PDF de programación - Sistemas de Ficheros y Servidor de Ficheros - Sistemas operativos

SISTEMAS OPERATIVOS:
SISTEMAS DE FICHEROS

Sistemas de Ficheros y Servidor de Ficheros

Objetivos

2

¨ Conocer los conceptos de fichero y directorio así

como sus características.

¨ Utilizar los servicios de gestión de Ficheros y
directorios ofrecidos por el sistema operativo.

¨ Comprender la estructura de un sistema de ficheros.
¨ Comprender los mecanismos en los que se apoya un

servidor de ficheros y aplicarlos a ejercicios
sencillos.

Sistemas Operativos - Servicios Ficheros y Directorios

Contenido

3

¨ Estructura del sistema de ficheros.
¨ Servidor de ficheros.
¨ Estructuras de datos asociadas.
¨ Incremento de prestaciones.

Sistemas Operativos - Servicios Ficheros y Directorios

Sistemas de ficheros y particiones

4

¨ El sistema de ficheros permite organizar la información dentro de los

dispositivos de almacenamiento secundario en un formato inteligible para
el sistema operativo.

¨ Previamente a la instalación del sistema de ficheros es necesario dividir

físicamente, o lógicamente, los discos en particiones o volúmenes .

¨ Una partición es una porción de un disco a la que se la dota de una

identidad propia y que puede ser manipulada por el sistema operativo como
una entidad lógica independiente.

¨ Una vez creadas las particiones, el sistema operativo debe crear las
estructuras de los sistemas de archivos dentro de esas particiones. Para ello
se proporcionan mandatos como format o mkfs al usuario.
¤ #mkswap –c /dev/hda2
¤ #mkfs

20800

-c /dev/hda3 –b 8196 123100
Sistemas Operativos - Servicios Ficheros y Directorios

Sistemas de ficheros y particiones

5

¨ Sistema de ficheros: conjunto coherente de

metainformación y datos.

¨ Ejemplos de Sistemas de ficheros:

MS-DOS
Boot Dos copias
de la FAT

Directorio

Raíz

UNIX
Boot

Super
Bloque

Mapas
de bits

nodos-i

Datos y

Directorios

Datos y

Directorios

Sistemas Operativos - Servicios Ficheros y Directorios

Sistemas de archivos y particiones

6

¨ Descripción de sistemas de archivos:

¤ El sector de arranque en MS-DOS
¤ El superbloque en UNIX

¨ Relación sistema de archivos-dispositivo:

¤ Típico: 1 dispositivo N sistemas de archivos (particiones)
¤ Grandes archivos: N dispositivos 1 sistema de archivos

¨ Típicamente cada dispositivo se divide en una o más

particiones (en cada partición sistema de archivos)

¨ La tabla de particiones indica el principio, el tamaño y el

tipo de cada partición.

Sistemas Operativos - Servicios Ficheros y Directorios

Tipos de particiones

7

Partición 4

Partición 5

Partición 2

Partición 3

Sistemas Operativos - Servicios Ficheros y Directorios

Bloques y agrupaciones

8

¨ Bloque: agrupación lógica de sectores de disco.

¤ Es la unidad de transferencia mínima que usa el sistema de

archivos.

¤ Optimizar la eficiencia de la entrada/salida de los dispositivos

secundarios de almacenamiento.

¤ Todos los sistemas operativos proporcionan un tamaño de bloque

¤ Los usuarios pueden definir el tamaño de bloque a usar dentro

por defecto.
de un sistema de archivos mediante el mandato mkfs.

¨ Agrupación: conjunto de bloques que se gestionan como una

unidad lógica de gestión del almacenamiento.
¤ El problema que introducen las agrupaciones, y los bloques

grandes, es la existencia de fragmentación interna.

