Gestion de archivos

Temas Teórico SOP

• Introducción a los SO, funciones y objetivo, partes de los SO modernos
• Administración y gestión de archivos, bloques de disco, administración del espacio libre, cuotas de disco
• Definición archivo, estructura, tipos de archivos, acceso a los archivos y operaciones
• Implantación de archivos en Windows (NTFS, MFT) e implementación de archivos en Linux (I-nodos)
• Directorios (Definición, jerarquía, operaciones)
• Administración de procesos, Bloque de control de procesos, cambio de contexto, modos de ejecución
• Comunicación entre procesos, condición de competencia, región crítica y mensajes
• Hilos (características, ventajas e implementación)
• Estructuras de control de procesos, interbloqueos (condiciones y cómo enfrentarlos)
• Planificación de procesos (tipos y algoritmos)
• Procesos (concepto, estados y transiciones)
• Administración de memoria: Multiprogramación con particiones fijas y variables
• Memoria virtual (algoritmos de paginación, fallo de página, tablas de página y TLB)
• Entrada/Salida (Tecnología RAID, caché de disco, interrupciones y dispositivos)
• Seguridad (Requisitos y amenazas, intrusos y software malicioso, protección)
• Procesamiento distribuido (modelo cliente-servidor)

Sistema Operativo - Definición y Objetivos

• Es un programa que controla la ejecución de los programas de aplicación y actúa como interfaz entre las aplicaciones del usuario y el hardware de una computadora.
• Objetivos principales:
• Facilidad de uso de la computadora (Comodidad)
• Uso eficiente de los recursos del sistema informático (Eficiencia)
• Capacidad de evolución para adaptarse e introducir nuevas funciones

Servicios Ofrecidos por el SO

• Creación de programas
• Ejecución de programas
• Acceso a dispositivos de E/S
• Acceso controlado a los archivos
• Acceso al sistema
• Detección y respuesta a errores
• Contabilidad

Funcionamiento y Distribución de la Memoria

• El SO dirige el procesador y gestiona los recursos del sistema, incluyendo el tiempo de ejecución de los programas.
• Las funciones más utilizadas del SO se almacenan en la memoria principal.
• La asignación de memoria es realizada tanto por el SO como por el hardware de gestión de memoria.

Evolución de los SO

• Proceso en Serie:
• Los programadores interactuaban directamente con la computadora mediante consolas con indicadores luminosos, conmutadores, dispositivos de entrada e impresoras.
• Se insertaba una tarjeta que se ejecutaba hasta su culminación.
• Problemas principales:
• Planificación: El uso del computador requería reserva previa; si la ejecución excedía el tiempo reservado, había que esperar otro turno, y el tiempo restante si la ejecución terminaba antes se perdía.
• Tiempo de preparación: Los errores requerían repetir todo el proceso, perdiendo tiempo considerable.
• Proceso de preparación: cargar compilador y programa en memoria, salvar el programa objeto (compilado), cargarlo y montarlo junto a las funciones comunes

Sistemas de Procesos por Lotes

• Se introduce un monitor de software para gestionar los trabajos.
• Los usuarios no tenían acceso directo a la máquina; en cambio, entregaban tarjetas o cintas al operador, quien agrupaba los trabajos en lotes secuenciales.
• Características necesarias:
• Protección de memoria: Evitar que un programa modifique la zona de memoria del monitor
• Temporizador: Evitar que un trabajo monopolice el sistema
• Instrucciones privilegiadas: Solo ejecutables por el monitor
• Interrupciones: Permitir al SO ceder y retomar el control de los programas de usuario

Sistemas por Lotes con Multiprogramación

• Carga de varios programas en memoria para que, mientras el microprocesador espera E/S de uno, pueda cambiar a otro.
• Esto se conoció como multiprogramación o multitarea.

Sistemas de Tiempo Compartido

• El tiempo del procesador se comparte entre diversos usuarios.

