1. Tema del da: Implementacin de Sistemas de Archivos

2. Objetivos

En esta clase trataremos de:

• Repasar el concepto de archivo y directorio.

• Analizar las cuestiones de diseo e implementacin de un sistema de archivos.

• Evaluar las ventajas y desventajas de cada estrategia de implementacin.

3. Archivo

Coleccin de informacinrelacionada ,con unnombre , que se graba enalmacenamientosecundario

Atributos de un archivo:

• Nombre.

• Identificador nico.

• Tipo.

• Ubicacin (de los datos).

• Tamao.

• Proteccin.

• Informacin temporal.

4. Archivos

Aspectos de implementacin:

Atributos.

• Cules, dnde almacenarlos?

Operaciones.

• Apertura, cierre, lectura, modificacin (contenido y atributos), bsqueda, eliminacin, truncado.

Estructura.

• Como secuencia (de caracteres, de bytes), otros.

Mtodos de Acceso.

• Secuencial, Aleatorio, Indexado.

5. Archivos

Estructuras de Archivos

6. API POSIX de Archivos

Funciones POSIX de archivos:

• creat(ruta, modo_prot) / Crea un archivo.

• unlink(ruta)/ Borra un archivo.

• fd = open(ruta, flags_modo)/ Abre un archivo.

• close(fd)/ Cierra un archivo.

• read(fd, *buff, n_bytes)/ Lee n_bytes.

• write(fd, *buff, n_bytes)/ Escribe n_bytes.

• lseek(fd, offset, ref)/ Desplaza puntero.

• fstat(fd, *stat)/ Obtiene metainfo.

• fcntl(fd, cmd)/ Cambia metainfo.

* Variable pasada como parmetro.

7. Directorio

Asociacin unvoca entre el nombre de usuariode un archivo y su representacin interna (metainformacin y contenido)

Desde el punto de vista del diseo se lo puede ver como una tabla que en cada entrada tiene el nombre de usuario del archivo junto a informacin que permite recuperar sus metadatos y contenido.

8. Directorios

Aspectos de implementacin:

Atributos.

• Cules, dnde almacenarlos?

Operaciones.

• Qu operaciones son vlidas sobre un directorio?

Estructura.

• Un solo nivel, dos niveles.

• Como rbol.

• Como grafo acclico.

9. API POSIX de Directorios

Funciones POSIX de Directorios:

• mkdir(ruta, modo_prot) / Crea un directorio.

• rmdir(ruta)/ Borra un directorio.

• dir = opendir(ruta)/ Abre un directorio.

• closedir(dir)/ Cierra un directorio.

• dirent = readir(dir)/ Lee sig. entrada.

• rewinddir(dir)/ Vuelve al principio.

• chdir(ruta)/ Cambia dir. Actual.

• ruta = getcwd()/ Directorio actual.

• link(ruta_ex, ruta_nue)/ Crea enlace duro.

• symlink(ruta_ex, ruta_nue)/ Crea enlace simb.

10. Sistema de Archivos

Parte del sistema operativo que permite organizarla informacin dentro de los dispositivos de almacenamiento secundario en un formato inteligible para el sistema operativo

Conceptos previos:

Particin:

Es una porcin de un disco a la que se le da una identidad propia y que puede ser manipulada por el sistema operativo como una entidad lgica independiente.

11. Sistemas de Archivos

Aspectos de implementacin:

Particiones y Montaje.

Sistema de Archivos Virtual.

Implementacin de Directorios.

Asignacin de Espacio.

Gestin del Espacio Libre.

Eficiencia y Prestaciones.

Recuperacin.

12. Sistemas de Archivos Posible implementacin de un Sistema de Archivos 13. Sistemas de Archivos

Un sistema de archivos Unix se estructura de la siguiente manera:

• Boot: Cdigo de arranque (opcional).

• Superbloque: metadatos del sistema de archivos.

• Nodos-I: lista de los nodos-i del FS.

• Datos: bloques de datos del sistema de archivos.

Boot Superbloque Nodos-I Datos 14. Sistemas de Archivos

El Superbloque contiene:

Tamao del sistema de archivos.

Lista de bloques libres disponibles.

Indice del siguiente bloque libre en la lista de bloques libres.

Tamao de la lista de nodos-i.

Total de nodos-i libres.

Lista de nodos-i libres.

15. Sistemas de Archivos

Sistema de Archivos Virtual (VFS):

Separa las operaciones genricas sobre archivos de su implementacin.

Define una interfaz clara y homognea.

Proporciona un mecanismo para representar de manera coherente sistemas de archivos remotos y pseudo-sistemas de archivos (el nodo-V).

16. Sistemas de Archivos Llamadas al sistema VFS /proc PCFS HSFS tmpfs swapfs UFS RFS NFS Memoria Espacio de memoria de proceso disco cdrom diskette 17. Sistemas de Archivos

Implementacin de Directorios:

Como una lista lineal:

• Simple de programar pero costoso en CPU.

• Para ubicar un archivo hay que recorrer todo el directorio.

• Puede mejorarse con un arbol-B.

Como una tabla hash:

• Se agrega un ndice hash.

• El tamao fijo de la tabla hash puede ser una limitacin.

18. Sistemas de Archivos

Directorio DOS/Windows:

Directorio Unix:

19. Sistemas de Archivos

Asignacin de Espacio:

Cmo ubicamos los bloques de un archivo?

Asignacin Contigua.

Asignacin Enlazada.

Asignacin Indexada.

20. Sistemas de Archivos

Asignacin Contigua:

(a) Estado inicial. (b) Se han borrado los archivos D y F. 21. Sistemas de Archivos

Asignacin Contigua:

Ventajas:

Simple de implementar.

