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Sistemas operativos: una visión aplicada
Capítulo 8Gestión de Archivos y Directorios
Sistemas operativos: una visión aplicada 1 © J. Carretero, F. García, P. de Miguel, F. Pérez
Contenido
• Visión del usuario del sistema de archivos• Archivos• Directorios• Servicios de archivos• Servicios de directorios• Sistemas de archivos• El servidor de archivos
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Visión del usuario
• Visión lógica:– Archivos – Directorios – Sistemas de archivos y particiones
• Visión física: – Bloques o bytes ubicados en dispositivos
Visiónlógica
Visiónfísica
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Función principal
• El SF establece una correspondencia entre los archivos y los dispositivos lógicos.
SISTEMADE
FICHEROS
ProtecciónInte
rfaz
de
acce
so
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Características para el usuario
• Almacenamiento permanentes de información. No desaparecen aunque se apague el computador.
• Conjunto de información estructurada de forma lógica según criterios de aplicación.
• Nombres lógicos y estructurados.• No están ligados al ciclo de vida de una aplicación particular.• Abstraen los dispositivos de almacenamiento físico.• Se acceden a través de llamadas al sistema operativo o de
bibliotecas de utilidades.
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Sistema de archivos
• El acceso a los dispositivos es: – Incómodo
• Detalles físicos de los dispositivos • Dependiente de las direcciones físicas
– No seguro • Si el usuario accede a nivel físico no tiene restricciones
• El sistema de archivos es la capa de software entre dispositivos y usuarios.
• Objetivos: – Suministrar una visión lógica de los dispositivos – Ofrecer primitivas de acceso cómodas e independientes de
los detalles físicos – Mecanismos de protección
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Archivos: visión lógica• Conjunto de información relacionada que ha sido definida por su creador • Estructura de un archivo:
– Secuencia o tira de bytes (UNIX, POSIX)
– Registros (de tamaño fijo o variable)
Posición
Registro 1
Registro 3
Registro 2
Registro 4
Registro n
C1
C1
C1
C1
C1
C2
C2
C2
C2
C2
C3
C3
C3
C3
C3
C5C5
C5
C5
C5
C4C4
C4
C4
C4
Registro 1
Registro 3
Registro 2
Registro 4
Registro n
C1
C1
C1
C1
C1
C2
C2
C2
C3C3
C3
C4
C4
C4
C4
C3
C3
C5
C5
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Concepto de archivo
• Un espacio lógico de direcciones contiguas usado para almacenar datos
• Tipos de archivos: – Datos:
• numéricos • carácter • binarios
– Programas: • código fuente • archivos objetos (imagen de carga)
– Documentos
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Representación del archivo
• La información relacionada con el archivo se mantiene en el descriptor del archivo, al que se apunta desde los directorios.• Es distinto en cada sistema operativo: nodo-i, registro Windows, etc.•Tipos de archivos:
–Archivos normales: ASCII y binarios.–Archivos especiales: de bloques y de caracteres
–Atributos de un archivo:–Nombre –Tipo –Dueño y grupo –Información de protección –Tamaño real –Hora y fecha de creación –Hora y fecha del último acceso –Hora y fecha de la última modificación –Número de enlaces
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Ejemplos de representación
Nombre Atrib.
Size KBAgrup. FAT
cabecera AtributosTamañoNombre
Seguridad
Datos
Vclusters
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Nombres de fichero y extensiones I
• Muy importante para los usuarios. Es característico de cada sistema de archivos.
• Problema: usar nombre lógicos basados en tiras de caracteres.• Motivo: los usuarios no recuerdan el nombre 001223407654• Tipo y longitud cambian de un sistema a otro
– Longitud: fija en MS-DOS o variable en UNIX– Extensión: obligatoria o no, más de una o no, fija para cada
tipo de archivos, etc.• Sensibles a tipografía. Ejemplo: “CATALINA” y “catalina”
son el mismo archivo en Windows pero distintos en LINUX.• El sistema de ficheros trabaja con descriptores internos, sólo
distingue algunos formatos (ejecutables, texto, ...). Ejemplo: número mágico UNIX.
