5.6 Manejo de espacio en memoria secundaria

A diferencia de la Memoria Principal la Memoria Secundaria , auxiliar, masiva, externa no es tan veloz pero tiene gran capacidad para almacenar información en dispositivos tales como discos, cintas magnéticas, discos ópticos. Frecuentemente los datos y programas se graban en la Memoria Secundaria , de esta forma, cuando se ejecuta varias veces un programa o se utilicen repetidamente unos datos, no es necesario darlos de nuevo a través del dispositivo de entrada. En la Memoria Secundaria un archivo consta de un conjunto de bloques (correspondiente a la cantidad de información que se transfiere físicamente en cada operación de acceso (lectura o escritura). El Sistema Operativo o Sistema de Gestión de Archivos es el encargado de la asignación de bloques a archivos, de lo que surgen dos cuestiones, en primer lugar, debe asignarle el espacio de Memoria Secundaria a los archivos y, en segundo lugar, es necesario guardar constancia del espacio disponible para asignar. El sistema de archivos se ocupa primordialmente de administrar el espacio de almacenamiento secundario, sobre todo el espacio en disco. El manejo del espacio libre en disco se lleva a cabo de la siguiente manera:

• Vector de bits
• Lista ligada (lista libre)
• Por conteo (agrupación)

Vector de bits. 

El espacio libre en disco es frecuentemente implementado como un mapa de bits, donde cada block es representado por un bit y si el bloc es libre el bit es cero de lo contrario está asignado.11000111

Lista ligada.

Una lista ligada de todos los blocks libres. Otra implantación se consigue guardando la dirección del primer block libre y el número de los blocks libres contiguos que le siguen. Cada entrada de la lista de espacio libre consiste de una dirección de disco y un contador (por conteo).

Por agrupación.

Se almacena la dirección en n blocks libres en el primer block libre y el último contiene la dirección de otro block que contiene la dirección de otros blocks libres.

5.5 Mecanismos de acceso a los archivos

Existen varios mecanismos para acceder los archivos: Directorios, descriptores de archivos, mecanismos de control de acceso y procedimientos para abrir y cerrar archivos.

Descriptores de archivos.

El descriptor de archivos o bloque de control de archivos es un bloque de control que contiene información que el sistema necesita para administrar un archivo. Es una estructura muy dependiente del sistema.

Puede incluir la siguiente información:

• Nombre simbólico del archivo.
• Localización del archivo en el almacenamiento secundario.
• Organización del archivo (método de organización y acceso).
• Tipo de dispositivo.
• Datos de control de acceso.
• Tipo (archivo de datos, programa objeto, programa fuente, etc.).
• Disposición (permanente contra temporal).
• Fecha y tiempo de creación.
• Fecha de destrucción.
• Fecha de la última modificación.
• Suma de las actividades de acceso (número de lecturas, por ejemplo).

5.4 Organización lógica y física

Se refiere a las diferentes maneras en las que puede ser organizada la información de los archivos, así como las diferentes maneras en que ésta puede ser accesada. Dado que hay 2 niveles de visión de los archivos (físico y lógico), se puede hablar también de 2 aspectos de organización de archivos: Organización de archivos lógicos y de archivos físicos.

El sistema de archivos está relacionado especialmente con la administración del espacio de almacenamiento secundario, fundamentalmente con el almacenamiento de disco.

Una forma de organización de un sistema de archivos puede ser la siguiente:

• Se utiliza una “raíz ” para indicar en qué parte del disco comienza el “directorio raíz ” .
• El “directorio raíz ” apunta a los “directorios de usuarios”.
• Un “directorio de usuario” contiene una entrada para cada uno de los archivos del usuario.
• Cada entrada de archivo apunta al lugar del disco donde está almacenado el archivo referenciado.

Organización lógica.

La mayoría de las computadoras organizan los archivos en jerarquías llamadas carpetas, directorios o catálogos . (El concepto es el mismo independientemente de la terminología usada.) Cada carpeta puede contener un número arbitrario de archivos, y también puede contener otras carpetas. Las otras carpetas pueden contener todavía más archivos y carpetas, y así sucesivamente, construyéndose un estructura en árbol en la que una «carpeta raíz» (el nombre varía de una computadora a otra) puede contener cualquier número de niveles de otras carpetas y archivos. A las carpetas se les puede dar nombre exactamente igual que a los archivos (excepto para la carpeta raíz, que a menudo no tiene nombre). El uso de carpetas hace más fácil organizar los archivos de una manera lógica.

Organización física.

