19482563 Arquitectura Linux

7/23/2019 19482563 Arquitectura Linux

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• La distribución de Linux no hatransformado en mucho la arborescencia

• Existe un estándar de sistema de archivos(FSSTND: File System Standard)

• Las distribuciones Linux más importantesy algunos Unix respetan este estándar

• Documento disponible en: – sitio: tsx-11.mit.edu

– directorio: /pub/linux/docs/linux-standards – archivo: fsstnd-1.2.txt




• /bin

• /boot

• /dev

• /etc

• /home

• /lib

• /mnt

• /proc

• /root

• /sbin

• /tmp

• /usr

• /var




• Al inicio del sistema el programa de“booteo” analizará el directorio /boot

• Entre los objetos buscados esta el

archivo map, a través del cual LILOdeterminará el lugar del núcleo en eldisco duro

• Sin esta información LILO no puede

cargar en memoria principal• LILO depositará archivo boot.b, que es

la base de configuración del sector debooteo




• Los comandos más importantes estánalmacenados en este directorio

• Ejemplo: ls, who, ps etc.

• Menos importantes: /usr/bin

• El colocar un comando en undirectorio o en otro es una elección

perfectamente arbitraria• Se justificaba en la época de discos

duros rápidos y caros, contra los

lentos y baratoshttp://www.palacinp.es.tlhttp://www.palacinp.es.tl



• Todos los controladores (drivers) deperiféricos son accedidos a travésarchivos de periféricos

• Son interfaces con los controladoresde periféricos y no contienen nada

• Dos tipos: caracteres y bloques

•

No tienen lo que se podría llamar untamaño

• Número tamaño sustituido pornúmero de controlador




• Archivos de configuración

• Antiguos sistemas: comandosadministración

• FSSTD dice que solo archivosconfiguración

• En algunos casos existe directorio

/etc/rc.d, que contiene scriptsusados en el booteo

• Se pueden almacenar archivos queserán copiados automáticamente enel directorio personal de un nuevohttp://www.palacinp.es.tlhttp://www.palacinp.es.tl



• csh.login

• fstab

• gettydefs

•

group• inittab

• issue

• lilo.conf

• magic• motd

• mtab

• mtools

• passwd

•

profile• psdatabase

• securetty

• shells

• termcap• ttytype




• Directorio personal de los usuarios

• Ventajas: – usuario se beneficia de su propio

sistema de archivos – pocos derechos de escritura le son

atribuidos

•

Una vez que los usuarios tienendefinido su lugar en un sistemaarchivos, es posible definir las limitesde zonas de memoria (quotas) – un usuario no podrá monopolizar toda lahttp://www.palacinp.es.tlhttp://www.palacinp.es.tl



• Linux ofrece la posibilidad deutilizar las bibliotecas de funcionescomunes

• Las bibliotecas compartidasindispensables al arranque se

encuentran aquí

• Otras bibliotecas se encuentran en /usr/lib




•

Es un pseudo-sistema de archivos• Todos los archivos de este directorio no

ocupan espacio en el disco

• Se trata de construcciones lógicas

• Apuntan hacia programas en memoriaprincipal que leen información sin ladepositar en el disco duro

• Contiene archivos que permiten

– leer la configuración actual del sistema – informarse acerca de los procesos en

ejecución




•

Los archivos más importantes parainiciar Linux se encuentran en /etc y /sbin

• Contiene comandos para civilizar Linux

• Se pueden distinguir tres dominiosclaves: – los comandos de sistema generales: init,

swapon, getty, swapoff, mkswap, etc

– los comandos de arranque y detención delsistema: shudown, fastboot, fasthalt,reboot , etc

– los comandos que administran el espacio

del disco duro: fsck, e2fsck, mkfs, mke2fs,fdisk etchttp://www.palacinp.es.tlhttp://www.palacinp.es.tl



• Muchas utilerías necesitan unespacio temporal dealmacenamiento

• Por ejemplo: editores,compiladores, etc

• Directorio accesible a todo mundo

en lectura/escritura• En el caso de múltiples usuarios el

directorio debe ser la raíz de otrosistema de archivos




• FSSNT hace diferencia entre zonasen los usuarios solo pueden leer ylas que solo pueden escribir

• Datos usuario son divididos en – /usr : datos que los usuarios solo

pueden leer

– /var : datos que los usuarios puedenleer/escribir

• Usuario común no sabe quealgunos comandos crean datos

bajo su nombre, ejemplo: manhttp://www.palacinp.es.tlhttp://www.palacinp.es.tl



La impresión es otro ejemplo, la tarea es

provisoriamente almacenada en los sub-directorios: /var/spool/lpd .

