Administración de sistemas de archivos

UNIVERSIDAD CIUDADANA DE NUEVO LEÓN Licenciatura en Informática Administrativa ACTIVIDAD : Actividad 4 (semana 11) Asignatura: Sistemas Operativos TUTOR: Laura Patricia Garza Rodríguez ALUMNO (A): Irlanda Carolina Barrón Hernández MATRÍCULA: 75447 Aula: A Monterrey, NL a 11/15/2024

Administracion de

sistemas de archivos

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Introducción

Los sistemas de archivos son una parte fundamental del sistema operativo, ya que permiten almacenar y organizar datos de manera eficiente. Son visibles y accesibles para los usuarios finales, y su correcta implementación es crucial para el aprovechamiento óptimo del sistema de información.

Definicion de conceptos clave

• Archivo: Es una colección de datos identificados que se desea conservar más allá de la duración de los procesos que los crean. Tiene una estructura regular y sigue reglas específicas de representación.
• Directorio: Contenedor de archivos o referencias a archivos. En sistemas modernos, los directorios también se consideran archivos, lo que permite crear estructuras jerárquicas.
• Metadatos: Información que describe un conjunto de datos, como atributos y administración de archivos.
• Sistema de archivos: Aplicación que implementa colecciones de información organizadas en archivos y las operaciones sobre estos.
• Atributos de archivo: Metadatos asociados a cada archivo, como nombre, identificación, ubicación, tamaño, marcas de tiempo, y control de acceso.

Objetivos de un Sistema de Archivos

• Almacenar grandes volúmenes de información: Más allá de la capacidad de la memoria y la duración de una sesión.

• Persistencia de datos: Los datos deben sobrevivir a los procesos que los crean y a los reinicios del sistema.

• Acceso concurrente: Múltiples procesos deben poder acceder a la información de manera concurrente.

• Proporcionar acceso a la información: Implementar API y mecanismos necesarios para operaciones sobre archivos.

• Control de acceso: Proteger la información para mantener su integridad y uso correcto por usuarios autorizados.

Muchos sistemas de archivos cuentan con una serie de programas para dar mantenimiento al sistema, algunos de los cuales pueden ser iniciados al comenzar el uso del sistema de archivos. Esta serie es comúnmente conocida como montaje del sistema de archivos y su objetivo principal es la realización de actividades de mante­ nimiento de manera continua, como procesos de baja prioridad.

Componentes de un Sistema de Archivos

Organización lógica

• Tipos de archivos: Incluyen archivos planos, directorios, archivos mapeados a dispositivos síncronos y asíncronos.
• Atributos de archivos: Nombre, identificación, ubicación, tamaño, marcas de tiempo, control de acceso, etc.
• Sistemas de archivos jerárquicos: Organización en directorios y subdirectorios, con un directorio raíz y directorios actuales.

Organización Física de Archivos

• Cintas magnéticas: Primer medio de almacenamiento masivo, con lectura secuencial.

• Discos magnéticos: Superficie giratoria con cabezas de lectura que trazan círculos concéntricos.

• Discos ópticos: Uso de láser para leer y escribir datos en una superficie reflectante.

• Memorias flash: Uso de transistores para almacenar datos de manera no volátil.

Mecanismos de Acceso a los Archivos

Considerando la variedad de implementaciones de los dispositivos de entrada y salida, es responsabilidad de los sistemas de archivos proporcionar mecanismos que logren cumplir sus objetivos, para lo cual se requiere implementar una serie de mecanismos:

Nodos-i: Utilizados en sistemas UNIX, los nodos-i son bloques que almacenan metadatos de los archivos y direcciones de bloques de datos. Los directorios contienen referencias a estos nodos-i, lo que permite incluir un archivo en múltiples directorios mediante ligas.

FAT (File Allocation Table): Es una tabla que se coloca al principio de la partición y contiene la ubicación de todos los bloques de los archivos. Cada entrada en la tabla puede indicar el siguiente bloque del archivo, si el bloque está libre o defectuoso. La FAT se almacena por duplicado para evitar errores catastróficos.

Seguridad en Sistemas de Archivos

Salvaguardar la integridad de la infor­mación almacenada es uno de los objetivos fundamentales de los sistemas de archi­vos, por lo que solo nos resta revisar las medidas que deben tomarse para proteger la información de los errores causados por los propios usuarios; por lo regular, esto se consigue mediante mecanismos de respaldo y recuperación en caso de falla.

• Control de acceso: Mediante dominios de protección y listas de control de acceso (ACL)

• Criptografía: Para proteger la información mediante cifrado.

• Control de concurrencia: Evitar condiciones de competencia en el acceso a archivos.

• Protección de código ejecutable: Evitar la modificación no autorizada de programas.

• Firmas de componentes: Verificación criptográfica de bibliotecas y componentes.

