Debe ser posible almacenar una cantidad muy grande de información. La información debe sobrevivir a la conclusión del proceso que la utiliza. Debe ser posible que varios procesos tengan acceso concurrente a la información. La solución es el almacenamiento de la información en discos y otros medios externos en unidades llamadas archivos: Los archivos deben ser persistentes, es decir que no deben verse afectados por la creación o terminación de un proceso. Los archivos son una colección de datos con nombre. Pueden ser manipulados como una unidad por operaciones como: open, close,create, destroy, copy, rename, list. Los elementos de datos individuales dentro del archivo pueden ser manipulados por operaciones como: read, write, update, insert, delete. El “Sistema de Archivos” es la parte del sistema de administración del almacenamiento responsable, principalmente, de la administración de los archivos del almacenamiento secundario. Es la parte del S. O. responsable de permitir “compartir controladamente” la información de los archivos.
El componente Timer permite configurar programaciones simples de producción de eventos y ejecutar el procesamiento asociado.
Un “Archivo” es un conjunto de registros relacionados.
El “Sistema de Archivos” es un componente importante de un S. O. y suele contener:
- “Métodos de acceso” relacionados con la manera de acceder a los datos almacenados en archivos.
- “Administración de archivos” referida a la provisión de mecanismos para que los archivos sean almacenados, referenciados, compartidos y asegurados.
- “Administración del almacenamiento auxiliar” para la asignación de espacio a los archivos en los dispositivos de almacenamiento secundario.
- “Integridad del archivo” para garantizar la integridad de la información del archivo.
Una forma de organización de un sistema de archivos puede ser la siguiente:
- Se utiliza una “raíz ” para indicar en qué parte del disco comienza el “directorio raíz ”.
- El “directorio raíz ” apunta a los “directorios de usuarios”.
- Un “directorio de usuario” contiene una entrada para cada uno de los archivos del usuario.
- Cada entrada de archivo apunta al lugar del disco donde está almacenado el archivo referenciado.
El nombre del sistema para un archivo dado debe ser único para el sistema de archivos.
En sistemas de archivo “jerárquicos” el nombre del sistema para un archivo suele estar formado como el “nombre de la trayectoria” del directorio raíz al archivo.
Se considerará el punto de vista del usuario.
Las reglas exactas para los nombres de archivos varían de sistema a sistema.
Algunos sistemas de archivos distinguen entre las letras mayúsculas y minúsculas, mientras que otros no.
Muchos S. O. utilizan nombres de archivo con dos partes, separadas por un punto:
- La parte posterior al punto es la extensión de archivo y generalmente indica algo relativo al archivo, aunque las extensiones suelen ser meras convenciones.
Los archivos se pueden estructurar de varias maneras, las más comunes son:
- “Secuencia de bytes”:
- El archivo es una serie no estructurada de bytes.
- Posee máxima flexibilidad.
- El S. O. no ayuda pero tampoco estorba.
- “Secuencia de registros”:
- El archivo es una secuencia de registros de longitud fija, cada uno con su propia estructura interna.
- “Árbol ”:
- El archivo consta de un árbol de registros, no necesariamente de la misma longitud.
- Cada registro tiene un campo key (llave o clave) en una posición fija del registro.
- El árbol se ordena mediante el campo de clave para permitir una rápida búsqueda de una clave particular.
Muchos S. O. soportan varios tipos de archivos, por ej.: archivos regulares, directorios, archivos especiales de caracteres, archivos especiales de bloques, etc., donde:
- Los Archivos Regulares son aquellos que contienen información del usuario.
- Los Directorios son archivos de sistema para el mantenimiento de una estructura del sistema de archivos.
- Los Archivos Especiales de Caracteres:
- Tienen relación con la e / s.
- Se utilizan para modelar dispositivos seriales de e / s (terminales, impresoras, redes, etc.).
- Los Archivos Especiales de Bloques se utilizan para modelar discos.
Los tipos de acceso más conocidos son:
- Acceso Secuencial: el proceso lee en orden todos los registros del archivo comenzando por el principio, sin poder:
- Saltar registros.
- Leer en otro orden.