Características de los Sistemas Operativos Modernos

• Arquitectura micro núcleo:
• Asigna solo funciones esenciales al núcleo.
• Otros servicios del SO se ejecutan en modo usuario como procesos.
• Multihilos:
• Técnica para dividir los procesos en hilos que pueden ejecutarse concurrentemente o secuencialmente.
• Hilo: Conjunto de instrucciones de un proceso, ejecutable secuencialmente e interrumpible.
• Proceso: Conjunto de uno o más hilos y recursos del sistema.
• Multiproceso simétrico:
• Arquitectura de software con múltiples procesadores que comparten memoria principal y dispositivos E/S.
• Todos los procesadores pueden ejecutar las mismas funciones.
• SO distribuidos:
• Proporcionan una ilusión de un único espacio de memoria principal y secundaria.
• Diseño orientado a objetos:
• Permite personalizar el SO sin romper la integridad y facilita el desarrollo de herramientas distribuidas.

Archivos y Estructura

• Windows y Linux:
• Archivos: Unidad lógica de información creada por los procesos, con espacios de direcciones contiguas.
• Estructura de archivos:
• Sucesión no estructurada de bytes: El SO solo ve bytes; el significado lo determinan los programas.
• Secuencia de registros de longitud fija: Cada registro tiene estructura interna; la lectura devuelve un registro y la escritura sobrescribe o anexa.
• Árbol de registro: Cada registro tiene un campo clave; el árbol ordena según este campo para búsqueda rápida.

Tipos de Archivos

• Archivos regulares: Contienen información del usuario.
• Directorios: Archivos del sistema que mantienen la estructura del sistema de archivos.
• Archivos especiales de caracteres: Modelan dispositivos de E/S en serie (terminales, impresoras, redes).
• Archivos especiales de bloques: Modelan discos (lectura y escritura en bloques).

Métodos de Acceso a Archivos

• Secuencial: El archivo se lee de principio a fin.
• Aleatorio: El archivo se puede leer en cualquier orden.

Atributos de un Archivo

• Información adicional de un archivo que agrega el SO.
• Protección (quién puede acceder y cómo)
• Contraseña (clave necesaria para acceder)
• Creador (ID del creador)
• Propietario (actual)
• Indicadores (solo lectura, oculto, sistema, archivado, ASCII/binario, acceso aleatorio, temporal, bloqueo)
• Longitud de registro (bytes en un registro)
• Posición de clave (distancia a la clave dentro del registro)
• Hora de creación, último acceso, último cambio
• Tamaño actual y máximo

Operaciones con Archivos

• Creación (Create)
• Borrado (Delete)
• Apertura (Open)
• Cierre (Close)
• Lectura (Read)
• Escritura (Write)
• Adición (Append)
• Búsqueda (Seek)
• Obtener atributos (Get Attributes)
• Establecer atributos (Set Attributes)
• Renombrar (Rename)
• Directorio: Archivo que contiene otros archivos o directorios

Jerarquía de Directorios

• Raíz: Contiene todos los archivos.
• De un solo nivel: Todos los archivos en un solo directorio (problemático en multiusuarios).
• De dos niveles: Un directorio raíz con un directorio por cada usuario.
• Jerárquicos: Un árbol de directorios.

Nombres de Ruta

• Mecanismos para especificar nombres en un árbol de directorios.
• Absoluta: Camino desde el directorio raíz hasta el archivo.
• Relativa: Camino desde el directorio de trabajo hasta el archivo.

Operaciones en Directorios

• Create (Crear)
• Delete (Borrar)
• Opendir (Abrir directorio)
• Closedir (Cerrar directorio)
• Readdir (Leer directorio)
• Rename (Renombrar)
• Link (Enlazar)
• Unlink (Desenlazar)

Organización de Sistemas de Archivos

• Se almacenan en discos, que pueden dividirse en particiones con sistemas de archivos independientes.
• El sector 0 del disco es el registro maestro de arranque (MBR), usado para arrancar el SO.
• Al final del MBR está la tabla de particiones, que contiene la dirección inicial y final de cada partición.