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Nombres de fichero y extensiones II
• Los directorios relacionan nombres lógicos y descriptores internos de ficheros• Las extensiones son significativas para las aplicaciones (html, c, cpp, etc.)
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Estructura del fichero
• Ninguna - secuencia de palabras o bytes (UNIX)• Estructura sencilla de registros
– Líneas– Longitud fija– Longitud variable
• Estructuras complejas– Documentos con formato (HTML, postscript)– Fichero de carga reubicable (módulo de carga)
• Se puede simular estructuras de registro y complejas con una estructura plana y secuencias de control
• ¿Quién decide la estructura?– Interna: El sistema operativo– Externa: Las aplicaciones
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Archivos: visión lógica y física
• Usuario: Visión lógica.• Sistema operativo: visión física ligada a dispositivos. Conjunto de bloques.
Posición
1
13
25
7
19
4
16
28
10
22
2
14
26
8
20
5
17
29
11
23
3
15
27
9
21
6
18
30
12
24
Bloques de la Unidad de Disco
Archivo ABloques: 13
201831619
Visión lógica
Visión física
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Archivos: visión física
• Bloque – Unidad de transferencia – 2n sectores – Parámetro fijo por sistema de archivos
• Agrupación – Unidad de asignación – 2p bloques – Aumenta la secuencialidad del archivo
• Descripción de la estructura física: – Bloques utilizados
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Descripción física en UNIX (nodo-i)
Tamaño máximo del archivo: 10Sb+(Sb/4)Sb +(Sb/4)2Sb +(Sb/4)3SbSb el tamaño del bloque y direcciones de bloques de 4 bytes.
Tipo de Fichero y ProtecciónNúmero de Nombres
PropietarioGrupo del Propietario
TamañoInstante de creación
Instante del último accesoInstante de la última modificación
Puntero a bloque de datos 0Puntero a bloque de datos 1
Puntero a bloque de datos 9Puntero indirecto simplePuntero indirecto doblePuntero indirecto triple
nodo-i
Punterosa Bloquesde Datos
Punterosa Bloquesde Datos
Punterosa Bloquesde Datos
Punterosa Bloquesde Datos
Punterosa Bloquesde Datos
Punterosa Bloquesde Datos
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Descripción física en MS-DOS (FAT)
• FAT de 12 bits 4K agrupaciones • FAT de 16 bits 64K agrupaciones
<eof>
<eof>
<eof>
<eof>
pep_dir dir 5 27
fiche1.txt 12 45
Directorio RaízNombre Atrib. KB Agrup.
Directorio pep_dir
carta1.wp R 24 74
prue.zip 16 91 7576
91
51
74
45
58
27
FAT
7576
58
92
Nombre Atrib. KB Agrup.
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Métodos de Acceso
• Acceso secuencial: lectura de los bytes del archivo en orden ascendente, empezando por el principio.– read next, write next, reset, no read after last write, …– rewind: ir al principio para buscar hacia delante– Lectura -> posición = posición + datos leídos– Dispositivos de cinta– ISAM: método de acceso secuencial indexado
• Acceso Directo:– read n, write n, goto n, rewrite n, read next, write next, …– n = número de bloque relativo al origen– Dispositivos: discos magnéticos
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Contenido
• Visión del usuario del sistema de archivos• Archivos
• Directorios• Servicios de archivos• Servicios de directorios• Sistemas de archivos• El servidor de archivos• Puntos a recordar
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Concepto de directorio
• Objeto que relaciona de forma unívoca un nombre de usuario de archivo con su descriptor interno
• Organizan y proporcionan información sobre la estructuración de los sistemas de archivos
• Una colección de nodos que contienen información acerca de los archivos
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Directorios: visión lógica
• Esquema jerárquico. • Cuando se abre un archivo el SO busca el nombre en la
estructura de directorios. • Operaciones sobre un directorio:
– Crear (insertar) y borrar (eliminar) directorios. – Abrir y cerrar directorios. – Renombrar directorios. – Leer entradas de un directorio. – Montar (combinar)
• La organización jerárquica de un directorio – Simplifica el nombrado de archivos (nombres únicos) – Proporciona una gestión de la distribución => agrupar
archivos de forma lógica (mismo usuario, misma aplicación)
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Estructura de los directorios
• Tanto la estructura del directorio como los archivos residen en discos
• Los directorios se suelen implementar como archivos• Copias de respaldo en cintas, por seguridad• Información en un directorio: nombre, tipo, dirección, longitud
máxima y actual, tiempos de acceso y modificación, dueño, etc.• Hay estructuras de directorio muy distintas. La información
depende de esa estructura.• Dos alternativas principales:
– Almacenar atributos de archivo en entrada directorio– Almacenar <nombre, identificador>, con datos archivo en
una estructura distinta. Ésta es mejor.
