Sistemas de Archivos

1. Sistemas de Archivos Sebastián Sánchez Prieto

2. Objetivo del SdA • Ocultar al usuario los detalles relativos al almacenamiento de información en dispositivos físicos mediante el uso de abstracciones • La abstracción fundamental proporcionada al usuario es el archivo • Un archivo es una secuencia lógica de datos agrupados bajo un nombre que el propio usuario asigna • Los usuarios pueden referirse al nombre de un archivo independientemente de dónde y cómo se halle físicamente almacenado

3. Visión funcional: servicios • Servicio de nombrado • Identifica un archivo dentro de algún tipo de organización lógica (p.e jerárquica) • Tipo del archivo, que permite saber qué tipo de información contiene • Servicios de almacenamiento • Seguridad, protección y cifrado. Necesario en sistemas multiusuario • Archivos compartidos por varios usuarios • Tratamiento especial según el tipo de archivo (FIFOS, enlaces, dispositivos) • Servicios de directorio • Organización lógica (p.e directorios jerárquicos) • Publicidad de la información

4. Visión funcional: organización lógica • En la vida real, las carpetas (archivos) en una oficina se agrupan siguiendo algún criterio establecido por el usuario formando grupos. A estos grupos se les asigna un nombre distinguirlos de otros grupos y para facilitar su localización • Los sistemas de archivos permiten agrupar varios archivos en directorios • Cada directorio tiene un nombre lógico asignado por el usuario • Inicialmente un archivo pertenece a un directorio, aunque sería interesante que un mismo archivo pudiera pertenecer a la vez a varios directorios

5. Visión funcional: directorios • Directorio único u organización a un solo nivel: • Todos los archivos están almacenados en un solo directorio • Es la estructura más simple y fácil de soportar y entender • No permite clasificar la información de ninguna manera • Si el sistema es multiusuario pueden existir problemas para nombrar los archivos, aunque el espacio de nombres sea muy grande • Directorio por cada usuario u organización a dos niveles: • Se asigna un directorio a cada usuario o a cada tipo de archivo • Existe un directorio de directorios por encima (Directorio maestro) • Existen operaciones para actualizar el Directorio maestro • Las operaciones sobre directorios se reducen al del usuario • Existen problemas para cooperar entre usuarios

6. Visión funcional: directorios • Estructura jerárquica en árbol: • Es el caso de UNIX • No hay diferencia entre el directorio raíz y cualquier otro a otro nivel • Para referirse a un archivo completo es necesario saber su nombre y el nombre de todos los directorios, desde la raíz hasta el que lo contiene (camino absoluto), o bien desde el directorio actual (camino relativo) • UNIX puede trabajar con cualquier jerarquía de directorios, pero existe una estandarizada

7. Visión funcional: directorios

8. Visión estructural: asignación • El sistema de archivos es el encargado de relacionar el nombre del un archivo con los datos que éste contiene • Alternativas de almacenamiento: • Contigua • Crecimiento del tamaño de los archivos problemático • La política de asignación lleva a fragmentación externa • Reubicar la información es un procedimiento muy costoso • Por bloques • Elección del tamaño de bloque (fragmentación interna) • Contabilidad de bloques libres • Es necesario un mecanismo para averiguar qué bloques pertenecen a un archivo • Habitualmente los dispositivos de almacenamiento permiten guardar y recuperar bloques de tamaño fijo que dependen de su geometría

9. Visión estructural: localización • Tablas de bloques • Mantener una tabla con los bloques de cada archivo • Se guarda el nombre del archivo junto con el primer bloque que ocupa • El resto de los bloques se obtiene utilizando una estructura de datos especial (FAT) • Para buscar un bloque hay que recorrer todos los anteriores

10. Visión estructural: localización • Bloques enlazados • Se guarda el nombre del archivo junto con el primer bloque que ocupa • Cada bloque guarda qué bloque es el siguiente • Para buscar un bloque hay que recorrer todos los anteriores • Los bloques de datos contienen información del sistema de archivos, no solo del usuario

11. Visión estructural: localización • Nodos índice • Junto con el nombre del archivo se guardan punteros a todos sus bloques • ¿Cuántos bloques ocupará el archivo? • En caso de que el archivo sea muy grande podemos usar distintos niveles de indirección usando para ello bloques de almacenamiento