- Acceso Aleatorio: el proceso puede leer los registros en cualquier orden utilizando dos métodos para determinar el punto de inicio de la lectura:
- Cada operación de lectura (read) da la posición en el archivo con la cual iniciar.
- Una operación especial (seek) establece la posición de trabajo pudiendo luego leerse el archivo secuencialmente.
Cada archivo tiene:
- Su nombre y datos.
- Elementos adicionales llamados atributos, que varían considerablemente de sistema a sistema.
- “Protección”: quién debe tener acceso y de qué forma.
- “Contraseña”: contraseña necesaria para acceder al archivo.
- “Creador”: identificador de la persona que creó el archivo.
- “Propietario”: propietario actual.
- “Bandera exclusivo - para - lectura”: 0 lectura / escritura, 1 para lectura exclusivamente.
- “Bandera de ocultamiento”: 0 normal, 1 para no exhibirse en listas.
- “Bandera de sistema”: 0 archivo normal, 1 archivo de sistema.
- “Bandera de biblioteca”: 0 ya se ha respaldado, 1 necesita respaldo.
- “Bandera ascii / binario”: 0 archivo en ascii, 1 archivo en binario.
- “Bandera de acceso aleatorio”: 0 solo acceso secuencial, 1 acceso aleatorio.
- “Bandera temporal”: 0 normal, 1 eliminar al salir del proceso.
- “Banderas de cerradura”: 0 no bloqueado, distinto de 0 bloqueado.
- “Longitud del registro”: número de bytes en un registro.
- “Posición de la llave”: ajuste de la llave dentro de cada registro.
- “Longitud de la llave”: número de bytes en el campo llave.
- “Tiempo de creación”: fecha y hora de creación del archivo.
- “Tiempo del último acceso”: fecha y hora del último acceso al archivo.
- “Tiempo de la última modificación”: fecha y hora de la última modificación al archivo.
- “Tamaño actual”: número de bytes en el archivo.
- “Tamaño máximo”: tamaño máximo al que puede crecer el archivo.
Las llamadas más comunes al sistema relacionadas con los archivos son:
- Create (crear): el archivo se crea sin datos.
- Delete (eliminar): si el archivo ya no es necesario debe eliminarse para liberar espacio en disco. Ciertos S. O. eliminan automáticamente un archivo no utilizado durante “n” días.
- Open (abrir): antes de utilizar un archivo, un proceso debe abrirlo. La finalidad es permitir que el sistema traslade los atributos y la lista de direcciones en disco a la memoria principal para un rápido acceso en llamadas posteriores.
- Close (cerrar): cuando concluyen los accesos, los atributos y direcciones del disco ya no son necesarios, por lo que el archivo debe cerrarse y liberar la tabla de espacio interno.
- Read (leer): los datos se leen del archivo; quien hace la llamada debe especificar la cantidad de datos necesarios y proporcionar un buffer para colocarlos.
- Write (escribir): los datos se escriben en el archivo, en la posición actual. El tamaño del archivo puede aumentar (agregado de registros) o no (actualización de registros).
- Append (añadir): es una forma restringida de “write”. Solo puede añadir datos al final del archivo.
- Seek (buscar): especifica el punto donde posicionarse. Cambia la posición del apuntador a la posición activa en cierto lugar del archivo.
- Get attributes (obtener atributos): permite a los procesos obtener los atributos del archivo.
- Set attributes (establecer atributos): algunos atributos pueden ser determinados por el usuario y modificados luego de la creación del archivo. La información relativa al modo de protección y la mayoría de las banderas son un ejemplo obvio.
- Rename (cambiar de nombre): permite modificar el nombre de un archivo ya existente.
Algunos S. O. permiten asociar los archivos con un espacio de direcciones de un proceso en ejecución .
Se utilizan las llamadas al sistema “map” y “unmap”:
- “Map”: utiliza un nombre de archivo y una dirección virtual y hace que el S. O. asocie al archivo con la dirección virtual en el espacio de direcciones, por lo cual las lecturas o escrituras de las áreas de memoria asociadas al archivo se efectúan también sobre el archivo mapeado.
- “Unmap”: elimina los archivos del espacio de direcciones y concluye la operación de asociación.
