Sistemas operativos. Tema 10: Sistemas de ficheros

Transcripción

1 Sistemas operativos Tema 10: Sistemas de ficheros

2 Sistemas de ficheros El sistema de ficheros suele ser el aspecto más m visible de un SO para los usuarios. Objetivos: Ofrecer una visión n uniforme del almacenamiento de información n en memoria secundaria. El SO oculta las propiedades físicas f de los discos, y define una unidad lógica l de almacenamiento: el fichero. Gestionar el espacio de almacenamiento y el acceso a la información. n.

3 Sistemas de ficheros Los primeros SO soportaban tipos de ficheros, incorporando código c para interpretar su estructura y contenido. Actualmente, se tiende a ver los ficheros como secuencias no interpretadas de bytes. Máxima flexibilidad, pero mínimo m soporte: queda todo en manos de las aplicaciones. Todo lo más, m el SO distingue ficheros ejecutables,, y tipos de documentos según n el programa con que se crean o editan.

4 Métodos de acceso a ficheros Acceso secuencial: se accede a las distintas partes de un fichero una tras otra, en un orden predeterminado. Al abrir un fichero, el puntero de L/E se sitúa a al principio del mismo. Cada operación n de L/E accede a la posición n apuntada y hace que el puntero avance a la posición n siguiente. Acceso directo: se puede acceder a las distintas partes de un fichero en cualquier orden. Los ficheros se ven como secuencias de bloques de longitud fija. Las operaciones de L/E indican un número de bloque relativo al comienzo del fichero. Se puede simular de manera eficiente el acceso secuencial sobre dispositivos de acceso directo, pero no viceversa.

5 Estructura física f y lógical

6 Estructuras de sistemas de ficheros Muchos sistemas de ficheros combinan dos estructuras distintas: Directorio de dispositivo. Contiene información n sobre las propiedades físicasf de cada fichero: localización n en el dispositivo de almacenamiento, tamaño, etc. Directorio de ficheros. Contiene información n sobre las propiedades lógicasl de cada fichero: nombre, tipo, propietario, permisos, etc. La vinculación n entre ambas estructuras se hace a través s de un identificador unívoco de fichero.

7 Directorio de nivel único Todas las entradas en el mismo nivel. directorio ficheros Solución n adoptada en los directorios de dispositivo. No se utiliza en directorios de ficheros, por dos motivos principales: Falta de organización n lógica. l Limitaciones al nombramiento: no podría a haber dos ficheros con el mismo nombre, aunque pertenecieran a distintos usuarios.

8 Directorio de dos niveles Un directorio por cada usuario. so1 so2 so3 directorio raíz p1.c p2.c func.h func.c p1.tgz notas p1.c p1b.c core directorios de usuario ficheros Sólo se requiere unicidad de nombres dentro de cada directorio. Un usuario puede acceder a los ficheros de otro indicando caminos de búsquedab squeda.

9 Estructura de árbol Generalización del directorio de dos niveles. Los usuarios pueden crear subdirectorios. home bin opt so1 p1.pdf so2 bash gcc info share prac1.c p1.pdf func.h func.c p1.tgz p1b.tgz p1.c texinfo web2c

10 Estructura de árbol Dos Dos tipos de caminos: Absolutos: desde el directorio raíz. Relativos: desde el directorio actual. Existe Existe un único camino para cada fichero o subdirectorio desde el directorio raíz.

11 Estructura de grafo acíclico clico Ficheros y subdirectorios pueden tener varios caminos desde el directorio raíz z (y, por extensión, n, varios nombres). dict spell list all w count count words list list radc w7

12 Estructura de grafo acíclico clico El grafo acíclico clico facilita la compartición de ficheros y subdirectorios entre usuarios. Sin embargo, complica los mecanismos de generación n de estadísticas sticas de disco, copia de seguridad, etc. Implementaciones: Información n replicada. Al modificar un fichero, por consistencia, hay que modificar igualmente todas sus réplicas. r Una única copia, y enlaces a los ficheros o subdirectorios compartidos. Al borrar un fichero o subdirectorio, se elimina un enlace. El fichero o subdirectorio se borra cuando no quedan enlaces a él l (se necesita un contador de referencias).

13 Estructura de grafo general Se permite la aparición n de ciclos, enlazando subdirectorios de nivel superior. dict spell list old count words list list radc ipc w7

14 Estructura de grafo general La existencia de bucles complica la generación n de estadísticas sticas y los mecanismos de copia de seguridad. Problemas con el borrado: pueden existir subdirectorios con el contador de referencias a un valor distinto de cero, y que sin embargo no son alcanzables desde el directorio raíz. Información n inaccesible. Se necesita un recolector de basura. Pocas ventajas con respecto al grafo acíclico clico la estructura de grafo general apenas se utiliza.

