path: root/iso/n4.lyx

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\end_header

\begin_body

\begin_layout Standard
Los sistemas de computación actuales necesitan un 
\series bold
almacenamiento secundario
\series default
 que complemente al primario, para almacenar grandes cantidades de información
 que no caben en el primario; preservarla para que no desaparezca cuando
 termine el proceso o el sistema se apague, y permitir que la información
 sea fácilmente compartida y accedida.
 Para ello se usan discos y otros dispositivos que almacenan la información
 en un conjunto de bloques, o que se manejan como si fuera así, y sobre
 los cuales el sistema operativo crea una abstracción para facilitar su
 uso a usuarios y programadores.
\end_layout

\begin_layout Standard
Un 
\series bold
sistema de ficheros
\series default
 es una parte del sistema operativo que organiza un sistema de almacenamiento
 secundario como una serie de ficheros o unidades de información que se
 agrupan en directorios, y también es el formato que adquiere el disco para
 ello.
 Desde el punto de vista del usuario es importante la forma de nombrar los
 ficheros, las operaciones permitidas, el tipo de protección que podemos
 aplicar, etc., mientras que desde el punto de vista del sistema operativo
 es importante la implementación.
\end_layout

\begin_layout Section
Ficheros
\end_layout

\begin_layout Standard
En los sistemas modernos, un fichero es una secuencia de bytes con significado
 definido por el programa que accede al mismo.
 Cada fichero tiene un nombre que lo identifica, y que dependiendo del diseño
 del sistema de ficheros y del sistema operativo, distingue o no entre mayúscula
s y minúsculas, tiene un cierto tamaño máximo, tiene o no una estructura
 (como 
\begin_inset Quotes fld
\end_inset


\family typewriter
\emph on
nombre
\emph default
.
\emph on
extensión
\family default
\emph default

\begin_inset Quotes frd
\end_inset

), etc.
\end_layout

\begin_layout Standard
Los ficheros suelen tener atributos, como por ejemplo:
\end_layout

\begin_layout Itemize
ACLs, contraseña, creador, propietario.
\end_layout

\begin_layout Itemize
Sólo lectura, ocultación, fichero de sistema, biblioteca, texto o binario,
 acceso aleatorio, temporal, bloqueo.
\end_layout

\begin_layout Itemize
Tiempos de creación, último acceso y última modificación.
\end_layout

\begin_layout Itemize
Tamaño actual y tamaño máximo.
\end_layout

\begin_layout Standard
En general hay operaciones para crear un fichero vacío, eliminar un fichero,
 abirlo, cerrar un fichero abierto, leer una cantidad de bytes, escribir
 una cantidad de bytes al final (añadir) o (si es posible) en otra posición,
 cambiar de posición dentro del fichero, obtener y establecer los atributos,
 cambiar de nombre o mover el fichero a otro directorio, y truncar el fichero
 a partir de una posición.
\end_layout

\begin_layout Subsection
Ficheros regulares
\end_layout

\begin_layout Standard
Contienen información del usuario.
 Distinguimos entre ficheros 
\series bold
de texto
\series default
, codificados en UTF-8 o algún otro sistema y con líneas que terminan en
 CR, LF o LF/CR y que se pueden ver tal cual de forma legible, y los 
\series bold
binarios
\series default
, que tienen cierta estructura pero no son de texto.
\end_layout

\begin_layout Standard
Así, los ejecutables, binarios generalmente manejados por el sistema operativo,
 contienen una cabecera con un 
\series bold
número mágico
\series default
 (número que identifica el formato de archivo), el tamaño de las secciones
 de código y datos, el punto de entrada (dirección donde debe empezar la
 ejecución) y otra información, seguida de las propias secciones.
 Por su parte, los archivos de biblioteca son ficheros binarios que almacenan
 código máquina de funciones (e información asociada).
\end_layout

\begin_layout Standard
Muchas veces el nombre del fichero contiene una 
\series bold
extensión
\series default
 que identifica el tipo, que en los sistemas operativos modernos como Linux
 no es significativa pero sí lo es para algunos programas, como exploradores
 de ficheros para saber con qué programa abrirlo, y ayudan al usuario a
 identificar el tipo rápidamente.
 