Implementación de Archivos

• Asignación continua:
• Es el esquema más simple; cada archivo se almacena en una serie contigua de bloques.
• Asignación por lista enlazada:
• Cada archivo se mantiene como una lista enlazada de bloques de disco.
• La primera palabra de cada bloque apunta al siguiente bloque; el resto es para datos.
• Asignación por lista enlazada utilizando una tabla en la memoria (FAT):
• Elimina las desventajas de la lista enlazada al almacenar los punteros en una tabla en memoria (FAT).
• Nodos-i (inodos índice):
• Asocian a cada archivo una estructura de datos llamada nodo-i (inodo)
• Contiene los atributos y direcciones de disco de los bloques del archivo.
• Usado en Linux.

Implantación de Directorio

• Establece una correspondencia entre el nombre de archivo ASCII y la información necesaria para localizar datos.
• Posibles problemas al eliminar directorios o entradas que cruzan fronteras de página, causando fallos.
• Para acelerar la búsqueda, se puede usar una tabla hash en cada directorio.
• Directorios en CP/M:
• Solo hay un directorio; el sistema busca el nombre del archivo en este directorio.
• La entrada contiene los números de bloque en el disco y todos los atributos.
• Directorios en MS-DOS:
• Los directorios tienen tamaño variable, sus entradas son de 32 bytes de longitud fija y contienen el nombre del archivo, los atributos y el número del primer bloque de disco, que se usa como índice de una tabla contenida en memoria.
• Directorios en Windows 98:
• Se añadieron nombres de archivo más largos y se introdujo FAT-32.
• Campos nuevos aseguran la compatibilidad con Windows NT y nombres de 8 + 3.
• Directorios en Unix:
• Cada entrada contiene solo el nombre del archivo y su número de i-nodo.
• El i-nodo contiene la información acerca del tipo, tamaño, tiempos, propietario y bloque de disco.
• La localización del i-nodo es directa, ya que cada uno tiene una posición fija en el disco.
• Archivos compartidos:
• Aparecen al mismo tiempo en diferentes directorios que pertenecen a usuarios distintos.

Formas de Enlazar Archivos

• Enlace duro:
• Los directorios que comparten un archivo apuntan al mismo i-nodo.
• Desventaja: Si el propietario elimina el archivo y limpia el i-nodo, algún directorio queda con un enlace a ese archivo.
• Enlace simbólico:
• Se crea un archivo de tipo LINK que contiene la ruta del archivo enlazado.
• Desventaja: Si el archivo original se elimina o mueve, los enlaces quedan obsoletos.
• Requieren procesamiento adicional para seguir la ruta y acceder al i-nodo, consumiendo accesos a disco.

Administración de Espacios de Disco

• Asignar bytes contiguos: Problema si el archivo crece y debe moverse a otro lugar.
• Dividir el archivo en bloques contiguos o no: La opción más utilizada, considerando que un tamaño de bloque grande mejora la tasa de transferencia, pero desperdicia espacio, y un tamaño pequeño aprovecha el espacio, pero disminuye el desempeño.

Sistemas de Archivos en Windows

• NTFS: Diseñado desde cero para reemplazar a la familia FAT, eliminando sus limitaciones y facilitando la extensión futura.

Control de Bloques Libres

• Tras elegir el tamaño del bloque, se decide cómo administrar los bloques libres.
• Dos técnicas principales:
• Lista enlazada de bloques de disco:
• Cada bloque almacena números de bloques libres.
• Solo se necesita mantener un bloque de punteros en la memoria principal.
• La creación de archivos toma bloques del bloque de punteros; al borrar, se liberan y se añaden al bloque de memoria.
• Para evitar operaciones E/S innecesarias, se divide el bloque de punteros llenos.
• Mapa de bits:
• Cada bloque del disco se representa con un bit en el mapa (1 para libre, 0 para asignado o viceversa).
• Requiere más espacio que la lista enlazada (1 bit por bloque en lugar de números de bloque).

Administración de Cuota de Disco

• El administrador asigna a cada usuario un máximo de archivos y bloques para evitar el acaparamiento de espacio.

Este cuestionario explora las operaciones, estructuras y atributos de los archivos en los sistemas operativos. Evalúa la comprensión de los métodos de acceso, la jerarquía de directorios y los tipos de archivos especiales. También cubre los métodos de organización de directorios.