Sistemas Operativos - Servicios Ficheros y Directorios

Tamaño de bloque, ancho de banda y
uso de disco

800

500

100

50

0

ancho de
banda

uso del
disco

256

512

1K

2K

4K

8K

16K

32K

Tamaño de Bloque

Sistemas Operativos - Servicios Ficheros y Directorios

100  %

75

50

25

0

o
c
s
i
D

e
d



o
i
c
a
p
s
E


l
e
d



o
s
U

9

)
c
e
s
/
s
e
t
y
b
K

(


a
d
n
a
B

e
d



o
h
c
n
A

Sistema de ficheros ISO-9660

10

¨ Utilizado fundamentalmente para dispositivos de sólo

lectura à asignación contigua de bloques.

¨ El espacio de almacenamiento se divide en 5 zonas:

¤ Área de sistema (16 bloques): Usada por las extensiones

Rock-Ridge y Joliet.

¤ Descripción de volumen(1 bloque): Información sobre la

imagen del CD.

¤ Tablas de localización: Lista precompilada de todos los

directorios à Aceleración de búsquedas.

¤ Directorios: Lista de entradas de los directorios.
¤ Ficheros: Bloques de los ficheros.

Sistemas Operativos - Servicios Ficheros y Directorios

Sistemas de ficheros FAT

11

¨ Utilizado en DOS y algunas versiones de Windows.
¨ Se sigue usando para dispositivos de

almacenamiento portátil.

¨ Espacio dividido en:

¤ Bloque de carga: Arranque del sistema operativo.
¤ FAT: Tabla de asignación de ficheros.
¤ Copia de FAT: Copia de seguridad.
¤ Directorio Raíz: Directorio principal del volúmen
¤ Zona de directorios y ficheros.

Sistemas Operativos - Servicios Ficheros y Directorios

FAT12

12

¨ Tabla con una posición por bloque de disco.
¨ Tabla con direcciones de 12 bits.
¨ Número máximo de bloques: 4096.
¨ Tamaño de bloque: 512 bytes a 8 KB.
¨ Tamaño máximo: 32 MB.
¨ Utilizado en disquetes.

Sistemas Operativos - Servicios Ficheros y Directorios

FAT16

13

¨ Tabla con una posición por bloque de disco.
¨ Direcciones de 16 bits.
¨ Número máximo de bloques à 65.535.
¨ Tamaño de bloque: 512 bytes hasta 64KB.
¨ Utilizado en discos antiguos.

Tamaño de bloque Tamaño máximo
512 B
1 KB
2 KB
4 KB

32 MB
64 MB
128 MB
256 MB

Tamaño de bloque Tamaño máximo
8 KB
16 KB
32 KB
64 KB

512 MB
1 GB
2 GB
4 GB

Tamaño  máximo  de  la  tabla  FAT:  128  KB

Sistemas Operativos - Servicios Ficheros y Directorios

FAT32

14

¨ Tabla con una posición por bloque de disco.
¨ Direcciones de 32 bits (solamente se usan 28).
¨ Número máximo de bloques à 256 Mbloques.
¨ Tamaño de bloque: 4 KB hasta 32 KB.
¨ Windows lo limita a dispositivos de hasta 32 GB.
¨ Usado en dispositivos de almacenamiento portátil.
¨ La tabla FAT puede ocupar cantidad considerable de

espacio.
¤ No se puede tener permanentemente en memoria y hay

que consultarla en disco.

¨ Tamaño máximo de fichero: 4GB

Sistemas Operativos - Servicios Ficheros y Directorios

Sistemas de ficheros tipo UNIX

15

¨ Estructura:

¤ Bloque de carga: Arranque del sistema operativo.
¤ Superbloque: Información descriptiva de la estructura del sistema

de ficheros.
n Superbloque virtual: Información genérica.
n Superbloque específico: Dependiente del sistema operativo.

¤ Mapas de bits de bloques: Un bit para cada bloque indicando

libre/ocupado.

¤ Mapas de bits de i-nodos: Un bit para cada i-nodo de la sección

de i-nodos (libre/ocupado).

