente, 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.
El desempeño de
nuestro disco duro, la confiabilidad, seguridad, capacidad de expansión y la
compatibilidad, estará en función de estas estructuras lógicas.
Fat 12:
Es el sistema de
archivos de DOS, y es con el que formateamos los disquetes. Fue muy utilizado
en las primeras PC’s.
Fat 16:
Este sistema de
archivos tenía muchas limitaciones, por ejemplo si el disco duro era mayor de 2
GB, era imposible particionarlos y no usaba nombre largos en los archivos, solo
8 caracteres.
Fue utilizado a
partir de 1997, y pudo ser utilizado en Windows 98, pero a medida que el tamaño
de los discos duros se incrementaba, surgieron nuevas limitaciones. Se llamó
Fat32, por que utiliza números de 32 bits para representar a los clusters en lugar de los
16 en los sistemas anteriores.
NTFS
Los archivos NTF FAT. El propósito era
satisfacer la demanda y necesidades de seguridad y eficacia para servidores y
otras aplicaciones en red. No tiene limitaciones de tamaño clusters y en
general en el disco. Una ventaja de este sistema de archivos es que tiene un
sistema anti fragmentación.
|
Los archivos son administrados por el sistema operativo como se muestra
en la Fig. 5.1.3. Su estructura, nombre, forma de acceso, uso, protección e
implantación son temas fundamentales en el diseño de un sistema operativo.
Aquella parte del sistema operativo que trabaja con los archivos se conoce,
como un todo, como el sistema de archivos.
Debido a su
importancia, es necesario que un sistema operativo tenga la capacidad de leer,
escribir, acceder y mantener la integridad de un sistema de archivos. Un sistema
de archivos provee al usuario con una abstracción que le permitirá crear con
facilidad colecciones de datos llamados archivos. Estas colecciones deberán
tener los siguientes requisitos o propiedades:
- Existencia a largo tiempo:
Los archivos deberán ser almacenados sobre una unidad de almacenamiento y
deberán permanecer allí aun cuando el usuario apague el ordenador.
- Deberán tener la capacidad
de ser compartidos: Los archivos tendrán nombres que los identifique y
deberán poseer permisos de acceso los cuales permitirán el compartimiento
controlado entre procesos.
- Deberán poseer una
estructura definida: Dependiendo del tipo de sistema de archivos, un
archivo deberá poseer una estructura definida y conveniente; permitiendo
que los archivos puedan ser organizados en orden jerárquico o en cualquier
otro orden para reflejar su relación con otros archivos.
El sistema de
archivos como hemos dicho, posee una abstracción que permite realizar varias
operaciones sobre los archivos. Entre estas operaciones tenemos:
- Crear un archivo: El usuario
o un proceso podrá crear un nuevo archivo el cual tomará una posición
dentro de la estructura del sistema de archivos.
- Borrar un archivo: Un
archivo podrá ser borrado de la estructura.
- Abrir un archivo: Un proceso
podrá abrir un archivo permitiendo el acceso a la información contenida
por dicho archivo. El proceso podrá ejecutar varias funciones sobre la
información del archivo como leer, escribir, reemplazar, etc.
- Cerrar un archivo: Un
proceso puede cerrar el archivo dejando atrás los privilegios de acceder a
dicho archivo.
- Leer: Un proceso podrá leer
parte de la información contenida en un archivo
- Escribir: Un proceso podrá
añadir o reemplazar información en un archivo.
Los sistemas de
archivos también mantienen una estructura de atributos asociada con cada uno de
los archivos la cual provee información sobre la situación actual de un
archivo, quien es su dueño, el tamaño del archivo, cuando fue creado, cuando
fue modificado, privilegios de acceso, entre otros.
Funciones del Sistema de Archivos
Los usuarios deben
poder crear, modificar y borrar archivos. Se deben poder compartir los archivos
de una manera cuidadosamente controlada.
