PDF de programación - Sistemas de archivos: Estructura en el dispositivo

Definiciones base
El volumen
El directorio
Administración de espacio
Fallos y recuperación

Sistemas de archivos: Estructura en el dispositivo

Gunnar Wolf

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El volumen
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Fallos y recuperación

Índice

1 Definiciones base

2 El volumen

3 El directorio

4 Administración de espacio

5 Fallos y recuperación

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Sistemas de archivos

Gestión del espacio de almacenamiento
Probablemente el rol con más visibilidad de los que cubren los
sistemas operativos

Comprendido casi universalmente por los usuarios

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Bajando de nivel

Entraremos directamente en detalles respecto a la organización
de la información en un dispositivo persistente
Principales estructuras y mecanismos para implementar un
sistema de archivos en un medio físico

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Discos y otras hierbas

Cuando hablamos de almacenamiento, nos resulta natural
hablar de discos

Disco: Medio giratorio, de acceso aleatorio
Típicamente magnético u óptico

No siempre es el caso

Primeros años del cómputo: Medios secuenciales (tarjetas o
cintas, (de papel o magnéticas)

Hoy en día, tendencia a ir adoptando medios de estado sólido

Dispositivos sin partes móviles
Guardan la información en un tipo de memoria que no requiere
corriente constante para mantener la información

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Mantengámosnos idealizados

El hablar de almacenamiento en estado sólido supone algunas
consideraciones adicionales que no podemos perder de vista
Por ahora, sigamos pensando en almacenamiento en discos
Pronto veremos algunas de estas características diferenciadoras

Y el impacto que pueden tener en los sistemas de archivos

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¿Cómo se ve un disco?

Por ahora, mantengamos la visión de un disco como un arreglo
muy grande
De bloques, todos ellos de tamaño fijo (fijado por el hardware)
Cada bloque, directamente direccionable

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Términos que se nos presentan

Para trabajar a este nivel de la implementación, presentemos unos

cuantos términos

Partición
Volumen
Metadatos
I-nodo
Mapa de bits de espacio libre

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Partición

Subdivisión de un disco
El administrador del sistema puede emplearlas para definir la
forma en que se emplea el espacio disponible
Un disco puede tener cero, una o varias particiones
Cada partición puede contener un sistema de archivos
independiente

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Volumen

Colección de bloques en el disco
Inicializados con un sistema de archivos
Pueden presentarse al usuario como una unidad
Típicamente coincide con una partición

Aunque veremos algunos casos en que no es así

Se describe ante el sistema operativo en el bloque de control
de volumen

O superbloque (Unix), Tabla maestra de archivos (MFT,
Windows)

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Directorio raiz

Estructura base con la relación entre nombres de archivo y
números de i-nodo
Típicamente (por rendimiento) sólo almacena los archivos del
primer nivel jerárquico

Directorios interiores, referenciados desde éste

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Metadatos

Toda la información que haya acerca de un archivo

Que no sean los datos pertenecientes al archivo mismo

En un sistema de archivos estándar:

Nombre
Tipo
Tamaño
Fechas de creación, último acceso y modificación
Ubicación en disco

Ojo: ¡No están en un sólo lugar!

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I-nodo

Viene de la expresión nodo de información
En sistemas Windows, frecuentemente se les llama Bloque de
control del archivo (FCB)
La estructura en disco que guarda la mayor parte de los
metadatos da cada archivo
Proporciona un vínculo entre la entrada en el directorio y los
contenidos del archivo
Incluye permisos, propietario, tipo de archivo, fechas
Incluye también la relación de bloques que ocupa el archivo en
disco

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Mapa de bits (bitmap) de espacio libre

Auxiliar para gestionar el espacio libre del disco
Es una de varias estrategias para presentar esta información
(no la única)
Representa el estado de un bloque entero por cada bit

Bastante compacto — con bloques de 4096 bytes, 100GB
pueden representarse en 3MB ( 100×109
4096×8 )
Razonable para mantener en memoria para un sistema de
escritorio actual
Y ha ido creciendo a una razón aceptable desde los viejos
tiempos (p. ej., 10KB para 40MB en sectores de 512 bytes,
común hacia fines de los 1980s)

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Ejemplificaremos con FAT

Para esta sección, iremos ejemplificando los conceptos
refiriéndonos a una familia de sistema de archivos sencillo y
ampliamente utilizada

FAT — FAT12, FAT16, FAT32

Se origina a fines de los 1970, fue adoptado por diversas
arquitecturas de los 1980

Incluyendo, claro, IBM con MS-DOS

Sigue siendo uno de los sistemas más empleados del mundo

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Base para emplear un sistema de archivos

El volumen es descrito por el superbloque

No contiene a los archivos, ni al directorio, ni estructuras que
apunten hacia ellos
Sólo información acerca del volumen

¿Qué tipo de sistema de archivos es?
Descripción básica del sistema de archivos

Extensión del sistema
Tamaño de los bloques lógicos
Etiqueta que lo describa ante el usuario

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Bloques físicos y lógicos

El tamaño de los bloques físicos es establecido por el hardware

Tamaño de las transferencias del controlador al disco

Típicamente se agrupan en bloques lógicos (también llamados
grupos o clusters)

Por razones de rendimiento
Para alcanzar a direccionar mayor espacio
Revisaremos este tema al hablar de el directorio

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Superbloque: Estructura repetida

El superbloque es fundamental para poder abrir el sistema de
archivos
Es tan importante (y tan poco frecuentemente modificado)
que se debe proteger de toda posible corrupción
Muchos sistemas de archivos mantienen copias adicionales del
superbloque dispersas a lo largo del sistema de archivos

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FAT: El superbloque

No guarda tanta información en un sistema así de simple
Indica principalmente la generación del sistema de archivos
(FAT12, FAT16, FAT32)

12, 16 o 32 bits para referenciar a cada uno de los bloques
lógicos o clusters

Indica el tamaño empleado en este volumen para los clusters

Desde 2 y hasta 32KB

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Volúmenes crudos

Una de los principales tareas de un sistema operativo es la
organización del espacio de almacenamiento en sistemas de
archivos
Pero en algunos casos, puede tener sentido no aprovechar esta
característica

Principalmente, por rendimiento
Emplear un dispositivo orientado a bloques sin emplear un
sistema de archivos se denomina emplear dispositivos crudos o
dispositivos en crudo

¿Cuándo se usa?

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Volúmenes crudos como espacio de intercambio

La gestión de la memoria virtual puede beneficiarse de no
cruzar por la abstracción del sistema operativo
El espacio de intercambio (swap) es manejado directamente,
no a través de sistemas de archivos
¿Pero no es el gestor de memoria virtual parte del sistema
operativo?

El uso del dispositivo es en crudo, incluso si es desde espacio
del sistema operativo
Además, en un sistema microkernel puede ejecutars