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NombreNodo-i: Puntero al descriptor del archivo
Directorio de CP/M
NombreTipo de archivo
Contadorde bloques
Código deusuario
archivoextendido
Númerosde bloque
. . .
Directorio de MS-DOS
Directorio de UNIX
NombreTipo de archivo Reservado
Atributos Fecha Tamaño
Hora
Númerodel primer bloque
Ejemplo de entradas de directorio
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Directorio de un nivel
• Un único directorio para todos los usuarios• Problemas de nombrado y agrupación
Directorio
Archivos
carta mapa.gif lista.txt programa.o... ...
... ...
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Directorio de dos niveles
• Un directorio por cada usuario• Camino de acceso automático o manual• El mismo nombre de archivo para varios usuarios• Búsqueda eficiente, pero problemas de agrupación
Directoriomaestromarivi miguel elvira... ...
archivos... ...
Directoriodel usuario
datos lista.c claves... ...
archivos... ...
Directoriodel usuario
test agenda claves... ...
archivos... ...
Directoriodel usuario
mail lista.c mio.o... ...
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Directorio con estructura de árbol
• Búsqueda eficiente y agrupación• Nombres relativos y absolutos -> directorio de trabajo
Directorioraíz
tmp home usr... ...
marivi miguel elvira...
test agenda claves
sh rm vi
bin include mail
mio.o
buzonstdio.h
datos lista.c claves
correo agenda
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Directorio con estructura de árbol
• Los nombres absolutos contienen todo el camino• Los nombres relativos parten del directorio de trabajo o actual• Cambio de directorio:
– cd /spell/mail/prog– cd prog
• Borrar un archivo: rm <nombre-archivo>• Crear un subdirectorio: mkdir <nombre_dir>• Ejemplo:
– cd /spell/mail – mkdir count– ls /spell/mail/count
• Borrar un subdirectorio: rm -r mail
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Nombres jerárquicos
• Nombre absoluto: especificación del nombre respecto a la raíz (/en LINUX, \ en Windows).
• Nombre relativo: especificación del nombre respecto a un directorio distinto del raíz– Ejemplo: (Estamos en /users/) miguel/claves– Relativos al dir. de trabajo o actual: aquel en el que se está al
indicar el nombre relativo. En Linux se obtiene con pwd• Directorios especiales:
– . Directorio de trabajo. Ejemplo: cp /users/miguel/claves .– .. Directorio padre. Ejemplo: ls ..– Directorio HOME: el directorio base del usuario
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Interpretación de nombres en LINUX. I
clavestextos
7583265
.
.....
.
..
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• Interpretar /users/miguel/claves– Traer a memoria entradas archivo con nodo-i 2– Se busca dentro users y se obtiene el nodo-i 342– Traer a memoria entradas archivo con nodo-i 342– Se busca dentro miguel y se obtiene el nodo-i 256– Traer a memoria entradas archivo con nodo-i 256– Se busca dentro claves y se obtiene el nodo-i 758– Se lee el nodo-i 758 y ya se tienen los datos del archivo
• ¿Cuándo parar?– Se ha encontrado el nodo-i del archivo– No se ha encontrado y no hay más subdirectorios– Estamos en un directorio y no contiene la siguiente
componente del nombre (por ejemplo, miguel).