El mecanismo
encargado de compartir los archivos debe proporcionar varios tipos de acceso
controlado:
- Ej.: “Acceso de
Lectura”, “Acceso de Escritura”, “Acceso de
Ejecución”, varias combinaciones de estos, etc.
Se debe poder
estructurar los archivos de la manera más apropiada a cada aplicación. Los
usuarios deben poder ordenar la transferencia de información entre
archivos.
Se deben proporcionar
posibilidades de “respaldo” y “recuperación” para
prevenirse contra:
- La pérdida accidental de
información.
- La destrucción maliciosa de
información.
Se debe poder
referenciar a los archivos mediante “Nombres Simbólicos” , brindando
“Independencia de Dispositivos” .
En ambientes
sensibles, el sistema de archivos debe proporcionar posibilidades de “Cifrado” y
“Descifrado”.
El sistema de
archivos debe brindar una interface favorable al usuario:
- Debe suministrar una “visión
lógica” de los datos y de las funciones que serán ejecutadas, en
vez de una “visión física”.
- El usuario no debe tener que
preocuparse por:
- Los dispositivos
particulares.
- Dónde serán almacenados los
datos.
- El formato de los datos en
los dispositivos.
- Los medios físicos de la
transferencia de datos hacia y desde los dispositivos.
5.2 Noción de un archivo real y virtual
Archivo virtual
Es un archivo de uso temporal que es utilizado por los
procesos del sistema mientras se están ejecutando dichos procesos. (Fig.5.2.1). 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 *.tmp (Fig. 5.2.3)
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 como lo muestra la siguiente imagen. (Fig. 5.2.4).
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 como lo muestra la siguiente imagen. (Fig. 5.2.4).
5.3
Componentes de un sistema de archivo.
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.
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 accedida. Dado que hay 2 niveles de visión de
los archivos (físico y lógico)
|
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. Las otras carpetas pueden contener todavía más
archivos y carpetas, y así sucesivamente, construyéndose un estructura en árbol
en la que una «carpeta raíz» (el nombre varía de una computadora a otra) puede
contener cualquier número de niveles de otras carpetas y archivos. A las
carpetas se les puede dar nombre exactamente igual que a los archivos (excepto
para la carpeta raíz, que a menudo no tiene nombre). El uso de carpetas hace
más fácil organizar los archivos de una manera lógica.
La mayor parte de las estructuras de
organizaciones alternativas de archivos se encuentran dentro de estas cinco
categorías:
Fig. 5.4.2 Archivo de pilas:
Registro de longitud variable. Conjunto variable de campos. Orden cronológico.
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 auto
descriptivo, 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.
El acceso a los registros se hace por
búsquedas exhaustiva y son fáciles de actualizar. Si se quiere encontrar un
registro que contiene un campo particular y un valor determinado, es necesario
examinar cada registro de la pila hasta encontrar el registro deseado. Si se
quieren encontrar todos los registros que contienen un campo particular o que
tienen un valor determinado para ese campo, debe buscarse el archivo entero.
Se aplica cuando los datos se recogen o
almacenan antes de procesarlos o cuando no son fáciles de organizar. Esta clase
de archivo aprovecha bien el espacio cuando los datos almacenados varían en
tamaño y estructura. Fuera de estos usos limitados, este tipo de archivos no se
adapta a la mayoría de las aplicaciones.
Archivos secuenciales
Fig. 5.4.3 Archivo secuencial:
Registro de longitud fija. Conjunto fijo de campos en orden constante. Orden
secuencial por el campo clave.
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.
Se necesita almacenar los valores de
cada campo; el nombre del campo y la longitud de cada uno son atributos de la
estructura del archivo. Cada registro tiene un campo clave que lo identifica
(generalmente es el primero de cada registro). Los registros se almacenan en
secuencia por la clave.
Se utilizan normalmente en aplicaciones
de procesos por lotes, ya que es la única organización de archivos que se puede
guardar tanto en cintas como en discos.