Otros dominios en los cuales son creados

archivos y tratados a nombre del usuario: – el lanzamiento por calendarización a intervalos

regulares de comandos y de scripts (comandos

at y cron)

– la transmisión de informaciones (mail )

– el contar con un registro de conexiones o

contabilidad (p.e. archivos .log )




•

/usr/X11R6• /usr/bin

• /usr/doc

•

/usr/etc• /usr/games

• /usr/include

•

/usr/info• /usr/lib

• /usr/local

•

/usr/man• /usr/sbin

• /usr/src

Contiene conjunto directorios en los cuales Linux

almacena datos muy importantes




• Linux no es un bloque monolítico

• Varios componentes trabajan enconjunto, diseñados por personasdiferentes y conjuntados endistribuciones

• Solo del exterior el núcleo Linux

parece una unidad• Existe una diferencia entre el núcleo

y las aplicacioneshttp://www.palacinp.es.tlhttp://www.palacinp.es.tl



• Administración memoria principal

• Acceso a los periféricos

•

Administración del espacio en discoduro

• Administración de los programas ylos procesos

• Administración de los derecho deacceso




controlador periférico

parte física periférico

Aplicaciones

Material

controlador periférico

parte física periférico

sub-sistema

E/S

sistema

archivosseguridad

sistema

de procesos

comunicación

inter-procesos

sub-

sistema

E/S

sub-sistema

archivos

caché

sub-sistema

de

procesos

sub-sistema

IPC



• Garantiza una administracióncorrecta de los archivos y de losderechos de acceso

• La administración varia mucho segúnel tipo de sistema de archivos

• Linux adopto el concepto de VFS

(Virtual File System)




• Principio: todos los módulos de unsistema de archivos, vistos delexterior, presentan las misma rutinas

• Es responsabilidad del núcleo deconvertir las llamadas de sistemasestándares en las específicas a los

archivos• Programador no debe preocuparse

del tipo de sistema archivos con el

que trabaja http://www.palacinp.es.tlhttp://www.palacinp.es.tl



Aplicaciones

Sistema de Archivos Virtual (VFS)

subsistemaext2

subsistemasys V

subsistemams-dos

subsistema proc

Cache

Controlador de periféricos

Materialhttp://www.palacinp.es.tlhttp://www.palacinp.es.tl



• Rutinas sistemas archivos transmiten losaccesos a los controladores de periféricos

• Por cada acceso los bloques de datosnecesarios son cargados del disco duro

• Acceso a disco duro se hace a través decontroladores con buffers – almacenan en memoria principal datos

accedidos – esto evita un acceso disco en la próxima

lect/esct – datos en RAM por lo que se gana en rapidez

• Controladores sin buffer realizan accesodirectamente en el disco




Controladores sin buffer realizan acceso

directamente en el disco




Aplicaciones

Sistema de Archivos Virtual (VFS)

Control de periféricos

3. Bloques datos en la caché

1. Lectura Archivo

2. Lectura bloques

datos del archivo

5. Lectura de los

bloques de datos

6. Escritura de los bloques de

datos en el caché

7. Liberación del contenido de la

caché

8. Datos leídos

Caché

4. Lectura de l os bloques de datos enla caché



• Asigna zonas aisladas de memoria acada uno de los programas ycontrola las demandas de memoria

que se realicen• Linux no administra la memoria en el

sentido estricto (físico)

• Aprovecha que, desde el 80386, losprocesadores Intel saben tratar lamemoria virtual




También administra el acceso al

microprocesador (calendarizador)

Cada proceso esta registrado en una tabla

central de procesos, por lo que es posible

verificar que procesos están ejecutandose

Para evitar que se apropien del procesador a

cada proceso se le asigna un tiempo: quantum

Una vez que el tiempo termine se le interrumpe

y se le pone a un lado

Al proceso siguiente le es asignado el

procesador



Proc.