\end_layout

\begin_layout Standard
Ejemplos de extensiones son 
\family typewriter
.bak
\family default
 para copias de seguridad; 
\family typewriter
.hlp
\family default
 para ficheros de ayuda; 
\family typewriter
.gif
\family default
 o 
\family typewriter
.jpg
\family default
 para imágenes GIF o JPEG; 
\family typewriter
.c
\family default
 para código fuente en C; 
\family typewriter
.html 
\family default
o 
\family typewriter
.tex
\family default
 o 
\family typewriter
.txt
\family default
 para documentos HTML, \SpecialChar TeX
 o de texto plano; 
\family typewriter
.mp3
\family default
 para sonido MP3; 
\family typewriter
.mpg
\family default
 para vídeo MPEG; 
\family typewriter
.o
\family default
 para ficheros objeto; 
\family typewriter
.pdf
\family default
 o 
\family typewriter
.ps
\family default
 para documentos PDF; 
\family typewriter
.zip
\family default
 para archivos comprimidos ZIP; etc.
\end_layout

\begin_layout Subsection
Ficheros especiales
\end_layout

\begin_layout Standard
No se corresponden con un fichero en el propio sistema de almacenamiento,
 sino con una forma de tratar otro tipo de datos como si fuera un fichero
 (en el almacenamiento lo que se guarda es algún tipo de referencia).
 En UNIX existen dos tipos:
\end_layout

\begin_layout Itemize

\series bold
De caracteres
\series default
: Representan dispositivos de E/S como terminales, impresoras y conexiones
 de red.
 No es posible cambiar de posición, escribir en una posición distinta del
 final o truncarlos.
\end_layout

\begin_layout Itemize

\series bold
De bloques
\series default
: Representan dispositivos que permiten acceso aleatorio, en general almacenamie
nto secundario.
\end_layout

\begin_layout Subsection
Directorios
\end_layout

\begin_layout Standard
Son ficheros gestionados por el sistema operativo para registrar los ficheros
 y organizarlos en una 
\series bold
jerarquía de directorios
\series default
, de la que existen varios tipos:
\end_layout

\begin_layout Itemize

\series bold
Directorio único
\series default
, con los ficheros de todos los usuarios.
 Se usaban en los primeros microcomputadores.
 Puede haber problemas si distintos usuarios utilizan los mismos nombres
 de fichero.
\end_layout

\begin_layout Itemize

\series bold
Directorio por usuario
\series default
, aunque no es deseable si uno tiene muchos ficheros.
 Se debe decidir si un usuario puede o no acceder a los directorios de otros
 y cómo.
\end_layout

\begin_layout Itemize

\series bold
Árbol de directorios
\series default
.
 Un directorio puede contener a otros.
 Es lo que se usa hoy en día.
 Normalmente los directorios tienen una entrada especial 
\family typewriter
.

\family default
 para referirse al propio directorio y 
\family typewriter
..

\family default
 para referirse al directorio padre.
 Se accede a los ficheros (y directorios) mediante una 
\series bold
ruta de acceso
\series default
, que indica el nombre de los directorios por los que hay que pasar hasta
 llevar al fichero deseado (incluyendo el nombre del fichero), separados
 por un cierto caracter, que es 
\family typewriter
/
\family default
 en UNIX y 
\family typewriter

\backslash

\family default
 en Windows.
 Dos tipos:
\end_layout

\begin_deeper
\begin_layout Itemize

\series bold
Absoluta
\series default
: Parte desde la raíz y comienza por el caracter separador.
 Es única para un mismo fichero siempre que no se usen 
\family typewriter
.