15 Asignación n de espacio

16 Asignación n de espacio Objetivos análogos a la gestión n de memoria principal: Aprovechamiento de espacio. Acceso eficiente a los ficheros. Compromiso común a todas las formas de asignación: n: Como el almacenamiento se realiza por bloques, aparece una fragmentación n interna media de ½ bloque por fichero. Mejor bloques pequeños os? Para reducir los accesos a disco, debería a maximizarse la cantidad de información n leída en cada operación n de E/S. Mejor bloques grandes?

17 Asignación n contigua A cada fichero se le asigna un conjunto de bloques contiguos en disco. Estrategias first-fit fit, best-fit o worst-fit fit. El directorio de dispositivo almacena la dirección n del primer bloque y el número n de bloques que le siguen. Soporte eficiente para acceso secuencial y para acceso directo. Fragmentación n externa. Se requieren mecanismos de compactación. Otras cuestiones: Cómo saber cuánto espacio necesitará un fichero? Qué hacer si un fichero crece y no hay bloques libres después s del último?

18 Asignación n enlazada Se ve cada fichero como una lista enlazada de bloques. El directorio de dispositivo almacena la dirección n del primer bloque. Cada bloque almacena un puntero al siguiente. No hay fragmentación n externa. Aún n así,, la compactación n puede mejorar el rendimiento de la E/S. Soporte eficiente sólo s para acceso secuencial. El espacio ocupado en punteros se hace notorio con bloques pequeños. La a pérdida p de un puntero hace inaccesible el resto del fichero.

19 Asignación n indexada BI BI Cada fichero tiene un bloque índice (BI), con punteros a los bloques que almacenan sus datos. El directorio de dispositivo almacena la dirección n del BI. Soporte eficiente para acceso secuencial y para acceso directo. No hay fragmentación n externa. Ficheros pequeños desaprovechan gran parte de su BI despilfarro de espacio. Bloques pequeños? En el BI caben un determinado número de punteros tamaño máximo de los ficheros limitado. Bloques grandes?

20 Bloques índice enlazados BI BI BI El último puntero de un bloque índice puede apuntar a otro bloque índice. No hay limitación n de tamaño. Acceso más m s lento al final de los ficheros

21 Bloques índice multinivel BI 1 BI 2 BI 2 BI Los bloques índice de primer apuntan a bloques índice de segundo nivel, y así sucesivamente. Sólo apuntan a bloques de datos los bloques índice de nivel más m s bajo. Sigue habiendo limitación n de tamaño. Se accede por igual a cualquier parte de los ficheros.

22 Gestión n del espacio libre

23 Gestión n de espacio libre La gestión n del espacio libre implica: Buscar y asignar espacio libre cuando se crea un fichero. Registrar como libre el espacio que ocupaba un fichero que se borra. Actualizar el mapa del espacio libre cuando un fichero crece o se s trunca. Consideraciones importantes: Espacio en disco necesario para almacenar el propio mapa de espacio libre. Facilidad para encontrar 1 bloque libre o n bloques libres contiguos. Facilidad para actualizar el mapa de espacio libre.

24 Vector de bits Un bit por cada bloque de disco. 0 bloque libre 1 bloque asignado Por cuestiones de eficiencia, el vector se suele cargar en memoria

25 Vector de bits Ventajas: Fácil de implementar y usar con cualquier método m de asignación. n. Facilidad para encontrar un bloque libre o un conjunto de bloques contiguos libres. Actualización n sencilla Inconveniente: tamaño o excesivo con discos grandes. Ejemplo: disco de 16 GB y bloques de 512 bytes vector de 8MB. Reservar 8 MB de memoria, o recorrer hasta bloques de disco. Solución: usar bloques libres para gestionar el espacio libre.

26 Lista enlazada de bloques libres Mínimo desperdicio de espacio: sólo se necesita almacenar la dirección n del primer bloque libre. Con asignación n no contigua, para buscar n bloques libres hay que leer n-1 1 bloques. Con asignación n contigua, por lo general, hay que leer muchos más. m

27 Lista enlazada de secciones libres Cada bloque de la lista enlazada indica cuántos bloques libres le siguen. Mayor eficiencia para la asignación n contigua

28 Lista enlazada de bloques índice 0 BI BI BI BI Un bloque índice contiene un cierto número n de punteros a bloques libres, más s un puntero a otro bloques índice. Se pueden localizar rápidamente un gran número de bloques libres. Alternativa más s eficiente para asignación n contigua: apuntar a secciones de bloques libres contiguos.

29 Fin