Sistema de Ficheros

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1 Sistema de Ficheros Capítulo 5 5.1 Ficheros 5.2 Directorios 5.3 Implementación del sistema de ficheros 5.4 Ejemplos de sistemas de ficheros

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Sistema de Ficheros. 5.1 Ficheros 5.2 Directorios 5.3 Implementación del sistema de ficheros 5.4 Ejemplos de sistemas de ficheros. Capítulo 5. Almacenamiento de información a largo plazo. Ficheros (1). - PowerPoint PPT Presentation

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Sistema de Ficheros

Capítulo 5

5.1 Ficheros 5.2 Directorios 5.3 Implementación del sistema de ficheros 5.4 Ejemplos de sistemas de ficheros

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Almacenamiento de información a largo plazo

1. Almacenar grandes cantidades de datos (más de lo que cabe en el espacio virtual de direccionamiento)

2. La información debe vivir más allá de la terminación del proceso que la utiliza (persistencia)

3. Múltiples procesos quieren acceder a la misma información concurrentemente

Solución: almacenar la información en unidades llamadasFicheros

Sistema Operativo: Gestor de Ficheros (Sistema de Ficheros)

Veremos: la perspectiva del usuario y la del SO

Ficheros (1)

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Ficheros. (Nombrado) (2)

Extensiones típicas de un fichero

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Ficheros. (Estructura) (3)

• 3 tipos de estructuración(a) Secuencia de bytes (Unix, Windows): interpreta el usuario(b) Secuencia de registros: la unidad de R/W es el registro(c) Árbol, cada nodo contiene una clave

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Ficheros. (Tipos) (4)

Varios tipos de ficheros.

Windows: regulares, directoriosUnix: regulares, directorios, especiales, pseudoficheros

Regulares: información del usuario, del tipobinarios: ejecutables, archivosASCII: líneas de texto acabadas en: cr o

lf (UNIX), o crlf (MSDOS)Directorios: mantienen la estructura del sistema de ficherosEspeciales de caracteres: impresora, terminal, networkEspeciales de bloques: discos, disquettes

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Ficheros. (Acceso) (5)

• Acceso secuencial– Lee todos los bytes/registros desde el principio

– No puede saltar, solo rebobinar

– Adecuado con cintas magnéticas

• Acceso aleatorio– Se leen bytes/registros en cualquier orden

– Esencial para bases de datos

– En la lectura …

• Se da la posición desde donde leer, o …

• Seek, read

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Ficheros. (Atributos) (6)

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Ficheros. (Operaciones) (7)

1. Create

2. Delete

3. Open

4. Close

5. Read

6. Write

7. Append

8. Seek

9. Get attributes

10.Set Attributes

11.Rename

Leer la sección 6.1.7. La sección 6.1.8 no entra para el examen

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Directorios. (de un nivel) (1)

Directorios (folders, carpetas): estructuran el sistema deficheros.

Es simple, fácil de implementar.Colisión de nombres (solo un espacio de nombrado)Tampoco útil con un solo usuario (miles de ficheros)

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Directorios. (de dos niveles) (2)

Cada usuario tiene su propio directorio

Identificación del usuarioAcceso a ficheros que no son del usuario (p.e. del sistema)

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Directorios. (jerárquico) (3)

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Directorios. (Path Names) (4)

Nombre absoluto

Nombre relativoDirectorio de trabajo

Entradas: . ..

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Directorios. (Operaciones) (5)

1. Create

2. Delete

3. Opendir

4. Closedir

5. Readdir

6. Rename

7. Link

8. Unlink

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Implementación del sistema de ficheros. (Estructura) (1)

Master Boot Record

Direcciones de comienzo y fin

activa

PowerOn: BIOS lee y ejecuta MBR; MBR localiza partición activa, lee y ejecuta el boot block

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Implementación del sistema de ficheros. (implementación de ficheros) (2)

¿En qué bloques del disco está el contenido de un fichero?

Asignación contigua

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Implementación del sistema de ficheros. (implementación de ficheros) (3)

¿En qué bloques del disco está el contenido de un fichero?

Asignación contigua (ventajas)- Fácil implementar- ¿Dónde están los bloques de un fichero?

- dirección del primer bloque- número de bloques

- buen rendimiento en lectura: solo 1 seek 1 rotación

Asignación contigua (desventajas)- Encontrar un hueco lo bastante grande- Hay que conocer el tamaño final del fichero- La compactación es cara- Adecuado para CDs

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Implementación del sistema de ficheros. (implementación de ficheros) (4)

¿En qué bloques del disco está el contenido de un fichero?

Lista encadenada

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Implementación del sistema de ficheros. (implementación de ficheros) (5)

¿En qué bloques del disco está el contenido de un fichero?

Lista encadenada

- No fragmentación externa, SI fragmentación interna - En la entrada al directorio: dirección del primer bloque - Mal para acceso aleatorio

- La cantidad de bytes en un bloque no es potencia de 2- los programas R/W en potencias de 2- hay que acceder a dos bloques

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Implementación del sistema de ficheros. (implementación de ficheros) (6)

¿En qué bloques del disco está el contenido de un fichero?