\family default
 y 
\family typewriter
..
\family default
.
\end_layout

\begin_layout Itemize

\series bold
Relativa
\series default
: Parte de un 
\series bold
directorio actual
\series default
 o 
\series bold
de trabajo
\series default
, y no comienza por el caracter separador.
 Existe una cantidad numerable de rutas relativas para un mismo fichero
 desde un mismo directorio actual.
\end_layout

\end_deeper
\begin_layout Standard
No podemos leer y escribir en ellos como con los otros tipos de ficheros,
 sino que en su lugar la apertura de un directorio sirve para recorrido
 y hay operaciones para obtener la siguiente entrada; ligar o enlazar un
 fichero al directorio, permitiendo que un mismo fichero aparezca en varios
 directorios, y desligar una entrada del directorio, lo que equivale a borrarla
 si esta es la única entrada del sistema de fichero en la que aparece.
\end_layout

\begin_layout Section
Representación
\end_layout

\begin_layout Standard
La representación en disco debe ser tal que consiga una buena velocidad
 y aprovechamiento del espacio pero a la vez reduzca la fragmentación interna
 (partes de un bloque sin aprovechar) y externa (bloques libres que no se
 pueden ocupar).
\end_layout

\begin_layout Subsection
Bloques lógicos
\end_layout

\begin_layout Standard
Por lo general los discos proporcionan una interfaz basada en una lista
 de 
\series bold
bloques físicos
\series default
 o 
\series bold
sectores
\series default
, la unidad mínima de lectura y escritura, cuyo tamaño es constante y suele
 ser una potencia de 2 desde 
\begin_inset Formula $\unit[512]{B}$
\end_inset

 hasta 
\begin_inset Formula $\unit[4]{kB}$
\end_inset

.
 Es común que el sistema de ficheros agrupe o incluso divida los sectores
 para formar 
\series bold
bloques lógicos
\series default
 o unidades de asignación más grandes o pequeñas.
\end_layout

\begin_layout Standard
Si el bloque lógico es grande, un fichero tendrá menos bloques y el rendimiento
 en discos duros será mayor pero habrá más fragmentación interna, mientras
 que si el bloque es pequeño habrá poca fragmentación interna pero las listas
 de bloques ocuparán mucho.
\end_layout

\begin_layout Subsection
Asignación de espacio
\end_layout

\begin_layout Standard
Todo fichero tiene asociado un conjunto de bloques donde guarda sus datos.
 La asignación de estos puede ser de varias formas:
\end_layout

\begin_layout Itemize

\series bold
Adyacente
\series default
 o 
\series bold
contigua
\series default
.
 De fácil especificación, pues solo hay que recordar un número para localizar
 los bloques, y ofrece un excelente rendimiento en discos duros al suponer
 muy pocos movimientos del brazo del disco o ninguno.
 En general no es realizable, pues si no se sabe el tamaño máximo de un
 fichero no se sabe cuánto espacio reservarle; si este es muy pequeño, cuando
 el fichero crezca hay que moverlo a un hueco mayor, algo costoso y no siempre
 posible.
 Sin embargo es útil en medios como CD-ROMs y DVD-ROMs, donde se sabe el
 tamaño de los ficheros de antemano.
\end_layout

\begin_layout Itemize

\series bold
Mediante lista ligada
\series default
.
 En cada bloque se guarda la dirección del siguiente.
 No hay fragmentación externa y la entrada de directorio correspondiente
 solo tiene que guardar la dirección del primer bloque, pero el acceso aleatorio
 es muy lento y los programas que esperan que los bloques tengan un tamaño
 potencia de 2 también se ralentizan.
\end_layout

\begin_layout Itemize

\series bold
Mediante lista ligada e índice
\series default
.
 Similar, pero la dirección del siguiente bloque no se guarda en el bloque
 sino en una tabla con una entrada por bloque que indica la dirección del
 siguiente en el fichero.
 Esto solo es eficiente si toda la tabla está en memoria, lo que es un problema
 si la tabla es grande.
 Se puede reducir el tamaño de la tabla usando bloques lógicos grandes,
 pero entonces se desperdicia espacio por fragmentación.
 Además, si la tabla se modifica y la modificación no se escribe en disco,
 una caída del sistema puede hacer que los ficheros desaparezcan o queden
 incompletos.
\begin_inset Newline newline
\end_inset

