Sistema de archivos, fácil

30 Nov

Como ya comente en el post Sistema Operativo, fácil, fácil, el componentes que realiza la manera en que los archivos se organizan, abren, leen, escriben, administran, protegen, etc son tareas típicas y fundamentales en el diseño de sistemas operativos. La parte del sistema que administra los archivos se conoce como Sistema de archivos.

ARCHIVO: Las aplicaciones, como los usuarios necesitan almacenar y recupera la información o datos, en dispositivos de almacenaje, como los discos duros. Debe ser posible almacenar una cantidad muy grande de información durante el tiempo que sea preciso, la información debe sobrevivir a la terminación del proceso que la utilice y debe poderse recuperar cuando sea necesaria, los procesos deben ser capaces de acceder a la información a la vez.

Nombre de Archivo: Los antiguos sistemas como MSDOS, el nombre estaba restringido a un máximo de 8 caracteres, en los modernos han ampliado hasta un máximo de 255. Cada S.O establece unas reglas para la formación de los nombres (números, símbolos, letras), no todos los símbolos son admitidos. En Windows no distingue entre mayúsculas y minúsculas, mientras que Unix si lo hace. Así el archivo vivienda_22 no es lo mismo que VIVIENDA_22, son distintos documentos.

Para denominar a un archivo, se utilizan dos partes, de forma que la primera es el nombre principal, y la segunda la extensión que se utiliza para identificar el tipo de archivo (texto-txt, imagen-jpg, sonido-mp3, video-mpg…)

Las extensiones de los archivos se separan del nombre principal por un punto, esto es vivienda_22.doc – vivienda_22.jpg – si es un documento de texto o una fotografía.

Atributos de un archivo: Cada archivo tiene unas características reconocible, nombre, tipo de archivo, tamaño, protección, fecha, hora de creación, usuario, propietario, etc.

Estructura: Se estructuran como un conjunto sucesivo de bytes independientemente de su contenido. En algunos casos los archivos constan de una subdivisión en registros, como es el caso de ficheros o bases de datos. Esto es, en un fichero de clientes, la ficha de un cliente (nombre, dirección, cif, teléfono, etc) forman un registro, cada uno de los cuales consta de un campo llave que le permite al S.O disponer de un modo eficaz para distinguir un cliente concreto de los demás, así podremos acceder directamente a cualquier cliente sin la necesidad de recorrer todos los que están situados en el fichero antes que él, esto es lo que se denomina acceso directo. Acceso secuencial es el proceso de acceso por el cual leemos el registro en el mismo orden en que fueron grabados.

Operaciones con archivos: Algunas operaciones sobre archivos que nos parecen sencillas, son cantidad órdenes que las aplicaciones delegan en el S.O. La aplicación cuando tiene que realizar alguna de ellas le pasa los argumentos al S.O este se encarga de realizar la operación. Las operaciones más comunes que son realizada son: create (crear), delete (eliminar), open (abrir), close (cerrar), etc.

Directorios: El S.O organiza los archivos en directorios (carpetas). Podemos crear la jerarquía de directorios que necesitemos, de forma que un directorio puede, a su vez otros subdirectorios, siempre hay un directorio de partida, directorio raíz (/) “padre”, ramifican el resto de subdirectorios “hijos”

Los directorios al igual que los archivos se identifican por un nombre.

Nombre de rutas: Al tener una estructura jerárquica en la organización de los archivos, y como los archivos de los usuarios pueden almacenar en cualquiera de ellos, es preciso que para encontrar el archivo deseado tengamos que recorrer un camino “ruta” y se expresa separando todos los nombres de subdirectorios por un carácter como “\” windows o “/” Linux.

El archivo vivienda_22.jpg que está en el subdirectorio de imágenes, que pertenece al usuario3, su ruta de acceso seria: /usuario3/imágenes/vivienda_22.png

Implementación física: Una vez particionado el disco dura, le damos formato (formatear), es la operación en la cual se implanta la estructura que será utilizada para el almacenamiento de los archivos, sistema de archivos, cada S.O. utiliza un sistema de archivos diferente, Windows implanta el FAT32 o NTFS Y Linux el ext3

Clúster o Grupo: La unidad mínima de asignación en los discos duros en principio es un sector (512 bytes), un archivo necesitará ocupar tantos sectores como necesite según su tamaño.

Clúster, Sector, Pista

Los sectores no tienen que ser continuos cuando un archivo necesita varios, el S.O  sabe cuáles y cuántos son los sectores que ocupan cada uno de los archivos del disco duro.

Si el S.O manejase los archivos a nivel sectores, tendríamos una pérdida de rendimiento, ya que en un disco de 10 Gb serian 20 millones de sectores. En lugar de trabajar con sectores el S.O utiliza los clúster o grupos, que contienen un número de sectores continuos que pueden variar de 4 y 64 sectores, dependiendo del tamaño de disco y del implante del sistema de archivos.

Cada clúster sólo puede almacenar información de un archivo, no puede reutilizarse. Si un clúster que tiene 6 sectores (6×512=3072bytes) almacenamos un archivo que ocupa 125 bytes, tendríamos 2947 bytes desperdiciados en el clúster, ya que dos archivos no pueden compartir el mismo clúster. El último clúster de cada archivo es muy probable que tenga un espacio desperdiciado.

Fragmentación: Los clúster de un archivo no tienen que estar situados contiguamente dentro de un disco duro, por lo que es preciso conocer las direcciones físicas de cada clúster para poder acceder a la información del archivo. Al realizar operaciones con los archivos (incorporar más datos), sus clúster se van desperdigando por todo el disco duro, de forma que este aparecerá fragmentado. Canto más disperso estén los clúster, más se tardará en leer los datos del archivo, esto puede solucionarse utilizando el desfragmentador de disco del S.O, sitúa a todos los clúster de un archivo de forma contigua físicamente.

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