7. Sistema de Archivos, Apuntes de Ingeniería Infórmatica

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7. Sistemas de Archivos. Contenido.

ƒ Estructura de Árbol.

ƒ Estructura de Directorios.

ƒ Estructura del Sistema de Archivos.

ƒ i-nodos.

ƒ Estructura Extendida.

ƒ Modo de Archivos.

ƒ Montaje de Sistemas de Archivos.

ƒ Integridad.

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7. Sistemas de Archivos. Estructura de Directorios.

ƒ Directorio.

ƒ Registro de directorio.

ƒ Extensión de archivos.

ƒ Magic number.

ƒ Directorio. y ..

Directorio:

Prácticamente a todos los efectos, un directorio se comporta como un archivo, con la característica de que sus registros direccionan a otros archivos. El contenido de los directorios no apunta directamente a los bloques de datos de los archivos o subdirectorios que dependen de él sino a sus inodos, la posición que ocupa la estructura que describe el archivo dengtro de una tabla.EN la estrucutra que contiene esta tabla es desde donde se apunta a los bloques físicos de los archivos dentro del disco.

Registro de directorio:

Cada registro en el directorio tiene una longitud variable con la siguiente información: •4 bytes con el i-number. Es el apuntador en binario a la tabla de inodos. •1 byte con la longitud del nombre. •El nombre del archivo de la longitud establecida. El directorio clásico tenía registros de longitud fija de 16 bytes. 2 bytes para el i-number y el nombre del archivo de 14 bytes máximo.

Extensión de archivos:

Los nombres de los archivos pueden ser de cualquier longitud (desde 1 a 255 caracteres) y pueden contener cualquier carácter del código ascci, representable o no, excepto el valor 0. La única limitación es que no se pueden llamar “.” ni “..” porque ya existen. No es significativa para UNIX las extensiones de ficheros (los 3 caracteres que siguen al punto en la nomenclatura de Windows). Para Unix es una forma de nominar archivos carente de interpretación. Se puede hacer, de hecho se hace, pero solo tiene significado para el usuario o administrador.

Magic number:

El método adoptado en Unix para poder decidir cuál es el tipo de fichero que se está tratando se basa en el magic number y el proceso lo realiza el comando “file”. Los magic-number’s se encuentran en el archivo /etc/magic (este archivo puede cambiar de ubicación según la versión de UNIX).

Directorio. y ..:

Cualquier directorio contiene un mínimo de dos entradas: •Una referencia a sí mismo (.). •Una referencia al directorio del que depende o directorio padre (..), Los directorios. y .. son especiales y tienen un significado diferente dependiendo de la ubicación del proceso que los ejecute. El directorio “.” hace referencia al directorio actual. Normalmente es eliminable cuando se encuentra entre dos caracteres “/”. El directorio “..” hace referencia al directorio “padre” del directorio en el que esté ubicado el proceso. Es decir, el directorio al que pertenece el directorio “.”. El directorio padre de root es, a su vez, root.

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7. Sistemas de Archivos. Estructura de Sistema de Ficheros.

ƒ Definición Sistema de Archivos.

ƒ Características.

ƒ Partes de un Sistema de Archivos.

ƒ Boot.

ƒ Súper Bloque.

ƒ i-nodos.

ƒ Bloques de datos.

Definición Sistema de Archivos:

El sistema de ficheros es la parte más visible del sistema operativo. Ofrece una perspectiva lógica y uniforme del almacenamiento de la información en el sistema, abstrayendo propiedades físicas de los dispositivos para definir una unidad lógica de almacenamiento: el archivo. Podemos definir un sistema de ficheros en cada unidad de almacenamiento física o incluso definir varios sistemas de ficheros (y de diferente tipo) en estas unidades creando particiones. Como ya se describió, la estructura básica del sistema de archivos es jerárquica, lo que significa que los archivos están almacenados en varios niveles. Se puede tener acceso a cualquier archivo mediante su ruta de acceso, que especifica su posición absoluta en la jerarquía, y los usuarios pueden cambiar su directorio actual a la posición deseada. Existe también un mecanismo de protección para evitar accesos no autorizados. Los directorios contienen información para cada archivo, que consiste en su nombre y en un número que identifica la estructura interna del archivo, que se denomina como el i-nodo. Hay un i-nodo para cada archivo, que contiene información de su longitud, los modos y las fechas de acceso, el propietario, etc. El control del espacio libre en el disco se mantiene mediante una lista enlazada de bloques disponibles. Cada bloque contiene la dirección en disco del siguiente bloque en la cadena. El espacio restante contiene las direcciones de bloques del disco que se encuentran libres. De esta forma, con una operación de E/S, el sistema obtiene un conjunto de bloques libres y un apuntador para conseguir más. Las operaciones de E/S en archivos se llevan a cabo con la ayuda de su i-nodo. El usuario normalmente desconoce los i-nodos porque las referencias se hacen por el nombre simbólico de la ruta de acceso. Los procesos emplean internamente funciones primitivas (syscalls) para tener acceso a los archivos; las más comunes son open, creat, read, write, seek, close y unlink. Toda esta estructura física se maneja "desde afuera" mediante la filosofía jerárquica de archivos y directorios ya mencionada, y en forma totalmente transparente para el usuario. Además, desde el punto de vista del sistema operativo, un archivo es muy parecido a un dispositivo. El conjunto formado por la estructura de archivos y directorios y las tablas de i- nodos, se denomina Sistema de Archivos o File System.