Se puede usar un número de bloque inválido (como el 0) para indicar que
 un bloque está libre.
 El sistema FAT, usado por MS-DOS y uno de los implementados en Windows,
 usa este sistema.
\end_layout

\begin_layout Itemize

\series bold
Mediante nodos-i
\series default
.
 A cada fichero se le asigna un nodo-i (nodo índice) que contiene las direccione
s en disco de los bloques del fichero, en orden.
 Normalmente se usan nodos-i pequeños capaces de almacenar unas pocas direccione
s y se guardan varios nodos-i en un mismo bloque, de modo que una zona contigua
 del disco (o varias, por eficiencia), llamada
\series bold
 tabla de nodos-i
\series default
, se destinan a nodos-i.
\begin_inset Newline newline
\end_inset

Para ficheros grandes se usa un 
\series bold
bloque simplemente indirecto
\series default
 (BSI), que contiene direcciones de bloques de datos adicionales; un 
\series bold
bloque doblemente indirecto
\series default
 (BDI), que contiene direcciones de más BSIs, y un 
\series bold
bloque triplemente indirecto
\series default
 (BTI), que contiene direcciones de más BDIs, de forma que 3 de las direcciones
 del nodo-i se usan para estos bloques.
\begin_inset Newline newline
\end_inset

Este es el esquema usado en la mayoría de sistemas de ficheros en sistemas
 UNIX, y permite acceder a cualquier bloque de un fichero abierto accediendo,
 como mucho, a 4 bloques del disco si el nodo-i está en memoria.
\end_layout

\begin_layout Standard
Además, debe haber una forma de saber que bloques de datos (así como qué
 números de nodos-i) están libres.
 Principalmente hay dos métodos:
\end_layout

\begin_layout Itemize

\series bold
Lista ligada de bloques
\series default
: Una lista con tantos números de bloques libres como pueda más un puntero
 al siguiente bloque.
 Los bloques de la lista son libres, por lo que podrán ser usados si es
 necesario.
\end_layout

\begin_layout Itemize

\series bold
Mapa de bits
\series default
: Contiene un bit para cada bloque, que indica si el bloque es libre u ocupado.
 Los bloques del mapa no son libres, pero los sistemas de ficheros actuales
 como Ext2, Ext3, Ext4 o NTFS lo usan porque permite buscar de forma sencilla
 grupos de bloques libres consecutivos.
\end_layout

\begin_layout Subsection
Ficheros compartidos
\end_layout

\begin_layout Standard
Un fichero es compartido si puede aparecer en varios directorios con el
 mismo o distinto nombre, o en un mismo directorio con nombres distintos.
 La conexión entre un directorio y un fichero se llama 
\series bold
enlace
\series default
, y si existe, el sistema de ficheros pasa de ser un árbol a ser simplemente
 un grafo acíclico dirigido.
\end_layout

\begin_layout Itemize

\series bold
Enlace físico
\series default
 o 
\emph on
hard link
\emph default
: Los datos relativos a un fichero se guardan en una estructura de datos
 y las entradas de directorio correspondientes apuntan a esta.
 Es necesario que entre los datos del fichero exista un contador de enlaces,
 pues el nodo solo debe liberarse cuando se borra un fichero y no quedan
 más enlaces.
\end_layout

\begin_layout Itemize

\series bold
Enlace simbólico
\series default
 o 
\emph on
soft link
\emph default
: Se usa un tipo de fichero especial que contiene una ruta de acceso al
 fichero al que se enlaza.
 Cuando el fichero original se borra, el enlace simbólico queda invalidado
 salvo que se cree un fichero con la misma ruta.
\end_layout