Manejo de Espacio en Memoria Secundaria

El manejo de espacio en memoria secundaria es crucial para asegurar que los sistemas operativos puedan gestionar eficientemente la memoria y proteger la información contra pérdidas.se logra mediante el uso de particiones de swap, archivos de intercambio, revisiones de consistencia, bitácoras, tecnologías RAID y estrategias de respaldo y recuperación.

Particiones de Swap:

• Se crea una partición especial en el dispositivo de almacenamiento destinada exclusivamente a almacenar datos de la memoria RAM.
• Esta partición se divide en espacios para página (page slots) del mismo tamaño que las páginas en memoria (usualmente 4 KB).
• La información en las particiones de swap se pierde al reiniciar el sistema, ya que solo se almacena temporalmente.

Mecanismos de Recuperación

Los sistemas de archivos están sujetos a pérdidas de información debido a fallos en los dispositivos o interrupciones en la operación. Para mitigar estos riesgos, se implementan varios mecanismos de recuperación:

• Revisiones de Consistencia:
• Programas de mantenimiento que comparan la información de los metadatos (directorios o nodos-i) con la información contenida en los archivos para detectar y corregir inconsistencias.
• Por ejemplo, si los metadatos no se actualizan correctamente, se pueden reconstruir a partir de los bloques del archivo.
• Bitácoras (Log File Systems):
• Mecanismos que registran las operaciones que se realizarán en el sistema de archivos antes de aplicarlas.
• Esto permite recuperar el estado inicial de un archivo en caso de fallos durante la operación, manteniendo la consistencia de los datos.

Mecanismos de Recuperación

RAID (Redundant Array of Independent Disks) es una tecnología que utiliza múltiples discos duros para mejorar la redundancia y el rendimiento. Existen varios niveles de RAID, cada uno con diferentes características y beneficios en términos de velocidad y protección de datos.

Respaldo y Recuperación en Caso de Falla

Para proteger la información contra pérdidas, se implementan estrategias de respaldo y recuperación:

• Planes de Respaldo:
• Los planes de respaldo deben considerar la frecuencia de los respaldos, el tipo de datos a respaldar y los medios de almacenamiento utilizados.
• Es importante que los respaldos se realicen de manera regular y que se almacenen en dispositivos diferentes a los que contienen la información original.

Programación para Usar Sistemas de Archivos

Para interactuar con los sistemas de archivos, las aplicaciones cuentan con una serie deinterfaces de programación proporcionadas por el sistema de archivos, o por el midd­ leware en el caso de algunas arquitecturas de sistemas distribuidos. Estas permiten in­ teractuar con los archivos para aprovechar sus prestaciones.

API de Programación: Bibliotecas de funciones que facilitan la interacción con los sistemas de archivos, optimizando el desarrollo de aplicaciones. Funciones Básicas:

• Comenzar a usar un archivo: Crear estructuras de datos necesarias.
• Finalizar el uso de un archivo: Liberar memoria y asegurar que los cambios se escriban.
• Leer y Escribir: Recuperar y enviar información.
• Buscar: Cambiar el punto de acceso en el archivo.
• Ejemplos: stdio.h en UNIX, System.IO.StreamReader en C#.

Programación para Usar Sistemas de Archivos

Flujos de Información (Streams y Pipelines)

• Streams:
• Descripción: Abstracciones de flujos de información de entrada o salida de un proceso, que pueden corresponder a archivos, consolas o comunicaciones de red.
• Componentes: Encabezado y colas (FIFO) para entrada y salida de información.
• Pipelines:
• Descripción: Permiten redirigir flujos de información de un proceso a otro, facilitando la creación de comportamientos complejos mediante la combinación de programas sencillos.
• Ejemplo: Conectar comandos en UNIX usando |.

Llamadas al Sistema (System Calls):

• Descripción: Funciones del sistema operativo para operaciones directas sobre archivos y dispositivos, operando en modo kernel.
• Funciones Comunes:
• Open, Read, Write, Close: Iniciar, recuperar, enviar y terminar el uso de archivos.
• Comunicación al controlador: Operaciones específicas en dispositivos (ioctl en Linux, API de E/S en Windows).

Pregunta interactiva

Conclusión

La administración de sistemas de archivos es esencial para el funcionamiento eficiente y seguro de los sistemas operativos. Estos sistemas permiten organizar, almacenar y recuperar datos de manera efectiva, asegurando la integridad y disponibilidad de la información. Los avances tecnológicos, como las memorias flash y las tecnologías RAID, han mejorado significativamente la capacidad y la fiabilidad del almacenamiento de datos. En resumen, una gestión adecuada de los sistemas de archivos es crucial para mantener la información accesible y protegida. Las estrategias de control de acceso, criptografía, y mecanismos de recuperación ante fallos son fundamentales para garantizar que los datos estén siempre disponibles y seguros, permitiendo a los usuarios y aplicaciones aprovechar al máximo los recursos del sistema.

Bibliografía

Sol Llaven, D. (2015). Sistemas Operativos: Panorama para la Ingeniería en Computación e Informática (1.a ed.). Grupo Editorial Patria.