12. Se divide el disco en bloques de tamaño fijo Cada archivo se compone de una secuencia de bloques formando una lista enlazada mediante punteros Para encontrar un bloque es necesario recorrer todos los anteriores El tamaño de cada una de ellas es fijo y depende del tipo de FAT que utilicemos Sistema de archivos FAT

13. Ejemplo de sistema de archivos FAT-12 • En linux podemos crear un sistema de archivos FAT 12 con la orden: # mkfs.vfat –v /dev/fd0 /dev/fd0 has 2 heads and 18 sectors per track, logical sector size is 512, using 0xf0 media descriptor, with 2880 sectors; file system has 2 12-bit FATs and 1 sector per cluster. FAT size is 9 sectors, and provides 2847 clusters. Root directory contains 224 slots. Volume ID is 3fb0ff43, no volume label. • La geometría utilizada en el disquete es: • 2 cabezas (2 caras), 18 sectores/pista, 80 pistas por cada cara • 2 caras * 80 pistas / cara * 18 sectores/pista = 2880 sectores • 2880 sectores * 512 bytes /sector = 1440 Kbytes • Se utiliza un sector por cada cluster • Hay dos FAT (copia de seguridad) que ocupan cada una 9 sectores, es decir 9*512=4608 bytes

14. Sector de arranque (boot sector) • Comienza en el primer sector del disco. • Ocupa un sector (512 bytes) en FAT12 y FAT16 y 32 sectores en FAT32 • Normalmente la información contenida en el Boot Record ocupa sólo 62 bytes • Contiene el código que se utiliza durante el arranque para cargar el sistema operativo en memoria # hexdump -C -s 0x0000 -n 512 /dev/fd0 00000000 eb 3c 90 6d 6b 64 6f 73 66 73 00 00 02 01 01 00 |.<.mkdosfs......| 00000010 02 e0 00 40 0b f0 09 00 12 00 02 00 00 00 00 00 |...@............| 00000020 00 00 00 00 00 00 29 a7 b0 7b 40 20 20 20 20 20 |......)..{@ | 00000030 20 20 20 20 20 20 46 41 54 31 32 20 20 20 0e 1f | FAT12 ..| 00000040 be 5b 7c ac 22 c0 74 0b 56 b4 0e bb 07 00 cd 10 |.[|.".t.V.......| 00000050 5e eb f0 32 e4 cd 16 cd 19 eb fe 54 68 69 73 20 |^..2.......This | 00000060 69 73 20 6e 6f 74 20 61 20 62 6f 6f 74 61 62 6c |is not a bootabl| 00000070 65 20 64 69 73 6b 2e 20 20 50 6c 65 61 73 65 20 |e disk. Please | 00000080 69 6e 73 65 72 74 20 61 20 62 6f 6f 74 61 62 6c |insert a bootabl| 00000090 65 20 66 6c 6f 70 70 79 20 61 6e 64 0d 0a 70 72 |e floppy and..pr| 000000a0 65 73 73 20 61 6e 79 20 6b 65 79 20 74 6f 20 74 |ess any key to t| 000000b0 72 79 20 61 67 61 69 6e 20 2e 2e 2e 20 0d 0a 00 |ry again ... ...| 000000c0 00 00 00 00 00 00 00 00 00 00 00 00 00 00 00 00 |................| * 000001f0 00 00 00 00 00 00 00 00 00 00 00 00 00 00 55 aa |..............U.|

15. Interpretación del sector de arranque

16. Tabla de asignación de archivos (FAT) • Está situada después del boot sector • Sirve para averiguar los clusters que componen un archivo • En el caso de FAT-12 cada entrada ocupa 12 bits, lo que permite direccionar hasta 2^12=4092 bloques de disco (clusters). • Si el tamaño de bloque es 512, el tamaño máximo del sistema de archivos con FAT-12 es de 4092*512=2^21= 2Mb • ¿Y si el sistema de archivos es más grande? • Solución 1: Aumentar el tamaño del bloque • Sistema de archivos de 4 Gb (2^32) • FAT-12. Capacidad de direccionamiento 2^12 bloques • Tamaño del bloque 2^32/2^12 = 2^20 = 1Mb cada bloque • ¿Cuánto ocupará en el disco un archivo de 20Kb? • Solución 2: Aumentar el tamaño de las entradas en la FAT • FAT-16 • FAT-32: Capacidad de direccionamiento 2^32 bloques de 1K/bloque