Aejecu-

ción

lectura

del

archivo

datos

disponibles

quantum

terminado

Proc.

A

quantum

terminado

datos

trans-

feridos

Proc.

A

desplegado

en pantalla

fin

del

proceso

ejecu-

ción

ejecu-ción

ejecu-

ción

ejecu-

ción

escritura

en el

archivo

ejecu-ción

ejecu-

ción

ejecu-

ción

lectura

del

archivo

Tiempo



• Implementación del sistema deintercomunicación entre procesos – las colas de mensajes (message queues)

– la zonas de memoria común (memoriacompartida o shared memory)

– los semáforos




• Tanto los procesos como el sub-sistema de archivos utilizan loscontroladores de periféricos

• Los principales tipos decontroladores se encuentran dentrodirectorio /usr/src/linux/drivers:

block pci

char sound

net scsi




• Linux trata de adaptarse a lamáquina.

• El mismo código debe existir para

diferentes implementaciones yfuncionar de la misma forma

• Elementos del núcleo que dependendel tipo de procesador sonalmacenados en directorios aparte

• En directorio /usr/src/linux/arc seencuentra un directorio por

microprocesador soportado



• alpha: microprocesador DEC Alpha

• m68k: microprocesadores Motorola68000 y siguientes: 68020,

68030, etc

• mips: microprocesador MIPS, R3000,R4000 a R10000

• ppc: microprocesador PowerPC (enun principio IBM)

• sparc: microprocesadores SPARC de

SUN



• boot

• kernel

• lib

• math-emu

• mm

•

Makefile• config.in




• TCP/IP

• Appletalk

• AX25 (radio aficionados)

• IPX (Novell)

• DECnet (DEC)




características




• Se refiere a la estructura del soportefísico que le da al usuario de unarborescencia

• Elemento base: el bloque: – espacio disco duro se expresa en bloques

– los bloques son de 521 bytes

• Diferentes tipos sistemas archivos seapoyan sobre diferentes formas: – cada grupo reagrupa los bloques físicos

en bloques lógicos de diferente tamaño



0 1 2 3 0 1 2 3

Bloque Bloque

/dev/hda1

1er trozo 2do trozo

/dev/hda2

Disco duro

Pista

Bloque

Sector



• Vista usuario: arborescenciahomogénea

• ¿Qué forma tienen los datos y los

archivos en el disco duro?• Diferentes tipos sistemas archivos:

– Extended Filesystem

– Xia Filesystem

– Extended File System

– Sistema montado



• afbs: Amiga Fast File System

• ext fs: Extended Fyle System

• ext2 fs: Extended Fyle System extendido

• hpfs: High Performance File System

• isofs: sistema ISO 9660 (usado en CD-ROMs)

• minix fs: MINIX File System

• ncpfs: sistema archivos para clientes

Novell



• proc: pseudo sistema de archivos

• smb fs: Samba File Systems

• sysv fs: Sistema archivos del sistema V

Unix• ufs fs: Sistema archivos FreeBSD y

Solaris

•

umsdos: extensión sistema archivosMS-DOS

• vfat: sistema dotado tabla asignaciónvirtual

• xiafs: sistema desarrollado por Qi



Elementos sistema archivos

• Bloque de booteo

• Superbloque

•

Tabla de nodos-i• Bloques de datos



Bloque

de

booteo

Super-

bloque...

Tabla

de

nodos-i

Bloque

de

datos

Super-

bloque

Grupo bloques 1 Grupo bloques 2

...




