UNIDAD 5.- Sistema de archivos

5.1 Concepto
Tanenbaum (1997) expone en su investigación que Los sistemas de archivos (filesystem en inglés), estructuran la información guardada en una unidad de almacenamiento (normalmente un disco duro) de una computadora, que luego será representada ya sea textual o gráficamente utilizando un gestor de archivos. La mayoría de los sistemas operativos poseen su propio sistema de archivos.

Según la investigación de Silbertschatz, C. (1999), describe que:

El “Sistema de Archivos” es un componente importante de un S. O. y suele contener:

• “Métodos de acceso” relacionados con la manera de acceder a los datos almacenados en archivos.
• “Administración de archivos” referida a la provisión de mecanismos para que los archivos sean almacenados, referenciados, compartidos y asegurados.
• “Administración del almacenamiento auxiliar” para la asignación de espacio a los archivos en los dispositivos de almacenamiento secundario.
• “Integridad del archivo” para garantizar la integridad de la información del archivo.
  Milenkovic, M. (1994), describe que “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”.

------------------------------------------------------------------------------
5.2 Nocion de archivo real y virtual
Según Martínez Martha (2000) define que “un 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”.

De acuerdo a Martínez Martha., (2000) nos explica que 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.

------------------------------------------------------------------------------
5.3 Componentes de un sistema de archivos
Tanenbaum (1997) expone los siguientes componentes de Archivos en su investigación:

1. 
   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.
2. 
   Administración De Archivos. Se ocupa de ofrecer los mecanismos para almacenar, compartir y asegurar archivos, así como para hacer referencia a ellos.
3. 
   Administración De Almacenamiento Secundario. Se ocupa de asignar espacio para los archivos en los dispositivos de almacenamiento secundario.
4. 
   Mecanismos De Integridad. Se ocupan de garantizar que no se corrompa la información de un archivo, de tal manera que solo la información que deba estar en el, se encuentre ahí.

------------------------------------------------------------------------------
5.4 Organización lógica y física
Organización lógica.

Según Martínez Martha (2000) define que, 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.

La mayor parte de las estructuras de organizaciones alternativas de archivos se encuentran dentro de estas cinco categorías:

• Pilas, Según Martínez Martha (2000) describe Los registros pueden tener campos diferentes o similares en un orden distinto. Cada campo debe ser autodescriptivo, incluyendo tanto un campo de nombre como el valor.
• La longitud de cada campo debe indicarse implícitamente con delimitadores, explícitamente incluidos como un subcampo más. El acceso a los registros se hace por búsquedas exhaustiva y son fáciles de actualizar
  
• Archivos secuenciales.Martínez Martha (2000) menciona que se “Emplea un formato fijo para los registros, son de la misma longitud y constan del mismo número de campos de tamaño fijo con un orden determinado”.Según Martínez Martha (2000) define que “Se necesita almacenar los valores de cada campo; el nombre del campo y la longitud de cada uno son atributos de la estructura del archivo. Cada registro tiene un campo clave que lo identifica (generalmente es el primero de cada registro). Los registros se almacenan en secuencia por la clave”.

• Archivos secuenciales indexados, Según Martínez Martha (2000) define que Los registros se organizan en una secuencia basada en un campo clave presentando dos características, un índice del archivo para soportar los accesos aleatorios y un archivo de desbordamiento. El índice proporciona una capacidad de búsqueda para llagar rápidamente al registro deseado y el archivo de desbordamiento es similar al archivo de registros usado en un archivo secuencial, pero está integrado de forma que los archivos de desbordamiento se ubiquen siguiendo un puntero desde su registro predecesor.

• Archivos indexados, Según la investigación de Martínez Martha (2000) los registros se accede solo a través de sus índices. No hay resticción en la ubicación de los registros, al menos un índice contiene un puntero a cada registro y pueden emplearse registros de longitud variable. Se suelen utilizar dos tipos de índices, uno exhaustivo que contiene una entrada para cada registro del archivo principal y se organiza como un archivo secuencial para facilitar la búsqueda, el otro índice es parcial que contiene entrada a los registros donde esté el campo de interés.

• Organización física. Martínez Martha (2000) define que “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”.

------------------------------------------------------------------------------
5.5 Mecanismos de sistemas de archivos
Según Silbertschatz, C. (1999), expone los siguientes mecanismos:

• 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. Puede incluir la siguiente información: Nombre simbólico del archivo, Localización del archivo en el almacenamiento secundario, Organización del archivo, Tipo de dispositivo, Fecha y tiempo de creación, Fecha de destrucción, Fecha de la última modificación, Suma de las actividades de acceso (número de lecturas, por ejemplo).

El autor Silbertschatz, C. (1999), también nos menciona que Los descriptores de archivos suelen mantenerse en el almacenamiento secundario; se pasan al almacenamiento primario al abrir el archivo. Es controlado por el sistema de archivos ; el usuario puede no hacer referencia directa a él.

• Identificación del archivo. Consiste de dos partes que es el nombre simbólico que es el que le da el usuario y un identificador interno que es asignado por el sistema operativo (número). Lugar de almacenamiento así como el tamaño del archivo. Modo de acceso. Se debe indicar en forma explícita quien puede accesar el archivo y conque derecho.
• Mecanismo de control de acceso: Control de un sistema de información especializado en detectar los intectos de acceso, permitiendo el paso de las entidades autorizadas, y denegando el paso a todas las demás. Involucra medios técnicos y procedimientos operativos.
• Los Directorios son utilizados por el sistema operativo para llevar un registro de los archivos que incluye el nombre, los atributos y las direcciones en disco donde se almacenan los datos del archivo referenciado.
  