Interpretación de nombres en LINUX. II
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Sistemas de archivos y particiones
• Volumen: conjunto coherente de metainformación y datos. • Ejemplos de Sistemas de archivos:
Boot Dos copiasde la FAT
DirectorioRaíz
Datos yDirectorios
Boot nodos-iSuperBloque
Mapasde bits
Datos yDirectorios
MS-DOS
UNIX
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Contenido
• Visión del usuario del sistema de archivos• Archivos• Directorios
• Servicios de archivos• Servicios de directorios• Sistemas de archivos• El servidor de archivos• Puntos a recordar
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Operaciones genéricas sobre archivos
• creat: crea un archivo con un nombre y protección y devuelve un descriptor
• delete: borra el archivo con un nombre• open: abre un archivo con nombre para una(s) operación(es) y
devuelve un descriptor• close: cierra un archivo abierto con un descriptor• read: lee datos de un archivo abierto, usando su descriptor, a un
almacén en memoria • write: escribe datos a un archivo abierto, usando su descriptor,
desde un almacén en memoria • lseek: mueve el apuntador a relativo_a+ desplazamiento• ioctl: permite manipular los atributos de un archivo
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Servicios POSIX para archivos
• Visión lógica: tira secuencial de bytes• Apuntador de posición a partir del cual se efectúan las operaciones• Descriptores de archivos: enteros de 0 a 64K• Predefinidos (describir programas independientes de dispositivos):
– 0: entrada estándar– 1: salida estándar– 2: salida de error
• Fork: duplicación de BCP, pero compartición de tabla de archivos.• Servicios consulta y modificación atributos.• Protección:
– dueño grupo mundo– rwx rwx rwx
• Ejemplos: 755 indica rwxr-xr-x
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Archivos, directorios y servicios en POSIX (UNIX)
• Tipos de archivo: – Normales – Directorios – Especiales
• Nombres de archivo y directorio: – Nombre completo (empieza por /)
• /usr/include/stdio.h
– Nombre relativo al directorio actual (no empieza por /) • stdio.h asumiendo que /usr/include es el directorio
actual. – La entradas . y .. pueden utilizarse para formar rutas de
acceso • ../include/stdio.h
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creat. Crea un archivo
• Servicio:
#include <sys/types.h>#include <sys/stat.h>#include <fcntl.h>int creat(char *name, mode_t mode);
• Argumentos:– name Nombre de archivo – mode Bits de permiso para el archivo
• Devuelve: – Devuelve un descriptor de archivo ó -1 si error.
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creat. Crea un archivo (II)
• Descripción: – El archivo se abre para escritura. – Si no existe crea un archivo vació.
• UID_dueño = UID_efectivo • GID_dueño = GID_efectivo
– Si existe lo trunca sin cambiar los bits de permiso.
• Ejemplos: fd = creat("datos.txt", 0751);fd = open("datos.txt", O_WRONLY | O_CREAT | O_TRUNC,
0751);
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unlink. Borra un archivo
• Servicio: #include <unistd.h>int unlink(const char* path);
• Argumentos: – path nombre del archivo
• Devuelve: – Devuelve 0 ó -1 si error.
• Descripción: – Decrementa el contador de veces que el archivo está abierto.
Si el contador es 0, borra el archivo y libera sus recursos.
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open. abre un archivo• Servicio:
#include <sys/types.h>#include <sys/stat.h>#include <fcntl.h>int open(char *name, int flag, ...);
• Argumentos: – name puntero al nombre del archivo – flags opciones de apertura:
• O_RDONLY Sólo lectura • O_WRONLY Sólo escritura • O_RDWR Lectura y escritura • O_APPEND El puntero de acceso se desplaza al final del archivo
abierto • O_CREAT Si existe no tiene efecto. Si no existe lo crea • O_TRUNC Trunca si se abre para escritura
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open. Abre un archivo II
• Devuelve: – Un descriptor de archivo ó -1 si hay error.
• Ejemplos:
fd = open("/home/juan/datos.txt");fd = open("/home/juan/datos.txt",
O_WRONLY | O_CREAT | O_TRUNC, 0750);
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close. Cierra un descriptor de archivo
• Servicio: int close(int fd);
• Argumentos: – fd descriptor de archivo
• Devuelve: – Cero ó -1 si error.
• Descripción: – El proceso pierde la asociación a un archivo.
