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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.

Disco duro diferencias

3 Nov
disco_duro

Disco duro

Dejo una pequeña información del disco duro, así cuando tengamos que comprar, podamos comparar y saber bien de que nos están hablando, no solo consentir con la cabeza. No es al primero que nos pasa.

Sirve para el almacenamiento de los datos de una forma permanente y que estos no se pierdan cada vez que se encienda y se apague el PC, se han desarrollado una gran cantidad de dispositivos basados en diferentes tecnologías. Los más extendidos y utilizados son los discos magnéticos.

FUNCIONAMIENTO:

Se basa en una propiedad física de algunos materiales cuyas partículas quedan orientadas al aplicarle un campo magnético. De esta forma, para escribir en el dispositivo se le aplica a la superficie un campo magnético determinado y que oriente sus partículas en un sentido u en otro y dependiendo del sentido del campo magnético se asume que se ha escrito un  cero o un uno. Para leer el dispositivo se utiliza un cabezal que detecta la orientación de las partículas y traduce los bits correspondientes. El disco duro es un dispositivo de acceso directo, es capaz de posicionar su cabeza lectora justo donde está el dato sin necesidad de recorrer todos los datos situados en posiciones anteriores.

paso

PARTES FISICAS:

  • PLATO: Parte principal o soporte de los datos que también se llama plato. Están apilados uno sobre otro en el interior de una carcasa impermeable, son de aluminio y están recubiertos de una película plástica sobre la que se ha depositado un fino polvo de oxido de hierro o cobalto como material magnético.
  • CABEZAS: Piezas móviles que leen y escriben la información de forma magnética sobre las caras de los discos, cada disco tiene 2 caras y cada cara una cabeza de lectura/escritura. Las cabezas de lectura/escritura nunca tocan el disco, sino que pasan muy cerca (hasta a 3 nanómetros), debido a una finísima película de aire que se forma entre éstas y los platos cuando éstos giran.
  • EJE: Es el soporte de los Discos y el que los hace girar gracias a un motor.
  • IMPULSOR DE CABEZAS: Es el mecanismo que mueve las cabezas de lectura/escritura radialmente por la superficie de los discos. Todas las cabezas se desplazan a la vez.

eso

ESTRUCTURA LÓGICA:

  • PISTAS: Son los anillos concéntricos invisibles por los que se graba la información de forma magnética.
  • SECTORES: Son las partes en las que se divide cada pista, oscila entre los 15 sectores de los discos antiguos hasta los 63 o mas de los actuales. El tamaño de cada sector es de unos 512 bytes. Como cada pista, conforme avanzamos al interior del disco, tendría menos sectores.
  • CILINDROS: Es el conjunto de pistas a las que el sistema operativo puede acceder simultáneamente en cada posición de las cabezas. En un disco duro de 2 platos, el cilindro se compone de 4 pistas (2 pistas por cada superfície del disco).
  • CLUSTER: es un conjunto contiguo de sectores (4-8) que componen la unidad más pequeña de almacenamiento de un disco. Los archivos se almacenan en uno o varios clústeres, dependiendo de su tamaño. Si un archivo es más pequeño que el tamaño de un clúster, ocupará un clúster completo.

CARACTERISTICAS:

  • VELOCIDAD DE ROTACION: La velocidad a la que giran los discos, medida en rpm (revoluciones por minuto), a mayor velocidad de rotación más rápida será la transferencia de los datos, pero también mayor el ruido y el calor generado (5.400rpm, 7.200rpm y 10.000rpm son velocidades típicas).
  • TAMAÑO DEL BUFFER: Memoria Caché incluida en la controladora interna del disco duro, de tal manera que todos los datos que se leen y escriben se almacenan previamente en ella, 8, 16, 32 y 64MBytes son valores típicos. Cuando los datos que se acceden con más frecuencia están en la memoria caché, las transferencias son más rápidas porque no se precisa que los cabezales lean la información.
  • VELOCIDAD DE TRANSFERENCIA: Indica la cantidad de datos que un disco puede leer o escribir en un periodo de 1 segundo. Se mide en Mbytes/s. La velocidad de transferencia viene determinada por la velocidad de giro del disco y por la densidad de datos grabados en el soporte. A mayor velocidad de giro, mayor velocidad de transferencia y a mayor densidad de grabación mayor velocidad de transferencia. Un dato a tener en cuenta de la velocidad de transferencia, es el tipo de interface con el que se conecta al procesador. De nada vale tener un dispositivo capaz de suministrar datos a gran velocidad si el interface con el que se conecta no es capaz de absorber y transmitir todo este flujo de datos.
  • TAMAÑO FISICO: Es el diámetro de los platos expresado en pulgadas, así hay Discos duros de 3’5”, 2’5” y 1’8” (físicamente los Discos Duros son algo mayores, hay que contar lo que ocupa la carcasa).
  • CAPACIDAD: La capacidad de almacenamiento es la cantidad de información que se puede grabar. Se mide en MB (Megabytes), GB (Gigabytes) y Terabytes (TB).
  • INTERFAZ: Es el método de conexión con el ordenador, y puede ser IDE, SCSI, SATA y SAS.

TIEMPO DE ACCESO: Es el tiempo medio que tarda la cabeza del disco en acceder a los datos. Cuanto menor sea este, mas rápido se accederá a los datos. Entre 9 y 12 ms. (tiempo que tarda el cabezal en posicionarse sobre la pista deseada + el tiempo que tarda la información deseada en pasar justo debajo del cabezal.  “latencia”). La latencia es la suma de retardos temporales. Disminuye cuando la velocidad de rotación del disco es mayor. Se calcula dividiendo 60 entre la velocidad de rotación. Se calcula por la siguiente fórmula:

          Cabezas * Cilindros * Sectores * Nº Bytes por cada sector

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