Los datos son arreglados por su adyacencia física, es decir, de acuerdo con el dispositivo de almacenamiento secundario. Los registros son de tamaño fijo o de tamaño variable y pueden organizarse de varias formas para constituir archivos físicos.

5.3 Componentes de un sistema de archivos

Lo conforman todas aquellas rutinas encargadas de administrar todos los aspectos relacionados con el manejo de Archivos. En UNIX se define un File System como un sistema de software dedicado a la creación, destrucción, organización y lectura, escritura y control de acceso de los archivos, funcionalmente los componentes de un sistema de archivos son lenguajes de comandos, interpretador de comandos, manejador del almacenamiento secundario, sistema de entrada y salida y mecanismos de respaldo y recuperación. En general, un Sistema de Archivos está compuesto por: Métodos De Acceso, Administración De Archivos, Administración De Almacenamiento Secundario, Mecanismos De Integridad. 

• Métodos De Acceso. Se ocupan de la manera en que se tendrá acceso a la información almacenada en el archivo. Ejemplo: Secuencial, Directo, indexado, etc.
• Administración De Archivos. Se ocupa de ofrecer los mecanismos para almacenar, compartir y asegurar archivos, así como para hacer referencia a ellos. 
• Administración De Almacenamiento Secundario. Se ocupa de asignar espacio para los archivos en los dispositivos de almacenamiento secundario. En la siguiente figura se muestra un ejemplo de la administración de espacio en un disco duro.

5.2 Noción de archivo real y virtual

Un archivo virtual

Es un archivo de uso temporal que es utilizado por los procesos del sistema mientras se están ejecutando dichos procesos. Estos archivos se crean durante la ejecución de un sistema y los utiliza para el almacenamiento de información, intercambio y organización mientras se ejecuta el sistema, su tamaño es muy variable y terminan al detener la ejecución del sistema, muchos de ellos son borrados, por ejemplo, los archivos *.tmp . Se le conoce como archivo virtual, aquel que contiene los datos generados por el usuario.

Archivo Real

Es un objeto que contiene programas, datos o cualquier otro elemento. Un archivo se muestra de manera real, en la información del espacio que ocupa en un disco duro o sistema de almacenamiento, en otras palabras su tamaño en bytes. 

5.1 Conceptos

Concepto 1

Son los algoritmos y estructuras lógicas utilizadas para poder acceder a la información que tenemos en el disco. Cada uno de los sistemas operativos crea estas estructuras y logaritmos de diferente manera independientemente del hardware. El desempeño de nuestro disco duro, la confiabilidad, seguridad, capacidad de expansión y la compatibilidad, estará en función de estas estructuras lógicas. 

Fat 12: 

Es el sistema de archivos de DOS, y es con el que formateamos los disquetes. Fue muy utilizado en las primeras PCs. 

Fat 16: 

Este sistema de archivos tenia muchas limitaciones, por ejemplo si el disco duro era mayor de 2 GB, era imposible particionarlos y no usaba nombre largos en los archivos, solo 8 caracteres. 

Fat 32: 

Fue utilizado a partir de 1997, y pudo ser utilizado en Windows 98, pero a medida que el tamaño de los discos duros se incrementaba, surgieron nuevas limitaciones. Se llamo Fat32, por que utiliza números de 32 bits para representar a los clusters en lugar de los 16 en los sistemas anteriores.

Especialmente creado para usarlo en Windows NT, es mas complejo que los FAT. El propósito era satisfacer la demanda y necesidades de de seguridad y eficacia para servidores y otras aplicaciones en red. No tiene limitaciones de tamaño clusters y en general en el disco. Una ventaja de este sistema de archivos es que tiene un sistema antifragmentación. Este sistema de archivos trabaja de manera totalmente distinta, las particiones del disco se colocan en el directorio raíz. Podemos incluso tener diferentes particiones y cada una de ellas tener su propio sistema de archivos.

Concepto 2

En computación, un sistema de archivos es un método para el almacenamiento y organización de archivos de computadora y los datos que estos contienen, para hacer más fácil la tarea encontrarlos y accederlos. Los sistemas de archivos son usados en dispositivos de almacenamiento como discos duros y CD-ROM e involucran el mantenimiento de la localización física de los archivos. 

Más formalmente, un sistema de archivos es un conjunto de tipo de datos abstractos que son implementados para el almacenamiento, la organización jerárquica, la manipulación, el acceso, el direccionamiento y la recuperación de datos. Los sistemas de archivos comparten mucho en común con la tecnología de las bases de datos. 