Los principales problemas relacionados son:
- Imposibilidad de conocer a priori la longitud del archivo de salida, el que podría superar a la memoria.
- Dificultad para compartir los archivos mapeados evitando inconsistencias, ya que las modificaciones hechas en las páginas no se verán reflejadas en el disco hasta que dichas páginas sean eliminadas de la memoria.
Para seleccionar una organización de archivos hay diversos criterios que son importantes:
-Acceso Rápido para recuperar la información
-Fácil actualización
-Economía de almacenamiento
-Mantenimiento simple
-Fiabilidad para asegurar la confianza de los datos
La prioridad relativa de estos criterios va a depender de las aplicaciones que va a usar el archivo. El número de alternativas de organización de archivos que se han implementado o propuesto es inmanejable, incluso para un libro dedicado a los sistemas de archivos. La mayor parte de las estructuras empleadas en los sistemas reales se encuadran en una de estas categorías o puede implementarse como una combinación de estas:
Pilas
Archivos secuenciales
Archivos Secuenciales indexados
Archivos indexados
Archivos directos o de dispersión.
Tipos:
Método de Acceso Secuencial: El acceso secuencial significa que un grupo de elementos es accedido en un predeterminado orden secuencial. El acceso secuencial es a veces la única forma de acceder a los datos, por ejemplo en una cinta de cassette. También puede ser el método de acceso elegido, para simplemente procesar una secuencia de datos en orden.
Método de Acceso Secuencial Indexado: Método de acceso secuencial indexado. Método común de acceso a disco que almacena datos en forma secuencial, al tiempo que mantiene un índice de campos claves para todos los registros en el archivo para acceso directo. El orden secuencial sería el más comúnmente usado para el procesamiento por lotes y la impresión (número de cuenta, nombre, etc.).
Método de Acceso Indexado: Los archivos secuenciales indexados retienen la limitación del archivo secuencial: la eficacia en el procesamiento se limita al basado en un único campo del archivo. Cuando es necesario buscar un registro basándose en algún otro atributo distinto del campo clave ambas formas de archivo secuencial no son adecuadas. En algunas aplicaciones esta flexibilidad es deseable. Para alcanzar esta flexibilidad, se necesita una estructura que utilice múltiples índices, uno para cada tipo de campo que pueda ser objeto de la búsqueda.
Se suelen utilizar dos tipos de índices. Un índice exhaustivo contiene una entrada para cada registro del archivo principal. Otro índice parcial contendrá entradas a los registros donde este el campo de interés. Con registros de longitud variable, algunos registros no contendrán todos los campos.
Los archivos indexados son muy utilizados en aplicaciones donde es critica la oportunidad de la información y donde los datos son rara vez procesados de forma exhaustiva.
Método de Acceso Hashed: Pendiente la definicion.
Archivos Secuenciales.
La forma mas común de estructura de archivo es el archivo secuencial. En este tipo de archivo, un formato fijo es usado para los registros. Todos los registros tienen el mismo tamaño, constan del mismo numero de campos de tamaño fijo en un orden particular. Como se conocen la longitud y la posición de cada campo, solamente los valores de los campos se necesitan almacenarse; el nombre del campo y longitud de cada campo son atributos de la estructura de archivos.
Un campo particular, generalmente el primero de cada registro se conoce como el campo clave. El campo clave identifica unívocamente al registro. así, los valores de la clave para registros diferentes son siempre diferentes.
Los archivos secuenciales son típicamente utilizados en aplicaciones de proceso de lotes Y son óptimos para dichas aplicaciones si se procesan todos los registros. La organización secuencias de archivos es la única que es fácil de usar tanto en disco como en cinta.
Para las aplicaciones interactivas que incluyen peticione s o actualizaciones de registros individuales, los archivos secuenciales ofrecen un rendimiento pobre.
Normalmente un archivo secuencial se almacena en bloques, en un orden secuencial simple de los registros. La organización física del archivo en una cinta o disco se corresponde exactamente con la ubicación lógica del archivo. En este caso, el procedimiento para ubicar los nuevos registros en un archivo de pila separado, llamado archivo de registro (log file) o archivo de transacciones. Periódicamente, se realiza una actualización por lotes que mezcla el archivo de registro con el archivo maestro para producir un nuevo archivo en secuencia correcta de claves.