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read. Lectura de un archivo• Servicio:
#include <sys/types.h>ssize_t read(int fd, void *buf, size_t n_bytes);
• Argumentos: – fd descriptor de archivo – buf zona donde almacenar los datos – n_bytes número de bytes a leer
• Devuelve: – Número de bytes realmente leídos ó -1 si error
• Descripción: – Transfiere n_bytes. – Puede leer menos datos de los solicitados si se rebasa el fin de archivo o
se interrumpe por una señal. – Después de la lectura se incrementa el puntero del archivo con el número
de bytes realmente transferidos.
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Sistemas operativos: una visión aplicada 42 © J. Carretero, F. García, P. de Miguel, F. Pérez
write. Escritura de un archivo• Servicio:
#include <sys/types.h>ssize_t write(int fd, void *buf, size_t n_bytes);
• Argumentos: – fd descriptor de archivo – buf zona de datos a escribir – n_bytes número de bytes a escribir
• Devuelve: – Número de bytes realmente escritos ó -1 si error
• Descripción: – Transfiere n_bytes. – Puede escribir menos datos de los solicitados si se rebasa el tamaño
máximo de un archivo o se interrumpe por una señal. – Después de la escritura se incrementa el puntero del archivo con el
número de bytes realmente transferidos. – Si se rebasa el fin de archivo el archivo aumenta de tamaño.
Sistemas operativos: una visión aplicada 43 © J. Carretero, F. García, P. de Miguel, F. Pérez
lseek.Modifica el valor del puntero de posición
• Servicio: #include <sys/types.h>#include <unistd.h>off_t lseek(int fd, off_t offset, int whence);
• Argumentos: – fd Descriptor de archivo – offset desplazamiento – whence base del desplazamiento
• Devuelve: – La nueva posición del puntero ó -1 si error.
• Descripción: – Coloca el puntero de acceso asociado a fd– La nueva posición se calcula:
•SEEK_SET posición = offset •SEEK_CUR posición = posición actual + offset •SEEK_END posición = tamaño del archivo + offset
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Sistemas operativos: una visión aplicada 44 © J. Carretero, F. García, P. de Miguel, F. Pérez
fnctl. modificación de atributos de un archivo
• Servicio: #include <sys/types.h>int fnctl(int fildes, int cmd /* arg*/ ...);
• Argumentos: – fildes descriptor de archivos– cmd mandato para modificar atributos, puede haber varios.
• Devuelve: – 0 para éxito ó -1 si error
• Descripción: – Modifica los atributos de un archivo abierto.
Sistemas operativos: una visión aplicada 45 © J. Carretero, F. García, P. de Miguel, F. Pérez
dup. Duplica un descriptor de archivo
• Servicio: int dup(int fd);
• Argumentos: – fd descriptor de archivo
• Devuelve: – Un descriptor de archivo que comparte todas las propiedades del fd ó -1
si error. • Descripción:
– Crea un nuevo descriptor de archivo que tiene en común con el anterior:
• Accede al mismo archivo • Comparte el mismo puntero de posición • El modo de acceso es idéntico.
– El nuevo descriptor tendrá el menor valor numérico posible.