Los sistemas de archivos pueden ser representados de forma textual (ej.: el shell de DOS) o gráficamente (ej.: Explorador de archivos en Windows) utilizando un gestor de archivos. 

El software del sistema de archivos se encarga de organizar los archivos (que suelen estar segmentados físicamente en pequeños bloques de pocos bytes) y directorios, manteniendo un registro de qué bloques pertenecen a qué archivos, qué bloques no se han utilizado y las direcciones físicas de cada bloque. 

Los sistemas de archivos pueden ser clasificados en tres categorías: sistemas de archivo de disco, sistemas de archivos de red y sistemas de archivos de propósito especial. 

Ejemplos de sistemas de archivos son: FAT, UMSDOS, NTFS, UDF, ext2, ext3, ext 4, ReiserFS, XFS, etc.

Concepto 3

Los archivos son administrados por el sistema operativo como se muestra en la Figura. Su estructura, nombre, forma de acceso, uso, protección e implantación son temas fundamentales en el diseño de un sistema operativo. Aquella parte del sistema operativo que trabaja con los archivos se conoce, como un todo, como el sistema de archivos.

Concepto 4 

Debido a su importancia, es necesario que un sistema operativo tenga la capacidad de leer, escribir, acceder y mantener la integridad de un sistema de archivos. Un sistema de archivos provee al usuario con una abstracción que le permitirá crear con facilidad colecciones de datos llamados archivos. Estas colecciones deberán tener los siguientes requisitos o propiedades:

• Existencia a largo tiempo: Los archivos deberán ser almacenados sobre una unidad de almacenamiento y deberán permanecer allí aun cuando el usuario apague el ordenador.
• Deberán tener la capacidad de ser compartidos: Los archivos tendrán nombres que los identifique y deberán poseer permisos de acceso los cuales permitirán el compartimiento controlado entre procesos.
• Deberán poseer una estructura definida: Dependiendo del tipo de sistema de archivos, un archivo deberá poseer una estructura definida y conveniente; permitiendo que los archivos puedan ser organizados en orden jerárquico o en cualquier otro orden para reflejar su relación con otros archivos.

El sistema de archivos como hemos dicho, posee una abstracción que permite realizar varias operaciones sobre los archivos. Entre estas operaciones tenemos:

• Crear un archivo: El usuario o un proceso podrá crear un nuevo archivo el cual tomará una posición dentro de la estructura del sistema de archivos.
• Borrar un archivo: Un archivo podrá ser borrado de la estructura.
• Abrir un archivo: Un proceso podrá abrir un archivo permitiendo el acceso a la información contenida por dicho archivo. El proceso podrá ejecutar varias funciones sobre la información del archivo como leer, escribir, reemplazar, etc.
• Cerrar un archivo: Un proceso puede cerrar el archivo dejando atrás los privilegios de acceder a dicho archivo.
• Leer: Un proceso podrá leer parte de la información contenida en un archivo
• Escribir: Un proceso podrá añadir o reemplazar información en un archivo

Los sistemas de archivos también mantienen una estructura de atributos asociada con cada uno de los archivos la cual provee información sobre la situación actual de un archivo, quien es su dueño, el tamaño del archivo, cuando fue creado, cuando fue modificado, privilegios de acceso, entre otros.

Se debe poder estructurar los archivos de la manera más apropiada a cada aplicación.
Los usuarios deben poder ordenar la transferencia de información entre archivos.
Se deben proporcionar posibilidades de “respaldo” y “recuperación” para prevenirse contra:

• La pérdida accidental de información.
• La destrucción maliciosa de información.

Se debe poder referenciar a los archivos mediante “Nombres Simbólicos” , brindando“Independencia de Dispositivos” .
En ambientes sensibles, el sistema de archivos debe proporcionar posibilidades de “Cifrado” y“Descifrado”.
El sistema de archivos debe brindar una interfase favorable al usuario:

• Debe suministrar una “visión lógica” de los datos y de las funciones que serán ejecutadas, en vez de una “visión física”.

El usuario no debe tener que preocuparse por:

• Los dispositivos particulares.
• Dónde serán almacenados los datos.
• El formato de los datos en los dispositivos.
• Los medios físicos de la transferencia de datos hacia y desde los dispositivos.

Unidad 5 Sistema de archivos

Son los algoritmos y estructuras lógicas utilizadas para poder acceder a la información que tenemos en el disco. Cada uno de los sistemas operativos crea estas estructuras y logaritmos de diferente manera independientemente del hardware. El desempeño de nuestro disco duro, la confiabilidad, seguridad, capacidad de expansión y la compatibilidad, estará en función de estas estructuras lógicas.