Archivos Secuenciales indexados
Un método popular para superar las desventajas de los archivos secuenciales es el del archivo secuencias indexado. El archivo secuencial indexado mantiene las caracteristicas básicas de los archivos secuenciales: los registros están organizados en una secuencia basada en un campo. Dos características se añaden: un índice del archivo para soportar los accesos aleatorios y un archivo de desbordamiento ( overflow ). El indice provee una capacidad de búsqueda para llegar rapidamente a las proximidades de un registro deseado. El archivo de desbordamiento (overflow) es similar al archivo de registro usado en un archivo secuencial, pero esta intregrado de forma que los registros del archivo de desbordamiento se ubican en la dirección de un puntero desde si registro precedente. En la estructura secuencial indexada mas simple, se usa un solo nivel de indexacion. El indice, en este caso, es un archivo secuencial simple. Cada registro del archivo indice tiene dos campos: un campo clave, que es el mismo que el campo clave del archivo principal y un puntero al archivo principal. Para encontrar un campo especifico se busca en el indice hasta encontrar el valor mayor de la clave que es igual o precede al valor deseado de la clave. La busqueda continua en el archivo principal a partir de la posición indicada por el puntero.
Archivos Indexados
Los archivos secuenciales indexados retienen la limitación del archivo secuencial: la eficacia en el procesamiento se limita al basado en un único campo del archivo. Cuando es necesario buscar un registro basándose en algún otro atributo distinto del campo clave ambas formas de archivo secuencial no son adecuadas. En algunas aplicaciones esta flexibilidad es deseable.
Para alcanzar esta flexibilidad, se necesita una estructura que utilice múltiples índices, uno para cada tipo de campo que pueda ser objeto de la búsqueda.
Se suelen utilizar dos tipos de índices. Uno indice exhaustivo contiene una entrada par cada registro del archivo principal. Otro índice parcial contendrá entradas a los registros donde este el campo de interés. Con registros de longitud variable, algunos registros no contendran todos los campos.
Los archivos indexados son muy utilizados en aplicaciones donde es critica la oportunidad de la informacion y donde los datos son rara vez procesados de forma exhaustiva.
Archivos Directos o de Dispersión (Hashed)
Los archivos directos explotan la capacidad de los discos para acceder directamente a cualquier bloque de dirección conocida. Como en los archivos secuenciales y secuenciales indexados, se requiere un campo clave en cada registro. Sin embargo, aquí no hay concepto de ordenamiento secuencial.
5.6.- Manejo de Espacio en Memoria Secundaria.
Manejo de Espacio en Memoria Secundaria.
El sistema de archivos se ocupa primordialmente de administrar el espacio de almacenamiento secundario, sobre todo el espacio en disco. El manejo del espacio libre en disco se lleva a cabo de la siguiente manera:
- Vector de bits.
- Lista ligada (lista libre).
- Por conteo (agrupación).
Vector de bits.
El espacio libre en disco es frecuentemente implementado como un mapa de bits, donde cada sector es representado por un bit y si el sector es libre el bit es cero de lo contrario está asignado.
Lista ligada
Existe una cabecera en la que se tiene la dirección del primer sector vacio, ese sector a su vez, tiene un apuntador al siguiente sector, y así sucesivamente hasta que se encuentre una marca indicando que ya no hay espacio libre.
Por conteo
Aquí, por cada conjunto de sectores contiguos que estén vacios, se tiene por cada apuntador, un número de inicio y el tamaño del grupo de sectores vacios.
Métodos de asignación de espacio en disco
Un método de asignación de espacio en disco determina la manera en que un Sistema Operativo controla los lugares del disco ocupados por cada archivo de datos.
- Contigua
- Ligada
- Indexada
Asignación contigua
Este método consiste en asignar el espacio en disco de tal manera que las direcciones de todos los bloques correspondientes a un archivo definen un orden lineal.
Asignación ligada
En este método, cada archivo es una lista ligada de bloques de disco. En el directorio hay un apuntador al bloque de inicio y un apuntador al bloque final para cada archivo. En cada uno de los bloques donde se encuentra un archivo hay un apuntador al siguiente bloque de la lista.