17. Tabla de asignación de archivos (FAT) • Cada entrada en la FAT puede significar: • 0 = cluster libre • 0xFF0-0xFF6 = cluster reservado para uso interno • 0xFF7 = cluster con sectores erróneos • Si es un número indica cual es el siguiente cluster del archivo • 0xFF8-0xFFF = Último cluster del archivo • Por ejemplo. Si sabemos que un archivo comienza en el cluster 3 y tenemos la FAT de la figura, podemos decir que ese archivo se compone de los clusters 3,12 y 18

18. Directorio raíz • Se encuentra en una posición fija del disco • Está limitada en tamaño • Contiene los nombres de archivos y directorios que se encuentren en el directorio raíz junto con su primer bloque de disco. Con esta información, consultando la FAT podemos averiguar el resto

19. Ejemplo de estructura del directorio raíz • Para localizar la posición del directorio raíz en el disco hay que tener en cuenta que: • El sector de boot comienza en el 0 y ocupa 1 sector • La tabla FAT ocupa 9 sectores • Hay dos tablas FAT • Por lo tanto el directorio comienza en el sector 19. • 19 * 512 bytes/sector = offset 9728 bytes = 0x2600 • Cada entrada en el directorio ocupa 32 bytes y hay 224 entradas. 224*32= 7168 bytes = 14 sectores

20. Ejemplo de estructura del directorio raíz # hexdump -C -s 0x2600 -n 512 /dev/fd0 00002600 e5 2e 00 73 00 77 00 70 00 00 00 00 00 c3 ff ff |...s.w.p........| 00002610 ff ff ff ff ff ff ff ff ff ff 00 00 ff ff ff ff |................| 00002620 e5 2e 00 61 00 72 00 63 00 68 00 00 00 c3 69 00 |...a.r.c.h....i.| 00002630 76 00 6f 00 32 00 2e 00 74 00 00 00 78 00 74 00 |v.o.2...t...x.t.| 00002640 e5 52 43 48 49 56 7e 31 53 57 50 20 00 00 0b 66 |.RCHIV~1SWP ...f| 00002650 8d 30 8d 30 00 00 0b 66 8d 30 0b 00 00 10 00 00 |.0.0...f.0......| 00002660 41 61 00 72 00 63 00 68 00 69 00 0f 00 b5 76 00 |Aa.r.c.h.i....v.| 00002670 6f 00 31 00 2e 00 74 00 78 00 00 00 74 00 00 00 |o.1...t.x...t...| 00002680 41 52 43 48 49 56 4f 31 54 58 54 20 00 00 09 66 |ARCHIVO1TXT ...f| 00002690 8d 30 8d 30 00 00 09 66 8d 30 0a 00 23 00 00 00 |.0.0...f.0..#...| 000026a0 41 61 00 72 00 63 00 68 00 69 00 0f 00 55 76 00 |Aa.r.c.h.i...Uv.| 000026b0 6f 00 32 00 2e 00 74 00 78 00 00 00 74 00 00 00 |o.2...t.x...t...| 000026c0 41 52 43 48 49 56 4f 32 54 58 54 20 00 00 10 66 |ARCHIVO2TXT ...f| 000026d0 8d 30 8d 30 00 00 10 66 8d 30 13 00 26 00 00 00 |.0.0...f.0..&...|

21. Ejemplo de localización de datos • Localicemos los datos del archivo2.txt • Sabemos que comienza en el cluster 19 • Para averiguar cuantos datos contiene consultamos la FAT (sector 1 del disco, desplazamiento 512 bytes) # hexdump -C -s 512 -n 512 /dev/fd0 • 00000200 f0 ff ff 00 00 00 00 00 00 00 00 00 00 00 00 ff • 00000210 0f 00 00 00 00 00 00 00 00 00 0000 f0 ff 00 00 • 00000220 00 00 00 00 00 00 00 00 00 00 00 00 00 00 00 00 • FAT12 = 12 bit para cada entrada (packing) • Cada 24 bits dos entradas • Clusters 18 y 19 = 00F0FF • Cluster 18: 000 (libre) • Cluster 19: FFF (último cluster del archivo) • Por lo tanto nuestro archivo solo tiene un cluster, el 19