\begin_layout Standard
UNIX implementa ambos.
 Los enlaces simbólicos tienen más coste, pero presentan menos problemas,
 con lo que UNIX permite enlaces simbólicos de directorios e incluso a otros
 sistemas de ficheros pero no permite hacer lo mismo con enlaces físicos.
 Un programa de copias de seguridad puede duplicar datos al copiar un fichero
 compartido si no usa alguna forma de detectar los enlaces para evitar esta
 duplicación.
\end_layout

\begin_layout Subsection
Directorios
\end_layout

\begin_layout Standard
En MS-DOS, los directorios son ficheros salvo el directorio raíz que ocupa
 unos bloques fijos en disco, por lo que tiene un tamaño máximo preestablecido.
 Estos almacenan una lista desordenada de entradas o registros de 32 bytes,
 una por fichero, con los siguientes campos, en orden:
\end_layout

\begin_layout Enumerate
8 bytes para el nombre del fichero y 3 para la extensión.
\end_layout

\begin_layout Enumerate
Un byte para atributos donde los bits se usan como banderas.
 Uno de ellos distingue a un directorio de un fichero normal.
\end_layout

\begin_layout Enumerate
Un campo de 10 bytes reservado para futuros usos.
\end_layout

\begin_layout Enumerate
2 bytes para la hora de última modificación: 5 bits para la hora (0–23),
 6 para el minuto (0–59) y 5 para el segundo, que debe ser par (0–58).
\end_layout

\begin_layout Enumerate
2 bytes para la fecha de última modificación: 7 bits para el año (correspondiend
o el valor 0 al 1980), 4 para el mes (1–12) y 5 para el día del mes (1–31).
\end_layout

\begin_layout Enumerate
2 bytes para la dirección del primer bloque.
\end_layout

\begin_layout Enumerate
4 bytes para el tamaño del fichero, en bytes.
\end_layout

\begin_layout Standard
En la mayoría de sistemas de ficheros en sistemas UNIX, los atributos se
 almacenan en los nodos-i y el directorio raíz no tiene tratamiento especial.
 En el de los primeros UNIX, las entradas de un directorio eran de 16 bytes,
 siendo 2 bytes para el número de nodo-i del fichero y otros 14 bytes para
 el nombre, que tenía pues un máximo de 14 caracteres.
 Posteriormente se crearon sistemas de ficheros para sistemas UNIX que soportaba
n nombres de hasta 255 caracteres, con entradas con los siguientes campos,
 en orden:
\end_layout

\begin_layout Enumerate
4 bytes para el número de nodo-i.
\end_layout

\begin_layout Enumerate
2 bytes para la longitud del registro.
\end_layout

\begin_layout Enumerate
1 byte para la longitud del nombre.
\end_layout

\begin_layout Enumerate
1 byte para el tipo de fichero (regular, de caracteres, de bloques o directorio).
\end_layout

\begin_layout Enumerate
Hasta 255 bytes para el nombre.
\end_layout

\begin_layout Standard
Una entrada no puede estar entre dos bloques, y el total de registros de
 un bloque debe cubrirlo enteramente; de ahí que se permita que la longitud
 de un registro sea mayor a la estrictamente necesaria.
 Siempre que se crea un directorio se añaden dos entradas, 
\family typewriter
.

\family default
 y 
\family typewriter
..
\family default
.
 Para añadir una nueva entrada, se elige una existente, se disminuye su
 tamaño y se añade la nueva en el hueco, o se añade un nuevo bloque al directori
o si esto no es posible.
 Para eliminarla se añade su espacio al de la entrada anterior, o si esto
 no es posible se marca el registro como libre utilizando un número de nodo-i
 inválido.
\end_layout