Para las aplicaciones interactivas que
incluyen peticiones o actualizaciones de registros individuales, los archivos
secuenciales no son óptimos. El acceso requiere una búsqueda secuencial de
correspondencias con la clave. Si el archivo entero o gran parte de él pueden
traerse a la memoria principal de una sola vez, se podrán aplicar técnicas de
búsquedas más eficientes. Al acceder un registro de un archivo secuencial
grande, se produce un procesamiento extra y un retardo considerable.
La organización física del archivo en
una cinta o disco se corresponde exactamente con la organización lógica del
archivo, por lo tanto el procedimiento habitual es ubicar los nuevos registros
en un archivo de pila separado, es llamado archivo de registro o archivo de
transacciones.
Una alternativa es organizar
físicamente el archivo secuencial como una lista enlazada, en cada bloque
físico se almacena uno o más registros y cada bloque del disco contienen un
puntero al bloque siguiente. La inserción de un nuevo registro implica la manipulación
de puntero, pero no requiere que el nuevo registro ocupe una posición
particular del bloque físico.
Archivos secuenciales indexados
Fig. 5.4.4 Archivo secuencial
indexado.
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.
La estructura más simple tiene como
índice un archivo secuencial simple, cada registro del archivo índice tiene dos
campos, un campo clave igual al del archivo principal y un puntero al archivo
principal. Para encontrar un campo especifico se busca en el índice hasta
encontrar el valor mayor de la clave que es iguale o precede al valor deseado
de la clave, la búsqueda continua en el archivo principal a partir de la
posición que indique el puntero.
Cada registro del archivo principal
tiene un campo adicional que es un puntero al archivo de desbordamiento. Cuando
se inserta un nuevo registro al archivo, también se añade al archivo de
desbordamiento. El registro del archivo principal que precede inmediatamente al
nuevo registro según la secuencia lógica se actualiza con un puntero del
registro nuevo en el archivo de desbordamiento, si el registro inmediatamente
anterior está también en el archivo de desbordamiento se actualizará el puntero
en el registro.
Para procesar secuencialmente un
archivo completo los registros del archivo principal se procesarán en secuencia
hasta encontrar un puntero al archivo de desbordamiento, el acceso continúa en
el archivo de desbordamiento hasta que encuentra un puntero nulo, entonces
renueva el acceso donde se abandonó en el archivo principal.
Archivos indexados
Fig. 5.4.5 Archivo indexado.
A los registros se accede solo a través
de sus índices. No hay restricción en la ubicación de los registros, al menos
un índice contiene un puntero a cada registro y pueden emplearse registros de
longitud variable.
Se suelen utilizar dos tipos de
índices, uno exhaustivo que contiene una entrada para cada registro del archivo
principal y se organiza como un archivo secuencial para facilitar la búsqueda,
el otro índice es parcial que contiene entrada a los registros donde esté el
campo de interés.
Con registro de longitud variable,
algunos registros no contendrán todos los campos y cuando se añade un registro
al archivo principal, todos los archivos de índices deben actualizarse.
Archivos directos o de dispersión
Explotan la capacidad de los discos
para acceder directamente a cualquier bloque de dirección conocida.
Se requiere un campo clave en cada
registro.
Los archivos directos son muy usados
donde se necesita un acceso muy rápido, donde se usan registros de longitud
fija y donde siempre se accede a los registros de una vez.
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.
Fig. 5.4.6 Cintas magnéticas
En este dispositivo el archivo físico
está 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.
Fig. 5.4.7 Discos magnéticos
El 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.
En la organización contigua, el archivo utiliza registros físicos contiguos, siguiendo la secuencia normal de direcciones.
La organización encadenada consiste un
conjunto de bloques, cada uno de los cuales tiene un campo destinado para
indicar la dirección del siguiente registro, o sea, para lo que se ha llamado
enlace o liga.
Otra forma de organización es la tabla
de mapeo que consiste en una tabla de apuntadores a los registros físicos que
forman el archivo.
La organización física de un archivo en
el almacenamiento secundario depende de la estrategia de agrupación y de la
estrategia de asignación de archivos.
