PDF de programación - Gestión de Entrada/Salida y los Sistemas de Archivos

Gestión de E/S y los
Sistemas de Archivos

Este capítulo trata sobre la gestión de los dispositivos de entrada y
salida, centrándonos en los dispositivos de almacenamiento.
Comenzaremos describiendo el hardware de E/S y las técnicas para
transferir datos desde los dispositivos. Posteriormente nos
centraremos en los dispositivos de almacenamiento, su estructura y
organización en sistemas de archivos por parte del SO para abstraer
al usuario de las complejidades hardware de la amplia variedad
tecnológica en la que están basados estos dispositivos. Además, se
verán las estrategias más habituales en la planificación de los
dispositivos de E/S.

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Tabla de contenidos

Tabla de contenido

1 Introducción........................................................................................................................................1
2 Hardware de E/S.................................................................................................................................1
2.1 Tipos de dispositivos...................................................................................................................................1
2.2 Controladora.................................................................................................................................................2
3 El SO en la E/S.....................................................................................................................................2
3.1 E/S programada...........................................................................................................................................3
3.2 E/S controlada por interrupciones..........................................................................................................4
3.3 E/S mediante el uso de DMA....................................................................................................................4
3.4 Políticas de planificación de discos.........................................................................................................5
3.4.1 Planificación FCFS....................................................................................................................................... 6
3.4.2 Planificación SSF......................................................................................................................................... 6
3.4.3 Algoritmo del ascensor............................................................................................................................. 7
4 El sistema de archivos.......................................................................................................................8
4.1 Necesidad de los sistemas de archivos.................................................................................................9
4.2 Sistemas de archivos transaccional........................................................................................................9
4.3 Fragmentación...........................................................................................................................................11
4.3.1 Fragmentación interna...........................................................................................................................11
4.3.2 Fragmentación externa.......................................................................................................................... 12
4.4 Estructura lógica de un disco duro.......................................................................................................12
4.4.1 MBR............................................................................................................................................................. 12
4.4.2 GPT.............................................................................................................................................................. 13
4.5 Gestión del espacio libre.........................................................................................................................14
4.5.1 Vector de bits............................................................................................................................................ 14
4.5.2 Lista enlazada........................................................................................................................................... 15
4.5.3 Agrupamiento........................................................................................................................................... 15
4.5.4 Recuento.................................................................................................................................................... 15
4.6 Asignación de archivos.............................................................................................................................15
4.6.1 Asignación contigua................................................................................................................................15
4.6.2 Asignación enlazada................................................................................................................................ 16
4.6.3 Asignación enlazada usando una tabla en memoria......................................................................18
4.6.4 Asignación indexada...............................................................................................................................18
5 Sistemas de archivos más conocidos..........................................................................................19
5.1 Sistema de archivos FAT..........................................................................................................................19
5.1.1 La tabla FAT............................................................................................................................................... 20
5.1.2 El directorio raíz....................................................................................................................................... 21
5.1.3 El área de datos........................................................................................................................................ 21
5.2 Sistemas de archivos NTFS.....................................................................................................................22
5.2.1 MFT.............................................................................................................................................................. 23
5.2.2 Los archivos del sistema........................................................................................................................26
5.3 Sistema de archivos ext2, ext3 y ext4..................................................................................................26
5.3.1 Grupos de bloques.................................................................................................................................. 27

Índice I

5.3.2 El superbloque......................................................................................................................................... 27
5.3.3 Descriptores de grupo............................................................................................................................ 28
5.3.4 Inodo........................................................................................................................................................... 28
5.3.5 Área de datos............................................................................................................................................ 29
6 Bibliografía.........................................................................................................................................31

Índice II

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Gestión de E/S y los Sistemas de Archivos

Gestión de E/S y
los Sistemas de Archivos

1 Introducción

Quizás el aspecto más confuso en el diseño de los sistemas operativos sea la Entrada/Salida
(E/S). Dada la amplia variedad de dispositivos y aplicaciones de esos dispositivos, resulta difícil
desarrollar una solución general y consistente.

Un sistema operativo también controla todos los dispositivos de E/S del ordenador. Debe emitir
comandos para los dispositivos, captar interrupciones y manejar errores. Además, debe proporcionar
una interfaz, simple y fácil de usar, entre los dispositivos y el resto del sistema. Hasta donde sea
posible, la interfaz debe ser igual para todos los dispositivos (independencia de dispositivos). El código
de E/S representa una fracción considerable del sistema operativo total.

Además, una parte fundamental del sistema operativo es el sistema de archivos, el cual se
encarga de administrar y facilitar el uso de los dispositivos del almacenamiento. Sus principales
funciones son la asignación de espacio a los archivos, la administración del espacio libre y del acceso a
los datos guardados.

2 Hardware de E/S

En este apartado vamos a describir aspectos hardware relacionados con los dispositivos de E/S.

2.1 Tipos de dispositivos

Los dispositivos de E/S se pueden dividir básicamente en dos categorías:

✔ Dispositivo de bloque.- Almacena información en bloques de tamaño fijo, cada uno con su
propia dirección. Los tamaños de bloque comunes varían desde 512 bytes hasta 32,768 bytes.
Todas las transferencias se realizan en unidades de uno o más bloques completos

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consecutivos. La propiedad esencial de un dispositivo de bloque es que es posible leer o
escribir cada bloque de manera independiente de los demás. Los discos duros, CD-ROMs y
memorias U