Asignación indexada
Cada archivo tiene su bloque índice, El cual es un arreglo de direcciones de bloques de disco. La i-ésima entrada en el bloque índice apunta al i-ésimo bloque que conforma el archivo.
5.7.- Modelo Jerárquico.
Sistemas Jerárquicos de Directorios
El directorio contiene un conjunto de datos por cada archivo referenciado.
Una posibilidad es que el directorio contenga por cada archivo referenciado:
- El nombre.
- Sus atributos.
- Las direcciones en disco donde se almacenan los datos.
- El nombre del archivo.
- Un apuntador a otra estructura de datos donde se encuentran los atributos y las direcciones en disco.
- Busca en su directorio el nombre del archivo.
- Extrae los atributos y direcciones en disco.
- Graba esta información en una tabla de memoria real.
- Todas las referencias subsecuentes al archivo utilizarán la información de la memoria principal.
- Directorio único: el sistema tiene un solo directorio con todos los archivos de todos los usuarios (ver Figura 4.1).
- Un directorio por usuario: el sistema habilita un solo directorio por cada usuario (ver Figura 4.2).
- Un árbol de directorios por usuario: el sistema permite que cada usuario tenga tantos directorios como necesite, respetando una jerarquía general (ver Figura 4.3).
Nombre de las Rutas de Acceso
Cuando el sistema de archivos está organizado como un árbol de directorios se necesita una forma de determinar los nombres de los archivos.
Los principales métodos para nombres de los archivos son:
- Ruta de Acceso Absoluta:
- Cada archivo tiene una ruta de acceso absoluta.
- Consta de la ruta de acceso desde el directorio raíz hasta el archivo.
- Los componentes de la ruta de acceso se separan mediante algún carácter llamado “separador”.
- Ruta de Acceso Relativa:
- Se utiliza junto con el concepto de directorio de trabajo o directorio activo.
- Todos los nombres que no comiencen en el directorio raíz se toman en relación con el directorio de trabajo.
- El nombre absoluto de la ruta de acceso siempre funciona, sin importar cual sea el directorio de trabajo.
Las llamadas al sistema permitidas para el manejo de los directorios tienen variación de sistema a sistema.
Las más comunes son las siguientes:
- Create (crear): se crea un directorio vacío.
- Delete (eliminar): se elimina un directorio, que debe estar vacío.
- Opendir (abrir directorio): se pueden leer los directorios:
- Antes de poder leer un directorio, éste debe ser abierto.
- Closedir (cerrar directorio): cuando se ha leído un directorio, éste debe ser cerrado para liberar el espacio correspondiente de la tabla interna.
- Readdir (leer directorio): regresa la siguiente entrada en un directorio abierto, sin importar el tipo de estructura de directorios que se utilice.
- Rename (cambiar de nombre): cambia el nombre de un directorio de manera similar al cambio para archivos.
- Link (ligar): es una técnica que permite que un archivo aparezca en más de un directorio:
- Especifica un archivo existente y el nombre de una ruta de acceso.
- Crea un enlace del archivo ya existente con el nombre especificado en la ruta de acceso.
- Unlink (desligar): se elimina una entrada del directorio:
- Si el archivo que se desea desligar aparece solo en un directorio (el caso normal):
- Se elimina del sistema de archivos.
- Si el archivo que se desea desligar, está presente en varios directorios:
- Solo se elimina la ruta de acceso especificada.
- Las demás rutas permanecen.
- Si el archivo que se desea desligar aparece solo en un directorio (el caso normal):
5.8.- Mecanismos de Recuperación en Caso de Falla.
Mécanismos de Recuperación en Caso de Fallas.
Debido a que los archivos se mantienen tanto en memoria principal como en el disco, debemos asegurarnos de que un fallo del sistema no de por resultado la perdida de datos o inconsistencia en los mismos.