22. Ejemplo de localización de datos • Para localizar el cluster 19 en el disco hay que tener en cuenta: • Los sectores de datos comienzan en el 33 (Boot sector + 18 sectores de las dos tablas FAT + 14 sectores del directorio raíz) • Los dos primeros clusters están reservados, por lo tanto hay que restar 2 al número de cluster lógico: • Las operaciones a realizar serán: • Restar 2 unidades del cluster lógico 19-2=17 • Multiplicar el cluster por el número de sectores por cluster (1 en nuestro caso)= 17*1=17 • Sumar 33 al resultado 17+33= sector 50 • La posición dentro del dispositivo de almacenamiento será 50*512=25600 (0x6400h) # hexdump -C -s 0x6400 -n 10000 /dev/fd0 00006400 45 73 74 65 20 65 73 20 65 6c 20 63 6f 6e 74 65 |Este es el conte| 00006410 6e 69 64 6f 20 64 65 6c 20 61 72 63 68 69 76 6f |nido del archivo| 00006420 32 2e 74 78 74 0a 00 00 00 00 00 00 00 00 00 00 |2.txt...........| 00006430 00 00 00 00 00 00 00 00 00 00 00 00 00 00 00 00 |................|

23. Sistema de archivos de UNIX System V • El sistema de archivos reside en cualquier dispositivo que permita almacenar bloques de información; típicamente una partición de un disco • El espacio de almacenamiento se interpreta como una lista de bloques • El tamaño de los bloques marca la granularidad del almacenamiento • El tamaño de bloque físico es de 512 bytes • El sistema de archivos trabaja con bloques lógicos. El manejador de dispositivo se encargará de hacer las traducciones a bloque físico en caso de que fuera necesario

24. Nodos índice • Unix identifica un archivo a través de un nodo índice (i-node o nodo-i) que almacena toda la información necesaria para localizar los bloques que componen dicho archivo • Cada nodo-i ocupa 128 en Linux 2.2 • Modo: indica qué tipo de archivo es y cuáles son los permisos de acceso al mismo • Propietario: UID y GID del propietario del archivo • Punteros directos: 12 punteros directos (32 bit cada uno) • Tres punteros con uno, dos y tres niveles de indirección respectivamente

25. Tipos de archivos • El tipo de archivo al que se refiere un nodo-i se almacena en el campo modo • Dependiendo del tipo de archivo se aplicará un tratamiento especial: • Archivos regulares: necesitan bloques para almacenar datos • Directorios: archivos especiales cuyos bloques contienen nombres y nodos-i de otros archivos • Enlaces simbólicos: contienen el nombre de otro archivo al que hace referencia.

26. Archivos especiales: directorios • Los directorios almacenan los nombres que los usuarios dan a sus archivos y los relacionan con sus nodos índice • UNIX establece una relación jerárquica en sus directorios • El primer directorio de la jerarquía recibe el nombre de raíz o root. • Los directorios pueden contener cualquier otro objeto del sistema de archivos (p.e. otro directorio) • Cada entrada en un directorio almacena, entre otras cosas, la siguiente información: • Nombre del objeto del sistema de archivos • i-node número de nodo índice de dicho objeto • ¿Cómo se localiza el nodo índice del archivo /home/elena/quijote.txt?

27. Búsqueda de un archivo

28. Contabilidad de uso del SdA • Para llevar la contabilidad del espacio disponible en el sistema de archivo se emplean dos estructuras: • Mapa de bit de bloques • Mapa de bit de nodos índice • Un mapa de bit es una estructura de datos en la que cada bit representa si un bloque o nodo índice se encuentra libre u ocupado • El tamaño de ambos dependerá del tamaño del sistema de archivos. • Por ejemplo, un sistema de archivos con 256 nodos índice tendrá un mapa de bits de nodos índice con 256/8=32 bytes

29. Superbloque • Es una estructura de datos que contiene información global sobre el sistema de archivos • La información más importante que mantiene es la siguiente: • Número mágico (0xEF53) indica al software del sistema de archivos que se trata de un sistema de tipo EXT2 • Tamaño del bloque del sistema de archivos (p.e 1024) • Número de bloques libres • Número de nodos índice libres • Número del primer nodo índice. Normalmente este nodo índice es el del directorio raíz (nodo-i número 2).