Rpida para accesos de bloques adyacentes

Desventajas:

Sufre fragmentacin externa.

Necesita algoritmos de compactacin.

22. Sistemas de Archivos

Asignacin Enlazada:

23. Sistemas de Archivos

Asignacin Enlazada:

Ventajas:

No sufre fragmentacin.

Rpida para accesos secuenciales.

Desventajas:

Los accesos aleatorios son lentos.

El tamao de bloque no es potencia de 2...

24. Sistemas de Archivos n - EOF 1 Free 5 Free 7 Bad Free . 3 7 5 1 0 1 2 3 4 5 6 7 FAT (File allocation table) Bloques del Archivo 25. Sistemas de Archivos

Asignacin Enlazada Usando un ndice (FAT):

Los punteros estn en la FAT as que no ocupan espacio en el bloque.

La FAT se mantiene en memoria as se pueden acelerar las bsquedas aleatorias.

Dependiendo del tamao de bloque la FAT puede llegar a ocupar bastante memoria.

Se mantienen dos copias de la FAT por cuestiones de seguridad.

26. Sistemas de Archivos

Asignacin Indexada:

Indice externo Tabla de indices Archivo 27. Sistemas de Archivos 0 . . . . . . . . . . . . . . . . . 9 Indirecto Simple Indirecto Doble Indirecto Triple IS D D B B B ID IS D D B B B B D B B 28. Sistemas de Archivos

Capacidad mxima:

• Punteros de 32 bits.

• Tamao de Bloque: 1024 Bytes.

Direccionamiento directo?

• 10 bloques * 1024 Bytes = 10 KB.

Indirecto Simple?

• Cuntos punteros en un bloque?

• 1024 Bytes / 32 bits = 256 direcciones / bloque.

• 256 bloques * 1024 Bytes = 256 KB.

29. Sistemas de Archivos

Capacidad mxima (cont):

Indirecto Doble?

• 256 IS * 256 bloques * 1024 B = 65536 KB

Indirecto Triple?

• 256 ID * 256 IS * 1024 B = 16 GB.

Total = D + IS + ID + IT = 16843018 KB.

Y con un tamao de bloque de 4096 Bytes?

30. Sistemas de Archivos

Gestin del Espacio Libre:

Cmo encontramos un bloque libre?

Lista de bloques libres.

Mapas de bits.

Lista de bloques y grupos libres.

31. Sistemas de Archivos 32. Sistemas de Archivos

Mapas de bits:

1 bit por cada bloque del disco.

1 para ocupado y 0 para libre.

Ocupan poco espacio.

Muy dificil hacer una bsqueda de varios bloques.

Pobre performance en discos muy llenos.

33. Sistemas de Archivos

Incremento de Prestaciones

Uso de discos RAM.

Uso de un cach de datos.

• Cach de nombres.

• Cach de bloques.

Uso de tcnicas de lectura anticipada para optimizar accesos secuenciales.

34. Sistemas de Archivos

Cach de Bloques

Gestin del Cach.

• Poltica de Reemplazo (FIFO, MRU, LRU)

Problemas de consistencia.

• Bloques especiales y bloques de datos.

Estrategia de actualizacin.

• Escritura inmediata (write-through)

• Escritura diferida (write-back)

• Escritura retrasada (delayed-write)

35. Sistemas de Archivos

Fiabilidad y Recuperacin

Razones de prdida de datos.

• Destruccin fsica.

• Corrupcin de datos.

Prevencin de destruccin.

• Copias de seguridad.

• Almacenamiento con redundancia.

36. Sistemas de Archivos

Recuperacin del Sistema de Archivos

Razones de prdida de consistencia

• Bloques de la cache no actualizados.

• • Datos de directorios o i-nodos.

• • Datos de programas.

Al bootear o montar un sistema de archivos.

• Comprobar estructura fsica del FS.

• Comprobar la estructura lgica del FS.

37. Sistemas de Archivos

Recuperacin del Sistema de Archivos

• Comprobar Superbloque.

• Comprobar mapas de bits de i-nodos respectode los i-nodos ocupados.

• Comprobar mapas de bloques respecto debloques ocupados.

• Verificar que ningn bloque est asignado a msde un archivo.

• Verificar que ningn i-nodo est asignado a msde un directorio.

38. Sistemas de Archivos

Ejemplo

Para comprobar la consistencia de un sistema de archivos de Unix, el comprobador de consistencia (fsck) construye dos listas de contadores (cada bit mantiene informacin de un bloque de disco)

en uso:1 0 1 0 0 1 0 1 1 0 1 0 0 1 0

libres:0 0 0 1 1 1 0 0 0 1 0 1 1 0 1

Existen errores? Son serios estos errores? Qu acciones correctivas sera necesario realizar sobre la informacin del sistema de archivos?

39. Bibliografa

Esta clasedebeser ampliada viendo:

• Carretero (1ra. edicin):

• • Captulo 8: Gestin de Archivos y Directorios.

• Silberschatz (7ma. Edicin):

• • Captulo 11: Sistemas de Archivos.

40. Gracias ! Ing. Gabriel E. Arellano [email_address] http://www.gabriel-arellano.com.ar/so/ (2008) Gabriel E. Arellano Permission is granted to copy, distribute and/or modify this document under the terms of the GNU Free Documentation License, Version 1.2 or any later version published by the Free Software Foundation; with no Invariant Sections, no Front-Cover Texts, and no Back-Cover Texts. The GNU Free Documentation License as applicable to this document can be found at:http://www.gnu.org/copyleft/fdl.html