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Sistemas operativos: una visión aplicada 46 © J. Carretero, F. García, P. de Miguel, F. Pérez
stat.Obtiene información sobre un archivo
• Servicio: #include <sys/types.h>#include <sys/stat.h>int stat(char *name, struct stat *buf);int fstat(int fd, struct stat *buf);
• Argumentos: – name nombre del archivo – fd descriptor de archivo – buf puntero a un objeto de tipo struct stat donde se
almacenará la información del archivo. • Devuelve:
– Cero ó -1 si error
Sistemas operativos: una visión aplicada 47 © J. Carretero, F. García, P. de Miguel, F. Pérez
stat.Obtiene información sobre un archivo
• Descripción:– Obtiene información sobre un archivo y la almacena en una estructura de
tipo struct stat:
struct stat {mode_t st_mode; /* modo del archivo */ino_t st_ino; /* número del archivo */dev_t st_dev; /* dispositivo */nlink_t st_nlink; /* número de enlaces */uid_t st_uid; /* UID del propietario */gid_t st_gid; /* GID del propietario */off_t st_size; /* número de bytes */time_t st_atime; /* último acceso */time_t st_mtime; /* última modificacion */time_t st_ctime; /* último modificacion de datos */
};
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Sistemas operativos: una visión aplicada 48 © J. Carretero, F. García, P. de Miguel, F. Pérez
stat.Obtiene información sobre un archivo
• Comprobación del tipo de archivo aplicado a st_mode: S_ISDIR(s.st_mode) Cierto si directorioS_ISCHR(s.st_mode) Cierto si especial de caracteresS_ISBLK(s.st_mode) Cierto si especial de bloquesS_ISREG(s.st_mode) Cierto si archivo normalS_ISFIFO(s.st_mode) Cierto si pipe o FIFO
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Ejemplo. Copia un archivo en otro
#include <sys/types.h>#include <sys/stat.h>#include <fcntl.h>#include <stdio.h>
#define BUFSIZE 512
main(int argc, char **argv) {int fd_ent, fd_sal;char buffer[BUFSIZE];int n_read;
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Sistemas operativos: una visión aplicada 50 © J. Carretero, F. García, P. de Miguel, F. Pérez
Ejemplo. Copia un archivo en otro (II)
/* abre el archivo de entrada */fd_ent = open(argv[1], O_RDONLY); if (fd_ent < 0) {
perror("open");exit(-1);
}
/* crea el archivo de salida */fd_sal = creat(argv[2], 0644);if (fd_sal < 0) {
close(fd_ent);perror("open");exit(-1);
}
Sistemas operativos: una visión aplicada 51 © J. Carretero, F. García, P. de Miguel, F. Pérez
Ejemplo. Copia un archivo en otro (III)
/* bucle de lectura del archivo de entrada */while ((n_read = read(fd_ent, buffer, BUFSIZE)) > 0) {
/* escribir el buffer al archivo de salida */if (write(fd_sal, buffer, n_read) < n_read) {
perror("write2);close(fd_ent); close(fd_sal);exit(-1);
}}
if (n_read < 0) { perror("read");close(fd_ent); close(fd_sal);exit(-1);
} close(fd_ent); close(fd_sal);exit(0);
}
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Sistemas operativos: una visión aplicada 52 © J. Carretero, F. García, P. de Miguel, F. Pérez
Contenido
• Visión del usuario del sistema de archivos• Archivos• Directorios• Servicios de archivos
• Servicios de directorios• Sistemas de archivos• El servidor de archivos• Puntos a recordar
Sistemas operativos: una visión aplicada 53 © J. Carretero, F. García, P. de Miguel, F. Pérez
Servicios POSIX para directorios
• Visión lógica: tabla de entradas nombre lógico, nodo-i• Cada entrada tiene la siguiente estructura:
Struct dirent {char *d_name; /* nombre archivo */...
}
• Gestión complicada porque los nombres de archivo tienen longitud variable.
• Servicios POSIX: gestión de directorios y de la tabla
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Sistemas operativos: una visión aplicada 54 © J. Carretero, F. García, P. de Miguel, F. Pérez
mkdir. Crea un directorio
• Servicio: #include <sys/types.h>#include <dirent.h>int mkdir(const char *name, mode_t mode);
• Argumentos: – name nombre del directorio – mode bits de protección
• Devuelve: – Cero ó -1 si error
• Descripción: – Crea un directorio de nombre name. – UID_dueño = UID_efectivo – GID_dueño = GID_efectivo
Sistemas operativos: una visión aplicada 55 © J. Carretero, F. García, P. de Miguel, F. Pérez
rmdir. Borra un directorio
• Servicio: #include <sys/types.h>int rmdir(const char *name);
• Argumentos: – name nombre del directorio
• Devuelve: – Cero ó -1 si error
• Descripción: – Borra el directorio si está vacío. – Si el directorio no está vacío no se borra.
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Sistemas operativos: una visión aplicada 56 © J. Carretero, F. García, P. de Miguel, F. Pérez
opendir. Abre un directorio
• Servicio: #include <sys/types.h>#include <dirent.h>DIR *opendir(char *dirname);
• Argumentos: – dirname puntero al nombre del directorio
• Devuelve: – Un puntero para utilizarse en readdir() o closedir(). NULL si hubo error.