La destrucción de la información, ya sea accidental o intencional, es una realidad y tiene distintas causas:
- Fallas de hardware y de software
- Fenómenos meteorológicos atmosféricos
- Fallas en el suministro de energía
- Incendios e inundaciones
- Robos, vandalismo (incluso terrorismo)
Esta posible destrucción de la información debe ser tenida en cuenta por:
- Los sistemas operativos en general
- Los sistemas de archivos en particular
Una técnica muy usada para asegurar la disponibilidad de los datos es realizar respaldos periódicos:
- Hacer con regularidad una o más copias de los archivos y colocarlas en lugar seguro.
- Todas las actualizaciones realizadas luego del último respaldo pueden perderse.
Otra técnica es pasar todas las transacciones a un archivo, copiándolas en otro disco:
- Genera una redundancia que puede ser costosa
- En caso de fallas en el disco principal, puede reconstruirse todo el trabajo perdido si el disco de reserva no se dañó también
También existe la posibilidad del respaldo incremental:
- Durante una sesión de trabajo los archivos modificados quedan marcados.
- Cuando un usuario se retira del sistema (deja de trabajar), un proceso del sistema efectúa el respaldo de los archivos marcados.
Se debe tener presente que es muy difícil garantizar una seguridad absoluta de los archivos.
El método correcto de manejar fallos consiste básicamente en detectarlos a tiempo y de forma correcta. La inclusión de equipos de test en el sistema es esencial para mantener esta capacidad de monitorización.
En cualquier caso, la caída total o parcial del sistema se puede subsanar en parte si hay puntos de restauración del sistema (chkpt). Esta posibilidad aumenta la disponibilidad de recuperación en caso de fallos.
Mecanismos de Protección
Dominios de Protección
Muchos objetos del sistema necesitan protección, tales como la cpu, segmentos de memoria, unidades de disco, terminales, impresoras, procesos, archivos, bases de datos, etc.
Cada objeto se referencia por un nombre y tiene habilitadas un conjunto de operaciones sobre él.
Un dominio es un conjunto de parejas (objeto, derechos):
- Cada pareja determina:
- Un objeto.
- Un subconjunto de las operaciones que se pueden llevar a cabo en él.
Un derecho es el permiso para realizar alguna de las operaciones.
Es posible que un objeto se encuentre en varios dominios con “distintos” derechos en cada dominio.
Un proceso se ejecuta en alguno de los dominios de protección:
- Existe una colección de objetos a los que puede tener acceso.
- Cada objeto tiene cierto conjunto de derechos.
Una forma en la que el S. O. lleva un registro de los objetos que pertenecen a cada dominio es mediante una matriz :
- Los renglones son los dominios.
- Las columnas son los objetos.
- Cada elemento de la matriz contiene los derechos correspondientes al objeto en ese dominio, por ej.: leer, escribir, ejecutar.
Listas Para Control de Acceso
Las “matrices de protección” son muy grandes y con muchos lugares vacíos Desperdician espacio de almacenamiento.
- Existen métodos prácticos que almacenan solo los elementos no vacíos por filas o por columnas.
La lista de control de acceso (ACL: access control list):
- Asocia a cada objeto una lista ordenada con:
- Todos los dominios que pueden tener acceso al objeto.
- La forma de dicho acceso (ej: lectura ®, grabación (w), ejecución (x)).
Una forma de implementar las ACL consiste en:
- Asignar tres bits (r, w, x) para cada archivo, para:
- El propietario, el grupo del propietario y los demás usuarios.
- Permitir que el propietario de cada objeto pueda modificar su ACL en cualquier momento:
- Permite prohibir accesos antes permitidos.
Posibilidades
La matriz de protección también puede dividirse por renglones.
Se le asocia a cada proceso una lista de objetos a los cuales puede tener acceso.
- Se le indican las operaciones permitidas en cada uno.
- Esto define su dominio.
La lista de objetos se denomina lista de posibilidades y los elementos individuales se llaman posibilidades. Cada posibilidad tiene:
- Un campo tipo:
- Indica el tipo del objeto.
- Un campo derechos:
- Mapa de bits que indica las operaciones básicas permitidas en este tipo de objeto.
- Un campo objeto:
- Apuntador al propio objeto (por ej.: su número de nodo-i).
operativos. Silberschatz galvin gagne. Septima Edición. Mc Graw Hill. Parte No 4: Gestión de Almacenamiento.
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