Lista encadenada utilizando una tabla en memoria

File Allocation Table

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Implementación del sistema de ficheros. (implementación de ficheros) (7)

¿En qué bloques del disco está el contenido de un fichero?

Lista encadenada utilizando una tabla en memoria (FAT)

Ventajas:- Todo el bloque para datos- Acceso aleatorio mejorado- Entrada al directorio: primer bloque

Desventajas:- Toda la tabla debe estar en memoria. disco: 20Gb; bloque: 1K; nº entradas: 20 millones tamaño de la entrada: 3 bytes; tamaño de la tabla: 60 Mb (en memoria)

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Implementación del sistema de ficheros. (implementación de ficheros) (8)

¿En qué bloques del disco está el contenido de un fichero?

I-node

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Implementación del sistema de ficheros. (implementación de ficheros) (9)

¿En qué bloques del disco está el contenido de un fichero?

I-node

Ventajas:-Solo en memoria el i-node del fichero abierto- Tabla de i-nodes residentes en memoria (para todos los procesos)- Tabla de ficheros abiertos (por proceso)- Cada proceso tiene un máximo de ficheros abiertos

Desventajas:- Los punteros indirectos aumentan el tiempo de búsqueda de bloques

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Implementación del sistema de ficheros. (implementación de directorios) (10)

Cada entrada al directorio mantiene los bloques de disco del fichero y sus atributos

(a) Entrada: nombre, atributos y bloques de disco (MSDOS, Windows)(b) Entrada: nombre y nº i-node (Unix)

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Implementación del sistema de ficheros. (implementación de directorios) (11)

Cada entrada al directorio mantiene el nombre del fichero: longitud fijaMSDOS: 8+3; Unix V.7: de 1 a 14¿Longitud del nombre variable y más grande?

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Implementación del sistema de ficheros. (implementación de directorios) (12)

(a) Entrada al directorio de longitud variable- Cuando se elimina queda un hueco de tamaño variable

(b) Entrada al directorio de longitud fija- los nombres de los ficheros al final del directorio- ventaja: no huecos de longitud variable

Búsqueda lineal en el directorio lenta (si muchas entradas)

Mejor: tabla hash en cada directorioOpción: memoria caché

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Implementación del sistema de ficheros. (ficheros compartidos) (13)

link

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Implementación del sistema de ficheros. (ficheros compartidos) (14)

Problema: si las entradas contienen las direcciones de discoLa entrada de B contiene una copia de la entrada de CSi B o C hacen crecer el fichero, solo se modifica una entrada

Solución 1: i-nodes

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Implementación del sistema de ficheros. (ficheros compartidos) (15)

Solución 2: enlaces simbólicos (ficheros tipo link)

- No presentan el problema anterior: si el propietario elimina el fichero, el contenido del fichero link indica un fichero que no existe.

- Además, un enlace simbólico puede enlazar ficheros en otros nodos.

- Presenta otros problemas:- sobrecarga por tener el nombre y no el i-node- Un i-node extra por cada enlace simbólico- Un enlace simbólico es un alias: un fichero varios nombres:

ojo al recorrer el sistema de ficheros

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Implementación del sistema de ficheros. (gestión de espacio en disco) (16)

¿Cómo almacenar en disco los n bytes de un fichero?

- N bytes contiguos en disco.- ¿y si el fichero crece?

- En bloques (contiguos o no) de tamaño fijo

¿Tamaño del bloque?- cilindro- pista- sector

Si muy grande (cilindro): desperdiciotamaño medio de un fichero: 1K1 bloque: 32kse desperdicia el 97% del espacio

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Implementación del sistema de ficheros. (gestión de espacio en disco) (17)

Si muy pequeño: muchos accesos: muy lento. Ejem:

pista: 217 bytes = 131072 bytestiempo de rotación: 8,33 mstiempo medio de posicionamiento: 10 ms

Para leer un bloque de k bytes:Tpos. = 10 msTrot. = 8,33/2 = 4,165 msTtra. = (k/131072) * 8,33

Si el bloque se muy pequeño, prima los tiempos de posicionamientoy de espera de rotación.

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Implementación del sistema de ficheros. (gestión de espacio en disco) (18)

Todos los ficheros son de 2k

Tamaño del bloque (bytes)

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Implementación del sistema de ficheros. (gestión de espacio en disco) (19)

¿Cuáles son los bloques libres?(a) Lista enlazada de bloques libres; (b) mapa de bits

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Implementación del sistema de ficheros. (gestión de espacio en disco) (20)

¿Cuáles son los bloques libres?

Disco de 16Gb, tamaño del bloque: 1kNúmero de bloques: 24*230/210 = 224

32 bits para direccionar un bloque (¿por qué no 24?)

¿Cuánto ocupa cada método si disco vacío?

• Lista enlazada.- 1kb/4bytes = 255 dir. por bloque (+ 1 puntero)- 224/255 = 65793 bloques de 1kb

(b) Mapa de bits- 224 bits /(210*23) = 211 (2048) bloques de 1k

El epígrafe Disk Quotas (Cuotas de disco) (pág. 415) no entra para el examen

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Implementación del sistema de ficheros. (fiabilidad del sistema de ficheros) (21)

El hardware es fácil sustituirlo (solo dinero)Si se pierde el sistema de ficheros ¡¡desastre!!