30. Creación de un sistema de archivos # mkfs.ext2 -v /dev/fd0 mke2fs 1.27 (8-Mar-2002) Filesystem label= OS type: Linux Block size=1024 (log=0) Fragment size=1024 (log=0) 184 inodes, 1440 blocks 72 blocks (5.00%) reserved for the super user First data block=1 1 block group 8192 blocks per group, 8192 fragments per group 184 inodes per group Writing inode tables: done Writing superblocks and filesystem accounting information: done # • Un dispositivo de almacenamiento es una secuencia de bloques de almacenamiento sin ningún significado especial • Cada sistema de archivo escribe en esos bloques la información necesaria para mantener los archivos, directorios, etc. (Metainformación) • El proceso de creación de un sistema de archivos se llama formateado • Por ejemplo, para formatear un disquete con el sistema de archivos ext2 se emplea la siguiente orden mkfs.ext2

31. Creación de un sistema de archivos

32. Superbloque Group 0: (Blocks 1-1439) Primary Superblock at 1, Group Descriptors at 2-2 Block bitmap at 3 (+2), Inode bitmap at 4 (+3) Inode table at 5-27 (+4) 1396 free blocks, 170 free inodes, 5 directories Free blocks: 44-1439 Free inodes: 15-184 # dumpe2fs /dev/fd0 dumpe2fs 1.27 (8-Mar-2002) Filesystem volume name: <none> Last mounted on: <not available> Filesystem UUID: 685cf75c-936d-4802-9813-243a7e9a3902 Filesystem magic number: 0xEF53 Filesystem revision #: 1 (dynamic) Filesystem features: filetype sparse_super Filesystem state: clean Errors behavior: Continue Filesystem OS type: Linux Inode count: 184 Block count: 1440 Reserved block count: 72 Free blocks: 1396 Free inodes: 170 First block: 1 Block size: 1024 Fragment size: 1024 Blocks per group: 8192 Fragments per group: 8192 Inodes per group: 184 Inode blocks per group: 23 Last mount time: Thu Jan 1 01:00:00 1970 Last write time: Sat Apr 10 22:24:18 2004 Mount count: 0 Maximum mount count: 29 Last checked: Sat Apr 10 22:10:04 2004 Check interval: 15552000 (6 months) Next check after: Thu Oct 7 22:10:04 2004 Reserved blocks uid: 0 (user root) Reserved blocks gid: 0 (group root) First inode: 11 Inode size: 128 • Número mágico 0xEF53 • Tamaño del bloque 1024 bytes • Número de nodos índice 184 • Número de bloques 1440 • Bloques libres 1396 • Tamaño del nodo índice 128 bytes

33. Ejemplo: Localizar el directorio raíz • Creamos un directorio lectura con un archivo llamado quijote.txt # mkdir lecturas # echo En un lugar de la mancha de cuyo nombre no quiero arcordarme > quijote.txt • Vamos a localizar el bloque de disco que contiene la información del archivo /lecturas/quijote.txt • Buscamos el nodo índice número 2 que contiene los archivos del directorio raíz. Según la información anterior la tabla de nodos índice comienza en el bloque 5. El inode-2 comenzará en la posición 128 de ese bloque, o lo que es lo mismo (5*1024)+128 = 5248 = 0x1480 # hexdump -C -s 0x1400 -n 256 /dev/fd0 00001400 00 00 00 00 00 00 00 00 11 87 79 40 11 87 79 40 |..........y@..y@| 00001410 11 87 79 40 00 00 00 00 00 00 00 00 00 00 00 00 |..y@............| 00001420 00 00 00 00 00 00 00 00 00 00 00 00 00 00 00 00 |................| * 00001480 ed 41 00 00 00 04 00 00 a6 8a 79 40 7f 8a 79 40 |.A........y@..y@| 00001490 7f 8a 79 40 00 00 00 00 00 00 04 00 02 00 00 00 |..y@............| 000014a0 00 00 00 00 00 00 00 00 1c 00 00 00 00 00 00 00 |................| 000014b0 00 00 00 00 00 00 00 00 00 00 00 00 00 00 00 00 |................|

