PDF de programación - Sistemas Operativos II - TEMA 3 Sistemas de Ficheros

Sistemas Operativos II

T EM A 3

Sistemas de Ficheros

Contenido

3.1. Introducción
3.2. Ficheros

3.2.1. Denominación de Ficheros
3.2.2. Estructura de un Fichero
3.2.3. Tipos de Ficheros
3.2.4. Métodos de Acceso
3.2.5. Atributos
3.2.6. Operaciones sobre Ficheros

3.3. Directorios

3.3.1. Sistemas con Directorios Jerárquicos
3.3.2. Ficheros Compartidos
3.3.3. Operaciones sobre Directorios
3.4. Implementación de Sistemas de Ficheros

3.4.1. Organización de un Sistema de Ficheros
3.4.2. Implementación de Ficheros

3.4.2.1. Asignación contigua
3.4.2.2. Lista encadenada
3.4.2.3. Lista encadenada mediante tabla de asignación
3.4.2.4. Nodos índice

3.4.3. Implementación de Directorios
3.4.3.1. Directorios en CP/M
3.4.3.2. Directorios en MS-DOS
3.4.3.3. Directorios en UNIX

3.4.4. Administración del Espacio en Disco

3.4.4.1. Tamaño de los Bloques
3.4.4.2. Gestión del Espacio Libre

3.5. Fiabilidad
3.6. Rendimiento de un Sistema de Ficheros
3.7. Referencias

Sistemas Operativos II

TEMA 3

SISTEMAS DE FICHEROS

3.1. Introducción
Todas las aplicaciones necesitan almacenar y recuperar información. Cuando un proceso está en ejecución
puede almacenar una cantidad limitada de información dentro de su propio espacio de direcciones en
memoria principal. Sin embargo, este espacio está limitado por el espacio de direcciones virtual, que puede
ser insuficiente para algunas aplicaciones.

Un segundo problema que se presenta al almacenar la información en el espacio de direcciones de un
proceso es que cuando éste termina la información se pierde. Esto es inaceptable para muchas
aplicaciones, que pueden requerir que la información permanezca disponible durante largos periodos de
tiempo.

Otra limitación es que varios procesos pueden necesitar acceder a una misma información de forma
concurrente. Como los espacios de direcciones de los procesos son privados a ellos mismos, un proceso
no puede acceder a los datos que se encuentran en el espacio de direcciones de otro. La forma de
solucionar este problema es hacer que la información sea independiente de los procesos.

Por tanto, podemos establecer tres requisitos esenciales para almacenar la información durante un

tiempo indefinido:

q Debe ser posible almacenar una gran cantidad de información.
q La información debe de persistir tras la terminación de los procesos que la usan.
q Varios procesos deben de ser capaces de acceder a la información de forma concurrente.
La solución a estos problemas consiste en almacenar la información en discos magnéticos u otros
dispositivos en unas unidades llamadas ficheros, que pueden ser leídas y escritas por los procesos que
así lo requieran. La información almacenada en ficheros debe de ser persistente, es decir, no debe verse
afectada por la creación y finalización de los procesos. La gestión de ficheros es tarea del sistema
operativo, y la parte del mismo que realiza dicha gestión se conoce como sistema de ficheros.

Desde el punto de vista de los usuarios, el aspecto más importante de un sistema de ficheros es cómo
éste se presenta a ellos. Es decir, qué es un fichero, cómo se nombra, qué operaciones se permiten, etc.
En definitiva, al usuario le interesa saber qué es lo que puede hacer. Desde el punto de vista de los
diseñadores de sistemas, lo interesante es saber cómo está implementado el sistema de ficheros.

3.2. Ficheros
Un fichero es una abstracción de un mecanismo que permite almacenar información en un dispositivo y
leerla posteriormente. Podemos definir un fichero como una colección de información que tiene un nombre.

3.2.1. Denominación de Ficheros
Los ficheros tienen asignados un nombre a través del cual los usuarios se refieren a ellos. Sin embargo,
las reglas de denominación de ficheros difieren de sistema a sistema. Muchos sistemas operativos dividen
el nombre de los ficheros en dos partes separadas por un punto. La primera parte sería el nombre,
propiamente dicho. La segunda parte se suele denominar extensión y suele aportar información sobre el
contenido del fichero. Por ejemplos, los ficheros cuya extensión es el carácter 'c' indican que contienen
programas escritos en el lenguaje C.