• Open (abrir): antes de utilizar un archivo, un proceso debe abrirlo. La finalidad es permitir que el sistema traslade los atributos y la lista de direcciones en disco a la memoria principal para un rápido acceso en llamadas posteriores.
• Close (cerrar): cuando concluyen los accesos, los atributos y direcciones del disco ya no son necesarios, por lo que el archivo debe cerrarse y liberar la tabla de espacio interno.

------------------------------------------------------------------------------
5.6 Manejo de espacio en memoria secundaria

Tanenbaum y Woodhull (1997) Abarcan los siguientes conceptos en su investigación:

• La memoria secundaria requiere que la computadora use sus canales de entrada/salida para acceder a la información y se utiliza para almacenamiento a largo plazo de información persistente. Sin embargo, la mayoría de los sistemas operativos usan los dispositivos de almacenamiento secundario como área de intercambio para incrementar artificialmente la cantidad aparente de memoria principal en la computadora. La memoria secundaria también se llama "de almacenamiento masivo".
• 
  Habitualmente, la memoria secundaria o de almacenamiento masivo tiene mayor capacidad que la memoria primaria, pero es mucho más lenta. En las computadoras modernas, los discos duros suelen usarse como dispositivos de almacenamiento masivo. El tiempo necesario para acceder a un byte de información dado almacenado en un disco duro es de unas milésimas de segundo (milisegundos). En cambio, el tiempo para acceder al mismo tipo de información en una memoria de acceso aleatorio se mide en mil-millonésimas de segundo (nanosegundos).

------------------------------------------------------------------------------
5.7 Modelo Jerarquico
Según Martínez Martha (2000) expone los siguientes puntos:

• El directorio contiene un conjunto de datos por cada archivo referenciado.
• Una posibilidad es que el directorio contenga por cada archivo referenciado:

1. El nombre.
2. Sus atributos.
3. Las direcciones en disco donde se almacenan los datos.
   

• Otra posibilidad es que cada entrada del directorio contenga:

1. El nombre del archivo.
2. Un apuntador a otra estructura de datos donde se encuentran los atributos y las ,direcciones en disco.
   

• Al abrir un archivo el S. O.:

1. Busca en su directorio el nombre del archivo.
2. Extrae los atributos y direcciones en disco.
3. Graba esta información en una tabla de memoria real.
4. Todas las referencias subsecuentes al archivo utilizarán la información de la memoria principal.

De acuerdo a Martínez Martha (2000) también explica que El número y organización de directorios varía de sistema en sistema:

• Directorio único: el sistema tiene un solo directorio con todos los archivos de todos los usuarios.
  
• Un directorio por usuario: el sistema habilita un solo directorio por cada usuario.
  
• Un árbol de directorios por usuario: el sistema permite que cada usuario tenga tantos directorios como necesite, respetando una jerarquía general .

------------------------------------------------------------------------------
5.8 Mecanismo de recuperación en caso de falla
Tanenbaum (1997) expone que “Los archivos y directorios se mantienen tanto en memoria principal como en disco, y debe tenerse cuidado para que los fallos del sistema no provoquen una pérdida de datos o una incoherencia en los mismos”.Comprobación de coherencia.
Martínez Martha (2000) define que la parte de la información de directorios se almacena en la memoria principal (o en caché) para acelerar el acceso. La información de directorios en la memoria principal está, generalmente, más actualizada que la correspondiente información en el disco, porque la información de directorios almacenada en caché no se escribe necesariamente en el disco nada más producirse la actualización.

Martínez Martha (2000) expone que considere, entonces, el posible ejemplo de un fallo de la computadora. El contenido de la caché y de los búferes, así como de las operaciones de E/S que se estuvieran realizando en ese momento, pueden perderse, y con él se perderán los cambios realizados en los directorios correspondientes a los archivos abiertos. Dicho suceso puede dejar el sistema de archivos en un estado incoherente. El estado real de algunos archivos no será el que se describe en la estructura de directorios.

Con frecuencia, suele ejecutarse un programa especial durante el reinicio para comprobar las posibles incoherencias del disco y corregidas. El comprobador de coherencia (un programa del sistema tal como fsck en UNIX o chkdsk en MS-DOS), compara los datos de la estructura de directorios con los bloques de datos del disco y trata de corregir todas las incoherencias que detecte. Los algoritmos de asignación y de gestión del espacio libre dictan los tipos de problemas que el comprobador puede tratar de detectar y dictan también el grado de éxito que el comprobador puede tener en esta tarea.

Se utilizan soluciones por hardware y por software. Según la investigación de Martínez Martha (2000), la solución en hardware:

• Consiste en dedicar un sector del disco a la lista de bloques defectuosos.
  
• Al inicializar el controlador por primera vez:Lee la “lista de bloques defectuosos”.Elige un bloque (o pista) de reserva para reemplazar los defectuosos.Registra la asociación en la lista de bloques defectuosos.En lo sucesivo, las solicitudes del bloque defectuoso utilizarán el de repuesto.

Martínez Martha (2000) también menciona que la solución en software:

• Requiere que el usuario o el sistema de archivos construyan un archivo con todos los bloques defectuosos.
  
• Se los elimina de la “lista de bloques libres”.
  
• Se crea un “archivo de bloques defectuosos”:Esta constituido por los bloques defectuosos.No debe ser leído ni escrito.No se debe intentar obtener copias de respaldo de este archivo.