34. Ejemplo: Localizar el directorio raíz • El nodo índice indica que la entrada es un directorio y que el bloque que contiene los datos es el 0x0000001C. Ese bloque de datos comenzara en la posición 0x400*0x1C=0x7000 # hexdump -C -s 0x7000 -n 1024 /dev/fd0 00007000 02 00 00 00 0c 00 01 02 2e 00 00 00 02 00 00 00 |................| 00007010 0c 00 02 02 2e 2e 00 00 0b 00 00 00 14 00 0a 02 |................| 00007020 6c 6f 73 74 2b 66 6f 75 6e 64 00 00 0c 00 00 00 |lost+found......| 00007030 d4 03 08 02 6c 65 63 74 75 72 61 73 00 00 00 00 |....lecturas....| 00007040 00 00 00 00 00 00 00 00 00 00 00 00 00 00 00 00 |................| * 00007400 struct ext2_dir_entry_2 { __u32 inode; /* Inode number; 0: unused */ __u16 rec_len; /* Directory entry length */ __u8 name_len; /* Name length */ __u8 file_type; char name[up to 255]; /* File name */ };

35. Ejemplo: Localizar el archivo quijote.txt • El nodo índice del directorio lecturas es el 0x1C. Buscamos esa entrada en la tabla de directorios y obtenemos que su bloque de datos asociado es 0x29. La posición en el disco será 0x29*0x400=0xA400 # hexdump -C -s 0xa400 -n 1024 /dev/fd0 0000a400 0c 00 00 00 0c 00 01 02 2e 00 00 00 02 00 00 00 |................| 0000a410 0c 00 02 02 2e 2e 00 00 0d 00 00 00 e8 03 0b 01 |................| 0000a420 71 75 69 6a 6f 74 65 2e 74 78 74 00 00 00 00 00 |quijote.txt.....| 0000a430 00 00 00 00 00 00 00 00 00 00 00 00 00 00 00 00 |................| * 0000a800 • El nodo índice del archivo quijote.txt es el 0x0D (13d). Buscamos ese nodo índice y obtenemos que su bloque de datos asociado es el 0x2A. Su posición en el disco será 0x2A*0x400=0xA800 # hexdump -C -s 0xA800 -n 1024 /dev/fd0 0000a800 45 6e 20 75 6e 20 6c 75 67 61 72 20 64 65 20 6c |En un lugar de l| 0000a810 61 20 6d 61 6e 63 68 61 20 64 65 20 63 75 79 6f |a mancha de cuyo| 0000a820 20 6e 6f 6d 62 72 65 20 6e 6f 20 71 75 69 65 72 | nombre no quier| 0000a830 6f 0a 00 00 00 00 00 00 00 00 00 00 00 00 00 00 |o...............| 0000a840 00 00 00 00 00 00 00 00 00 00 00 00 00 00 00 00 |................| * 0000ac00

36. Ejemplo: contabilidad

37. Ejemplo: contabilidad • Si borramos el directorio lecturas se liberan dos entradas en la tabla de nodos índices (lecturas y quijote) • En el mapa de nodos índice aparecen dichos nodos (12 y 13) como libres • Se puede volcar el mapa de bit con la orden: # hexdump -C -s 0x1000 -n 1024 /dev/fd0

38. Concepto de montaje de SdA • Un sistema de archivos reside en un dispositivo de almacenamiento. • Si tenemos varios sistemas de archivos es posible combinarlos todos formando una única jerarquía • Partiendo de una estructura jerárquica de directorios, es posible colgar de cualquier rama otro sistema de archivos distinto. A este procedimiento se le llama montaje de un sistema de archivos • El usuario no percibe en qué sistema de archivos residen realmente sus datos • Utilizando esta técnica podemos combinar varios sistemas de archivos (diferentes incluso) en una única jerarquía