Para elegir una organización de
archivos se deben tener en cuenta ciertos criterios:
Si un archivo va a procesar solamente
por lotes, accediendo cada vez a todos los registros, entonces el acceso rápido para la recuperación de
un único registro es una preocupación mínima. Un archivo almacenado en CD-ROM
nunca será actualizado, por lo que la facilidad
de actualización no se considera. Para la economía de almacenamiento, debería existir una mínima
redundancia de los datos, ésta redundancia es el medio fundamental para
incrementar la velocidad de acceso a los datos.
Este tipo de organización muestra a su
vez, 2 aspectos importantes: Métodos De Asignación De Espacio Libre y Asignación De Espacio De
Almacenamiento Del Archivo.
Métodos de asignación
de espacio libre
Un método de asignación de espacio
libre determina la manera en que un Sistema Operativo controla los lugares del
disco que no están siendo ocupados.
Para el control del espacio libre se puede utilizar como base alguno de los métodos teóricos: Vector de Bits, Lista Ligada, Por Agrupación y por Contador.
Para el control del espacio libre se puede utilizar como base alguno de los métodos teóricos: Vector de Bits, Lista Ligada, Por Agrupación y por Contador.
VECTOR DE BITS
Se tiene un arreglo de bits, el número
de bits que tiene, representa cada sector del disco, o sea que si los sectores
10 y 11 están ocupados su representación será:
Fig. 5.4.8 Ejemplo de un vector
de bits.
LISTA LIGADA
Existe una cabecera en la que se tiene
la dirección del primer sector vacío, ese sector a su vez, tiene un apuntador
al siguiente bloque, y así sucesivamente hasta que se encuentre una marca
indicando que ya no hay espacio libre, tal y como se muestra en la siguiente
figura.
Fig. 5.4.9 Ejemplo de una lista
ligada
POR AGRUPACION
Es similar a la lista ligada, solo que
en este se tiene por cada sector, un grupo de apuntadores a varios espacios
vacíos, al final de cada bloque se tiene un apuntador a otro grupo de
apuntadores, observe la figura.
Fig. 5.4.10 Ejemplo de
asignación por agrupación.
POR CONTADOR
Aquí, por cada conjunto de bloques
contiguos que estén vacíos, se tiene por cada apuntador, un número de inicio y
el tamaño del grupo de sectores vacíos.
Fig. 5.4.11 Ejemplo de
asignación por contador.
Los archivos se pueden organizar de dos
maneras que son físicas acuerdo con el dispositivo de almacenamiento secundario
y Los registros son de tamaño fijo o de tamaño variable y pueden organizarse de
varias formas para constituir archivos físicos Cinta magnética, discos magnéticos lo que diferente con la organización
de archivos lógicos se puede decir que el
concepto es el mismo independientemente de la terminología usada Archivos secuenciales Archivos secuenciales
indexados , Archivos indexados Pilas que cada una tiene una función diferente.
Conclusión
En conclusión del equipo podemos
demostrar que un sistema de archivos son aquellas forma en las que el usuario
tiene la libertad de archivar sus datos de una forma en la que ellos se sientan
mejor, nos mencionaba que en este tipo de archivos nosotros podemos guardar y
dar forma a nuestras carpetas de música o videos en las que un usuario pueda
manipular mejor sus archivos y mejor seguridad.
Los archivos que nosotros tenemos en
nuestro Sistema Operativos siempre tenemos que tener en cuenta que no estarán
seguros por eso hay que tener encueta la respalda ion de nuestros archivos
digitales. Los archivo almacenados en nuestro ordenador, son muy importante
para la utilidad en nuestra vida
cotidiana.
Uno de los factores importantes es al
guardar un archivo, tienes que darte cuenta que tu archivo ya este creado
dentro del disco duro, ya que hay archivos virtuales que solo lo guardan
temporalmente y esto hace que tu archivo no te aparezca la unidad de medida de
los archivos ya creados se dan el KB, MB, GB Y TERABITS.
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