¤ i-nodos: Tantos i-nodos como número de ficheros que puede

albergar el sistema.
n Linux crea un i-nodo por cada dos bloques de datos.

¤ Bloques de datos.

Sistemas Operativos - Servicios Ficheros y Directorios

Superbloque de sistemas de archivos
(Linux)

16

Sistemas Operativos - Servicios Ficheros y Directorios

Sistemas de ficheros tipo BSD

17

¨ Problemas de sistemas de ficheros tipo UNIX:

¤ Metadatos agrupados al principio del disco.
¤ Copia única de metadatos à ¿Corrupción del SF?
¤ Bloques muy dipersos à Tiempo de búsqueda largo.

¨ Solución en BSD (FFS) y ext2.

¤ Partición dividida en varias áreas: Grupos de cilindros.
¤ Superbloque replicado en cada grupo.
¤ En cada grupo mapas de bits y nodos-i del grupo.

Sistemas Operativos - Servicios Ficheros y Directorios

Contenido

18

¨ Estructura del sistema de ficheros.
¨ Servidor de ficheros.
¨ Estructuras de datos asociadas.
¨ Incremento de prestaciones.

Sistemas Operativos - Servicios Ficheros y Directorios

Servidor de ficheros

19

¨ Proporciona un acceso eficiente y sencillo a los

dispositivos de almacenamiento.

¨ Funciones: almacenar, buscar y leer datos fácilmente.

¨ Problemas de diseño:

¤ Definir la visión de usuario del sistema de entrada/salida,
sistemas de

ficheros, directorios,

incluyendo servicios,
ficheros, etc.

¤ Definir los algoritmos y estructuras de datos a utilizar para
hacer corresponder la visión del usuario con el sistema físico
de almacenamiento secundario.

Sistemas Operativos - Servicios Ficheros y Directorios

Capas del servidor de ficheros

20

¨ Servidor de ficheros virtual: Proporciona interfaz de

llamadas de E/S.
¤ Independiente de sistema de ficheros particular.

¨ Módulo de organización de ficheros: Transforma

peticiones lógicas en físicas.
¤ Distinto para cada sistema de ficheros particular.

¨ Servidor de bloques: Gestiona las peticiones de

operaciones de bloques sobre dispositivos.
¤ Mantiene una caché de bloques o de páginas.

¨ Manejador de dispositivo: Transforma peticiones de

bloques en peticiones de dispositivo.
¤ Políticas de planificación de E/S.

Sistemas Operativos - Servicios Ficheros y Directorios

Estructura del servidor de ficheros

21

Proceso  de
Usuario    1

Proceso  de
Usuario    2

Proceso  de
Usuario    3

.  .  .

Proceso  de
Usuario    n

Nivel  de
usuario
Nivel  de
sistema

Sistema  de  Archivos  Virtual

Módulo  de  Organización  de  Archivos

ext2

msdos

ffs

.  .  .

proc

Servidor  de  Bloques

Cache  de
 Bloques

Manejadores  de  Dispositivo

.  .  .

Sistemas Operativos - Servicios Ficheros y Directorios

Sistema de ficheros virtual

22

¨ Proporciona interfaz de llamadas al sistema para

gestión de ficheros.

¨ Servicios:

¤ Gestión de directorios.
¤ Gestión de nombres.
¤ Servicios de seguridad.
¤ Servicios genéricos sobre ficheros y directorios.

¨ Estructura de datos: v-nodo.

¤ Un nodo virtual contiene información genérica sobre el

fichero.

Sistemas Operativos - Servicios Ficheros y Directorios

Estructura de un nodo virtual en UNIX

23

nodo-­v

Información  
del  archivo

virtual

Direcciones  de
las  operaciones

virtuales

Dirección  del

nodo-­i

específico

Direcciones  de
las  operaciones
específicas  de  SA

nodo-­i

Tabla  de  
funciones  

del  SA

Sistemas Operativos - Servicios Ficheros y Directorios

Módulo de organización de ficheros

24

¨ Relaciona la imagen ló