39. Montaje de sistemas de archivos

40. Montaje de sistemas de archivos • Cada sistema de archivos puede ser de tipos diferentes • Cada uno de ellos tiene su propia metainformación (p.e. superbloque, tabla de nodos índice, etc) • Esto significa que habrá tantos nodos índice con el número 2 (directorio raíz) y tantas tablas de nodos índice como sistemas de archivos tengamos montados • El sistema de archivos utiliza la metainformación del sistema de archivos donde nos encontremos • El sistema operativo lleva el control de los sistemas de archivos montados: # cat /etc/mtab /dev/hda1 / ext2 rw proc /proc proc rw devpts /dev/pts devpts rw /dev/hdb1 /mnt/data ext2 rw /dev/fd0 /mnt/disquete ext2 rw

41. Enlaces • El sistema de archivos es capaz de relacionar un nombre de archivo con los bloques de datos que contienen la información de dicho archivo • Puede ser útil utilizar varios nombres para referirse al mismo archivo (alias o enlaces) • En UNIX existen dos tipos de enlaces: • Enlaces duros. Consiste en dar una entrada de directorio con el nodo índice del archivo al que queramos enlazar • Enlaces blandos (o simbólicos). Son archivos cuyo bloque de datos contiene el nombre completo (incluyendo la ruta desde la raíz) del archivo que queremos enlazar

42. Enlaces duros • Varias entradas de directorio apuntando al mismo nodo índice. Los enlaces duros son indistinguibles del archivo original al que apuntan • Se crean con la orden ln # ln ArchivoOriginal.txt duro1 # ln ArchivoOriginal.txt duro2 # ln ArchivoOriginal.txt duro3 # ls –ali total 21 2 drwxr-xr-x 3 root root 1024 Apr 12 18:15 . 415172 drwxr-xr-x 4 root root 4096 Apr 12 17:59 .. 12 -rw-r--r-- 4 root root 11 Apr 12 18:10 ArchivoOriginal.txt 12 -rw-r--r-- 4 root root 11 Apr 12 18:10 duro1 12 -rw-r--r-- 4 root root 11 Apr 12 18:10 duro2 12 -rw-r--r-- 4 root root 11 Apr 12 18:10 duro3 11 drwx------ 2 root root 12288 Apr 11 19:57 lost+found • El archivo se elimina cuando no hay referencias a él en ninguna entrada de directorio • El nodo índice al que se hace referencia es el nodo índice del sistema de archivos que contiene el archivo referenciado, por lo tanto no se pueden hacer enlaces duros a archivos que residen en otros sistemas de archivos Mismo nodo índice Cuatro referencias al mismo archivo

43. Enlaces blandos • Los enlaces blandos son archivos que contienen el nombre de otro archivo al que referencian • Como archivos que son tienen su propio nodo índice • Se crean con ln –s # ln -s ArchivoOriginal.txt blando1 # ln -s ArchivoOriginal.txt blando2 # ln -s ArchivoOriginal.txt blando3 # ls -ali total 18 2 drwxr-xr-x 3 root root 1024 Apr 12 18:25 . 415172 drwxr-xr-x 4 root root 4096 Apr 12 17:59 .. 12 -rw-r--r-- 1 root root 11 Apr 12 18:10 ArchivoOriginal.txt 13 lrwxrwxrwx 1 root root 19 Apr 12 18:25 blando1 -> ArchivoOriginal.txt 14 lrwxrwxrwx 1 root root 19 Apr 12 18:25 blando2 -> ArchivoOriginal.txt 15 lrwxrwxrwx 1 root root 19 Apr 12 18:25 blando3 -> ArchivoOriginal.txt 11 drwx------ 2 root root 12288 Apr 11 19:57 lost+found • Los nodos índice 13,14 y 15 son de tipo “enlace”, por lo tanto el sistema de archivos los trata de forma especial