BackupsLa información se pierde por errores hardware, fuego, …La información se pierde por acciones del usuario (rm *)Ejemplo de recuperación: papelera de Windows

Los backups consumen tiempo y espacio

¿Backup de todo el sistema de ficheros o de parte de él?- los fichero del sistema no son necesarios- los ficheros temporales tampoco- los especiales (/dev) no tiene sentido

Solo hacer respaldo de parte del sistema de ficheros

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Implementación del sistema de ficheros. (fiabilidad del sistema de ficheros) (22)

¿Hacer respaldo de los que no han sufrido modificaciones?NO: Backup incremental

- hacer un respaldo completo cada semana (mes)- hacer un respaldo diario de sólo los que han cambiado- minimiza la cantidad de espacio necesario- Dificulta la restauración

¿Se comprimen los datos en el respaldo?- Ojo con los errores en la superficie de la cinta

¿Cuándo realizar el respaldo?- Los ficheros pueden estar en uso- Se pueden estar creando/borrando ficheros- Offline (de noche)

¿Dónde guardar los respaldos?

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Implementación del sistema de ficheros. (fiabilidad del sistema de ficheros) (23)

Backup físicoCopiar a cinta desde el bloque 0 al último bloque del disco

- simple- copia bloques libres (vacíos)

- utilizar lista de bloques libres y no copiarlos- ahora cada bloque debe llevar su número

- copia bloques malos- no incremental, copia todo, NO SE UTILIZA

Backup lógico- copia sólo la información (ficheros y directorios) seleccionada- diferentes algoritmos

(Leer el ejemplo de algoritmo de backup lógico de la páginas 419-421)

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Implementación del sistema de ficheros. (fiabilidad del sistema de ficheros) (24)

Consistencia del sistema de ficheros

Por fallos hw o soft fallan lecturas/escrituras de bloques críticos:El sistema de ficheros queda en un estado inconsistente.

Programas que validan la consistencia del sistema de ficheros:- fsck (Unix)- scandisk (Windows)

Dos tipos de operaciones:- consistencia de bloques- consistencia de ficheros

¿Cómo se valida la consistencia de bloques?

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Implementación del sistema de ficheros. (fiabilidad del sistema de ficheros) (25)

Consistencia del sistema de ficheros (bloques)

(a) Consistente (b) Bloque perdido (c) Bloque duplicado en la lista de libres(d) Bloque de datos duplicado

(c) (d)

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Implementación del sistema de ficheros. (fiabilidad del sistema de ficheros) (26)

Consistencia del sistema de ficheros (ficheros)

Tabla de ficheros: una entrada por ficheroRecorrer el sistema de ficheros. Por cada aparición de un fichero,Incrementar en 1 su entrada a la tabla

Compara esta tabla con la información de los i-nodes (por fichero)

=, el sistema de ficheros es consistente.nlink del i-node > la cuenta calculada; fijar nlinkNlink del i-nolde < la cuenta calculada; fijar nlink

Consistencia del sistema de ficheros (protección)

Bit de protección extraños: 0007

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Implementación del sistema de ficheros. (rendimiento del sistema de ficheros) (27)

-Leer una palabra (32 bits) de memoria 10 nseg.

- Disco que transfiere a 10MB/seg. Leer 1 palabra (4 bytes = 32 bits)4 bytes en 4.10 -7 seg.

-Tiempo de posicionamiento + tiempo de latencia = 5..10 mseg.

- 10 nseg. frente a 10 mseg.

El acceso a disco es un millón de veces más lentoque el acceso a memoria

¿Cómo mejorar el rendimiento del disco?

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Implementación del sistema de ficheros. (rendimiento del sistema de ficheros) (28)

Buffer caché

Para reducir el número de accesos a discoImagen en memoria de algunos bloques de disco

Si el bloque a leer está en la caché, no hace falta acceder a discoSi no está en la caché, traerlo y quitar uno.

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Implementación del sistema de ficheros. (rendimiento del sistema de ficheros) (29)

Buffer caché

¿EL bloque es esencial para mantener la consistencia delsistema de ficheros? (i-nodes, espacio libre, bloques de punterosindirectos)

SI: escribirlo a disco inmediatamenteNO: cache

Datos en la cache pueden perderse: llamada sync (Unix)

MSDOS: escribir inmediatamente a disco cualquier bloque modificado

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Implementación del sistema de ficheros. (rendimiento del sistema de ficheros) (30)

Lectura adelantada

Suposición: lectura secuencial

Cuando se pide un bloque el sistema lee el solicitado y el siguienteo siguientes

Seguir la pista del patrón de acceso de cada fichero abierto

Reducción del movimiento del brazo del disco

- Poner los bloques que se van a acceder en secuencia, cercauno de otro.- Cluster- Cylinder skew

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Implementación del sistema de ficheros. (rendimiento del sistema de ficheros) (31)

(La sección 6.3.8 no entra para el examen)

Reducción del movimiento del brazo del disco