\begin_layout Subsection
Estructura general
\end_layout

\begin_layout Standard
En general el bloque 0 del almacenamiento es el 
\series bold
bloque de arranque
\series default
 y puede contener código de arranque del sistema operativo que se encuentra
 en la partición.
 El bloque 1 suele ser el 
\series bold
superbloque
\series default
, que contiene información crítica del sistema de ficheros como el total
 de bloques lógicos, tamaño de los mapas de bits, etc., por lo que algunos
 sistemas de ficheros tienen varias copias de este en otras zonas del disco.
 En otros, el superbloque es parte del bloque de arranque.
\end_layout

\begin_layout Standard
A partir de entonces hay mucha variación, pero en los primeros sistemas
 de ficheros en UNIX encontramos el mapa de bits de bloques, el de nodos-i,
 la tabla de nodos-i y, finalmente, el resto de bloques, para ficheros y
 bloques indirectos.
\end_layout

\begin_layout Section
Cachés
\end_layout

\begin_layout Standard
Una 
\series bold
caché de disco
\series default
, 
\series bold
bloques
\series default
 o 
\series bold
\emph on
buffers
\series default
\emph default
 es una colección de bloques del almacenamiento secundario que se mantienen
 temporalmente en memoria principal por rendimiento.
 La política de sustitución podría ser LRU mediante colas, pero el LRU puro
 no es recomendable si se quiere mantener la consistencia del sistema de
 ficheros ante posibles fallos del sistema, pues por ejemplo un bloque que
 contiene nodos-i se usará mucho y si se modifica en caché y no se vuelve
 a escribir en disco el sistema de ficheros quedará inconsistente ante un
 fallo del sistema.
\end_layout

\begin_layout Standard
Por ello se suele usar un LRU modificado, en el que los bloques que por
 su tipo probablemente no se vuelvan a utilizar pronto pasan directamente
 al frente de la cola y los bloques esenciales para la consistencia se escriben
 directamente en disco sin esperar a ser expulsados.
 Tampoco es recomendable mantener mucho tiempo los bloques de datos modificados
 en caché por riesgo de perder los cambios.
 Así, en muchos UNIX los bloques de datos se escriben en disco como tarde
 a los 30 segundos de ser modificados, mientras que los de metadatos se
 escriben como tarde a los 5 segundos.
 También existe la orden 
\family typewriter
sync
\family default
, que al ejecutarse fuerza la escritura de todos los bloques modificados.
\end_layout

\begin_layout Standard
Por su parte, como las resoluciones de ruta (localizar un fichero a través
 de una ruta) son algo muy frecuente y una misma ruta puede resolverse muchas
 veces en poco tiempo, el sistema operativo suele mantener en memoria informació
n sobre las últimas resoluciones en otra caché, que en Linux se llama 
\emph on
dentry cache
\emph default
 o 
\series bold
caché de entradas de directorio
\series default
.
\end_layout

\begin_layout Section
Particiones
\end_layout

\begin_layout Standard
Son porciones de bloques consecutivos de un disco, manejadas por el sistema
 operativo y tratadas de por sí como listas de bloques sobre las que se
 puede implementar un sistema de ficheros.
 Tradicionalmente la información de las particiones, como sus bloques de
 inicio y fin, se guarda en la 
\series bold
tabla de particiones
\series default
 del bloque 
\series bold
MBR
\series default
 (
\emph on
Master Boot Record
\emph default
, registro de arranque maestro), el primer bloque del disco, que además
 contiene una pequeña porción de código de arranque que la BIOS carga en
 memoria y ejecuta para, tras una serie de pasos, arrancar un sistema operativo.
 En general lo que hace este código es buscar una partición activa y cargar
 el código de arranque en esta.
\end_layout

\begin_layout Standard
Las particiones permiten tener distintos sistemas de ficheros en un mismo
 disco, o incluso sistemas operativos distintos.
 Por ejemplo, en Linux conviene tener al menos una partición para datos
 con Ext4 y una 
\series bold
partición de intercambio
\series default
 usada para la memoria virtual.
 También permite dar a cada partición un uso distinto, de modo que si hay
 un error grave en el sistema de ficheros de una partición el resto siguen
 siendo usables.
\end_layout

\end_body
\end_document