44. Implementación de los enlaces blandos • Observemos el contenido del nodo índice 13 # hexdump -C -s 0x1A80 -n 128 /dev/fd0 00001a80 ff a1 00 00 13 00 00 00 eb c2 7a 40 e8 c2 7a 40 |..........z@..z@| 00001a90 e8 c2 7a 40 00 00 00 00 00 00 01 00 00 00 00 00 |..z@............| 00001aa0 00 00 00 00 00 00 00 00 41 72 63 68 69 76 6f 4f |........ArchivoO| 00001ab0 72 69 67 69 6e 61 6c 2e 74 78 74 00 00 00 00 00 |riginal.txt.....| 00001ac0 00 00 00 00 00 00 00 00 00 00 00 00 00 00 00 00 |................| * 00001ae0 00 00 00 00 8b 6e 2d 48 00 00 00 00 00 00 00 00 |.....n-H........| 00001af0 00 00 00 00 00 00 00 00 00 00 00 00 00 00 00 00 |................| 00001b00 • Los nodos índice nunca almacenan nombres de archivos, de hecho el nombre del archivo está situado en las posiciones correspondientes a los punteros a bloques de disco • Esto es un truco para no desperdiciar un bloque entero de disco para contener solo el nombre de un archivo • Hay 15 punteros de 32 bits. 15*4=60 bytes. Mientras el nombre del archivo de destino sea menor de 60 caracteres se podrá emplear esta técnica • En caso contrario hay que reservar un bloque y escribir el nombre del archivo referenciado en él

45. Journaled File Systems • El sistema de archivos necesita varias estructuras de datos que mantienen el estado de ese sistema de archivos • A esas estructuras de datos que describen a su vez otros datos reciben el nombre de metadatos o metainformación • La metainformación (p.e. superbloque, mapas de bits, etc) se proyecta en memoria para aumentar la eficiencia del sistema de archivos • Cuando el sistema se apaga, los cambios realizados en el sistema de archivos se graban al disco • ¿Qué ocurre si el sistema se apaga de forma irregular? (p.e fallo en la tensión de alimentación)

46. Control de consistencia: fsck • Antes de montar un sistema de archivos hay que asegurarse de que éste se encuentra en un estado consistente • Existe un indicador en el superbloque que informa de si el sistema de archivos se desmontó correctamente la última vez que se utilizó • Si el sistema está marcado como dirty se ejecuta una aplicación que comprueba e intenta corregir las incosistencias (fsck) • Comprobar estado del superbloque • Comprobar que los nodos-i ocupados/libres son sólo los marcados como ocupados/libres en el mapa de bits • Comprobar que los bloques asignados según el mapa de bits están asignados a un archivo, y que no haya archivos que hagan referencia a bloques marcados como libres • Comprobar que un mismo nodo-i no está asignado a más de un directorio • Problemas: • Hay que comprobar todo el sistema de archivos • Si el sistema de archivos es muy grande la comprobación puede llevar demasiado tiempo

47. Corrección de inconsistencias

48. Control de consistencia: journals • Es una nueva aproximación para controlar la consistencia de los sistemas de archivos • Se añade una nueva estructura de datos a la metainformación que ya existía en el sistema de archivos: el journal • Es un cuaderno de bitácora donde se apuntan por orden cronológico las operaciones que se realizan sobre el sistema de archivos • En el arranque del sistema se comprueba si quedaron operaciones pendientes cuando se apagó (anormalmente) el sistema • El objetivo es asegurar que las transacciones sobre el sistema de archivos se hacen de forma atómica

49. Control de consistencia: transacciones • Una transacción es un conjunto de varias operaciones sobre un dispositivo de almacenamiento • Las transacciones deben asegurar que o bien se terminan con éxito todas las operaciones que componen la transacción o bien no se realiza ninguna de ellas • El objetivo de impedir que una transacción quede a la mitad es evitar inconsistencias en el sistema de archivos • Una transacción debe cumplir cuatro reglas básicas: • Atomicidad: o se realiza completa o no se realiza en absoluto • Consistencia: debe mantener la integridad del sistema • Aislamiento: debe ejecutarse como si fuera la única petición en el sistema, sin depender de ninguna otra • Perdurabilidad: los cambios deben prevalecer incluso en el caso de un error

50. Transacciones • Operaciones para crear un archivo • Obtener un número de nodo índice • Marcar el nodo como ocupado en el mapa de bits • Obtener un bloque libre • Marcar el bloque como ocupado en el mapa de bits • Rellenar los campos del nodo índice con los datos necesarios • Dar de alta el nombre del archivo en el directorio junto con el número de su nodo índice • Todas estas operaciones deben ejecutarse como una transacción. Si se interrumpe durante la ejecución podemos crear inconsistencias (p.e un bloque ocupado que no pertenece a ningún nodo índice)