• Se ubica en el bloque cero de todoslos sistemas de archivos

• Contiene programa para lanzar e

inicializar todo el sistema• Ningún programa usuario tiene

acceso



• El superbloque

• La lista de descripción de los gruposde bloques

• La imagen de los bloques

• La imagen de los nodos-i

• La tabla de los nodos-i

• Los bloques de datos



• Tamaño total del sistema de archivos,en bloques o nodos-i

• Número de bloques libres del sistema

• Número de bloques reservados anodos-I

• Número de nodos-I libres

•

Dirección del primer bloque de datos• Tamaño de un bloque de datos

• Tamaño de un bloque parcial de datos



• Hora de la última modificaciónsistema archivos

• Hora integración (montaje) delsistema

• número de versión del sistema

• hora de la última verificación delsistema

• intervalo máximo entre dospersonas




• Compuesto por un conjunto denodos-i, del mimos tamaño

• Un nodo-i puede presentarse de dos

formas: – como nodo-I en el disco duro

– cargada en memoria para eltratamiento

• Nodo-i describe todos lascaracterísticas de un archivo

• Existe uno por cada archivo físico



• Modo archivo• Número usuario propietario

• Tamaño, en bytes, del archivo

• Acceso – hora del último acceso

– hora de la última modificación

– hora de la creación de nodo-i – hora de la última supresión del nodo-i

• Número de grupo del archivo



• Número de ligas• Semáforos del nodo-I• tabla de direcciones del bloque• derechos de acceso• tipo de archivo:

– archivo clásico – directorio – archivo periférico – archivo FIFO –

referencia (ejemplo liga simbólica)



Propiedades del

archivo

Informaciones

diversas

Tabla de las direcciones

de los bloques de datos

Estructura de un nodo-i

T i p o a r c h i v o

P r o

p i e t a r i o

T a m a ñ

o a r c h i v o

D i r

e c c i ó n

d

i r e c t a

1 .

D i r e c

c i ó n

i n d i r e c t a

2 .

D i r e c

c i ó n

i n d i r e c t a

3 .

D i r e c

c i ó n

i n d i r e c t a

…. …. ….




Bloques de datos

• Se ocupan del espacio disponible enel disco duro para el sistema de

archivos• Tamaño de cada bloque físico

corresponde a exactamente al de

bloques lógicos




Tabla archivos nivel sistema•

Objetivo: proporcionar acceso paraleloa los archivos• A cada archivo abierto le corresponde

una estructura en memoria principal

• Todos los procesos del sistemaacceden a dicha tabla• Si varios procesos abren el mismo

archivo solo se registrará una entrada

en la tabla• Es a través de esta tabla que se puede

acceder indirectamente a los nodos-i




Es necesario vigilar ciertas consecuencias

Solo existe un solo componente indicando la

localización del archivo

Si un proceso A modifica este valor, esto

tendrá consecuencias para el resto de los

procesos

Si un proceso B ignora lo anterior escribirá

sus datos en un lugar equivocado

Une entrada en la tabla se elimina hasta que

ningún proceso hace referencia al archivo



• Si un proceso quiere abrir un archivo,este creará una entrada en un tablade archivos especifica al proceso

• Tamaño tabla: 256 => un procesosolo puede abrir 256 archivos almismo tiempo

• Los tres primeras entradas estánreservadas a stdin (0), stout (1) ystderr (2)




Relación entre tablas

disco

duro

Tabla archivos

específica

al procesoTabla archivos

del sistemaTabla de nodos-I

del sistema

Dirección del

bloque de datos

Etapas abertura de un



Etapas abertura de unarchivo

• Búsqueda del archivo y asociación conun nodo-I – realizada a través función namei()

• Búsqueda, en su sistema de archivos,del número de nodo-i previamentedeterminado – una vez encontrado se verifican los

permisos y se carga el archivo

• Una entrada es realizada en memoriapara este nodo-i, en la tabla nodos-i a

nivel sistemahttp://www.palacinp.es.tlhttp://www.palacinp.es.tl



Una estructura se crea en la tabla de archivos

a nivel sistema

– en dicha estructura se encuentran las operaciones

especificas al sistema de archivos y el nodo-i

Se le indica al proceso la localización en

memoria principal de la estructura que

corresponde al archivo accedido

– cada proceso administra una tabla de archivos

específica a los procesos – en este lugar se encuentra la referencia a la tabla

de archivos a nivel sistema

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