Características:

El sistema de archivos, o file system, de UNIX está caracterizado por:

• Una estructura jerárquica.
• Tratamiento consistente de los datos.
• La funcionalidad de las operaciones con archivos.
• Crecimiento dinámico de archivos.
• La protección de los datos.
• El tratamiento de los dispositivos como archivos.

Partes de un Sistema de Archivos :

Cada sistema de archivos consta fundamentalmente de las siguientes partes:

• Boot o Bloque de carga: Este bloque, que es el primero de cada sistema de archivos (bloque cero), está reservado para el programa de boot. El bloque cero no tiene ningún significado en el sistema de archivos. Toda la información del sistema comienza en el bloque uno del dispositivo. Sólo se utiliza en el sistema de archivos raíz.
• Súper bloque: El súper bloque es el bloque uno del dispositivo. Este bloque contiene información sobre el sistema de archivos, tales como su tamaño en bloques, el nombre del sistema de archivos, número de bloques reservados para i-nodos, la lista de i-nodos libres y el comienzo de la cadena de bloques libres. También contiene el nombre del volumen, momento de la última actualización y tiempo del último backup.
• i-nodos: A continuación del súper bloque están situados los bloques que contienen los i-nodos. El número de bloques de i-nodos varía dependiendo del número de bloques del sistema de archivos. El número de i-nodos está especificado en el súper bloque. Es una tabla que contiene información sobre las características de los archivos. Esencialmente es el bloque de control de los archivos. Hay un i-nodo por cada directorio y archivo del sistema de archivos. El i-nodo contiene una descripción del directorio o archivo, así como el lugar físico que ocupan sus bloques de datos. Los i-nodos sólo apuntan a los archivos o directorios de su mismo sistema de archivos.
• Bloques de datos: El resto del espacio del dispositivo lógico consta de bloques de datos. Bloques de datos que contienen los datos actualmente almacenados en los archivos. Algunos bloques de datos sirven como bloques indirectos, conteniendo números de bloques (direcciones) de grandes archivos.

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7. Sistemas de Archivos. Estructura Extendida.

ƒ Boot.

ƒ Grupo de Bloques.

ƒ Súper bloque.

ƒ Descriptores del FS.

ƒ Bitmap de Bloques.

ƒ Bitmap de Inodos.

ƒ Tabla de Inodos.

ƒ Bloques de Datos.

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7. Sistemas de Archivos. Modo de archivos.

ƒ Niveles de Protección.

ƒ Propietario y grupo principal.

ƒ Tipos de permisos de acceso.

ƒ Tipos de ficheros.

Niveles de protección:

El sistema Unix ofrece varios niveles de protección para el sistema de archivos, que consisten en asignar a cada archivo el número único de identificación de su dueño, junto con nueve bits de protección, que especifican permisos de lectura, escritura y ejecución para el propietario, para otros miembros de su grupo (definido por el administrador del sistema) y para el resto de los usuarios. Antes de cualquier acceso se verifica su validez consultando estos bits, que residen en el i-nodo de todo archivo. Además, existen otros tres bits que son setuid, setgid y stickybit.

Propietario y grupo principal:

Cada archivo y directorio creado en UNIX tiene un propietario, normalmente la persona que lo ha creado. Ese propietario pertenece además a un grupo de usuarios. El propietario del archivo o directorio puede asignar varios tipos de permisos, para permitir o denegar el acceso al archivo o directorio.

Tipos de permisos de acceso:

•Archivos: (r) Lectura. Permite su acceso para lectura. (w) Escritura. Permite su actualización. (x) Ejecución. Permite su ejecución. •Directorios: (r) Lectura. Permite ver los ficheros que contiene. (w) Escritura. Permite crear o borrar archivos contenidos en él. (x) Ejecución. Permite posicionarse en él.

Tipos de ficheros:

(-) Fichero Regular. (d) Directorio. (p) Pipe. (s) Socket. (l) Enlace simbólico. (b) Dispositivo Bloque. (c) Dispositivo Carácter.

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7. Sistemas de Archivos. Integridad.

ƒ Paso 1. Iteración sobre todos los inodos.

ƒ Paso 1B. Solución para los bloques compartidos entre inodos.

ƒ Paso 2. Chequeo de directorios.

ƒ Paso 3. Chequeo de conectividad de directorios.

ƒ Paso 4. Chequea el contador de enlaces.

ƒ Paso 5. Otros Test.

Paso 1. Iteración sobre todos los inodos:

•Chequea el modo. •Chequea el tamaño y el número de bloques alocados. •Chequea que los bloques de datos no son compartidos por varios inodos. •Recoge información para los siguientes pasos.

Paso 1B. Solución para los bloques compartidos entre inodos:

•Dealoca el bloque compartido. •Copia el bloque compartido.

Paso 2. Chequeo de directorios:

•Chequea que las entradas son correctas. •Chequea que los inodos son válidos. •Chequea la consistencia de “.” y “..”.

Paso 3. Chequeo de conectividad de directorios:

•Mueve inodos desconectados a /lost+found. •Borra links entre directorios.

Paso 4. Chequea el contador de enlaces:

•Corrige el contador de enlaces. •Mueve inodos desconectados a /lost+found.

Paso 5. Otros Test:

•Bitmaps. •Información contenido en el superbloque.

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7. Sistemas de Archivos. Práctica.

1. Obtener e interpretar los campos del superbloque de root.
2. Obtener e interpretar los campos del inodo 57.
3. Escribir una descripción detallada de la estructura del file system Linux ext3. (Estructura general, estructura de bloque, descripción de los campos de cada estructura, descripción de los enlaces entre estructuras y bloques).

Última fecha: 18 de enero de 2006.