Las reglas básicas de denominación de ficheros en los sistemas operativos MS-DOS, UNIX y

Windows NT son las siguientes:
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• MS-DOS: el nombre de un fichero se compone de un máximo de ocho caracteres, seguidos,
opcionalmente, por un punto y una extensión de tres caracteres como máximo. Las mayúsculas y

• UNIX: el nombre de un fichero se compone de un máximo de 256 caracteres. Se distinguen las
mayúsculas de las minúsculas. Un fichero puede tener más de una extensión (por ejemplo,
image.tar.Z)

• Windows NT: el nombre de un fichero se compone de un máximo de 256 caracteres. Las mayúsculas y

minúsculas no son distinguibles y los ficheros pueden tener más de una extensión.

En muchos casos, las extensiones son meras convenciones y no son vinculantes con el contenido de
los ficheros. Por otro lado, muchas aplicaciones requieren que los ficheros que utilizan tengan unas
extensiones concretas.

3.2.2. Estructura de un Fichero
Un fichero se puede estructura de varias formas. Una posibilidad es organizar un fichero como una
secuencia de bytes. De esta forma, el sistema operativo no conoce el significado del contenido de los
ficheros, lo que simplifica la gestión de los mismos. Serán los programas de aplicación los que deberán de
conocer la estructura de los ficheros que utilizan. Este enfoque es el empleado por MS-DOS y UNIX.

Un esquema más estructurado es considerar un fichero como una secuencia de registros de longitud
fija, cada uno de los cuales presenta una estructura determinada. La idea es que las operaciones de lectura
devuelvan un registro y las escritura modifiquen o añadan un registro. El sistema operativo CP/M usa
registros de 128 bytes.

La tercera forma es organizar fichero en forma de árbol de registros, que no tienen po

misma longitud. Cada registro tiene un campo clave por el que está ordenado el árbol de forma que las
operaciones de búsqueda por clave se realizan rápidamente. Este esquema se emplea en grandes
computadores (mainframes) orientados al proceso de grandes cantidades de información.

En cualquier caso, todos los sistemas operativos deben soportar al menos una estructura, que es la

de los ficheros ejecutables.

3.2.3. Tipos de Ficheros
Muchos sistemas operativos soportan varios tipos de ficheros. En UNIX, por ejemplo, existen ficheros
regulares, directorios, ficheros especiales de caracteres y ficheros especiales de bloques. Los ficheros
regulares contienen información procedente de los usuarios. Los directorios son ficheros del sistema que
mantienen la estructura del sistema de ficheros. Los ficheros especiales de caracteres están relacionados
con las operaciones de entrada/salida de dispositivos basados en caracteres, como los terminales y las
impresoras. Los ficheros especiales de bloques se usan básicamente para acceder a discos.

Los ficheros regulares u ordinarios son generalmente ficheros ASCII o ficheros binarios. Los ficheros
ASCII tienen la ventaja de poder ser examinados directamente por pantalla o impresora y manipulados con
editores de textos.

Los ficheros binarios son todos aquellos que no son ASCII. Normalmente presentan algún tipo de
estructura interna. Todos los sistemas operativos deben de reconocer la estructura de los ficheros que
son ejecutables, como se comentó anteriormente.

3.2.4. Métodos de Acceso
La información que almacenan los ficheros tiene que poder ser accedida de alguna forma. El método de
acceso secuencial, en que la lectura de los bytes o registros de los ficheros se
realiza en orden, empezando por el comienzo del fichero. Programas como editores de texto y compiladores
acceden a los ficheros de esta forma. Existe un puntero que indica el siguiente trozo del fichero a leer.
Cuando se realiza una lectura, se devuelve el byte o registro que indica el puntero del fichero y éste avanza
a la siguiente posición. Cuando se realiza una escritura, se escribe en la posición que indica el puntero del
fichero. Si éste apunta al final del mismo, la información que se escribe se añade al final del fichero. El
acceso secuencial se basa en modelar los ficheros como si fuesen cintas magnéticas y se puede

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Sistemas Operativos II

implementar de forma eficiente tanto en dispositivos de acceso secuencial (cintas) como de acceso
aleatorio (discos).

Otro método de acceso es el acceso directo o aleatorio, que se basa en modelar los ficheros como si
fuesen discos. De esta forma, un fichero es considerado como una secuencia numerada de bloques o
registros, lo que permite que éstos puedan ser accedidos en cualquier orden. Las operaciones de acceso a
estos ficheros han de incluir el número del bloque o registro. Este número es, normalmente, un número
relativo al comienzo del fichero, siendo el primer bloque el bloque 0 del fichero.

Sobre el método de acceso directo se pueden construir otros métodos de acceso más complejos. Un

ejemplo son los ficheros indexados.

3.2.5. Atributos
Todo fichero tiene un nombre y su información. Además, el sistema operativo asocia información
adicional a cada fichero, como, por ejemplo, el tamaño del fichero y la fecha de última modificación. Esta

atributos del fichero.

La lista de atributos difiere en cada sistema. Una posible lista de atributos se