• Descripción: – Abre un directorio como una secuencia de entradas. Se
coloca en el primer elemento.
Sistemas operativos: una visión aplicada 57 © J. Carretero, F. García, P. de Miguel, F. Pérez
closedir. Cierra un directorio
• Servicio: #include <sys/types.h>#include <dirent.h>int closedir(DIR *dirp);
• Argumentos: – dirp puntero devuelto por opendir().
• Devuelve: – Cero ó -1 si error.
• Descripción: – Cierra la asociación entre dirp y la secuencia de entradas de
directorio.
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Sistemas operativos: una visión aplicada 58 © J. Carretero, F. García, P. de Miguel, F. Pérez
readdir. Lectura de entradas de directorio
• Servicio:#include <sys/types.h>#include <dirent.h>
struct dirent *readdir(DIR *dirp);
• Argumentos: – dirp puntero retornado por opendir().
• Devuelve: – Un puntero a un objeto del tipo struct dirent que representa una
entrada de directorio o NULL si hubo error.
• Descripción: – Devuelve la siguiente entrada del directorio asociado a dirp. – Avanza el puntero a la siguiente entrada. – La estructura es dependiente de la implementación. Debería asumirse que
tan solo se obtiene un miembro: char *d_name.
Sistemas operativos: una visión aplicada 59 © J. Carretero, F. García, P. de Miguel, F. Pérez
rewindir. Sitúa el puntero de directorio
• Servicio: #include <sys/types.h>#include <dirent.h>void rewindir(DIR *dirp);
• Argumentos: – dirp puntero devuelto por opendir()– Descripción: – Sitúa el puntero de posición dentro del directorio en la
primera entrada.
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Sistemas operativos: una visión aplicada 60 © J. Carretero, F. García, P. de Miguel, F. Pérez
link. Crea una entrada de directorio
• Servicio: #include <unistd.h>
int link(const char *existing, const char *new);int symlink(const char *existing, const char *new);
• Argumentos: – existing nombre del archivo existente. – new nombre de la nueva entrada que será un enlace al archivo existente.
• Devuelve: – Cero ó -1 si error.
• Descripción: – Crea un nuevo enlace, físico o simbólico, para un archivo existente. – El sistema no registra cuál es el enlace original. – existing no debe ser el nombre de un directorio salvo que se tenga
privilegio suficiente y la implementación soporte el enlace de directorios.
Sistemas operativos: una visión aplicada 61 © J. Carretero, F. García, P. de Miguel, F. Pérez
unlink. Elimina una entrada de directorio
• Servicio: #include <sys/types>int unlink(char *name);
• Argumentos: – name nombre de archivo
• Devuelve: – Cero ó -1 si error
• Descripción: – Elimina la entrada de directorio y decrementa el número de
enlaces del archivo correspondiente. – Cuando el número de enlaces es igual a cero y ningún
proceso lo mantiene abierto, se libera el espacio ocupado por el archivo y el archivo deja de ser accesible.
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Sistemas operativos: una visión aplicada 62 © J. Carretero, F. García, P. de Miguel, F. Pérez
chdir. Cambia el directorio actual
• Servicio: int chdir(char *name);
• Argumentos: – name nombre de un directorio
• Devuelve: – Cero ó -1 si error
• Descripción: – Modifica el directorio actual, aquel a partir del cual se
forman los nombre relativos.
Sistemas operativos: una visión aplicada 63 © J. Carretero, F. García, P. de Miguel, F. Pérez
rename. Cambia el nombre de un archivo
• Servicio: #include <unistd.h>int rename(char *old, char *new);
• Argumentos: – old nombre de un archivo existente – new nuevo nombre del archivo
• Devuelve: – Cero ó -1 si error
• Descripción: – Cambia el nombre del archivo old. El nuevo nombre es new.
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Sistemas operativos: una visión aplicada 64 © J. Carretero, F. García, P. de Miguel, F. Pérez
getcwd. obtiene el nombre del directorio actual
• Servicio: char *getcwd(char *buf, size_t size);
• Argumentos: – buf puntero al espacio donde almacenar el nombre del
directorio actual – size longitud en bytes de dicho espacio
• Devuelve: – Puntero a buf o NULL si error.
• Descripción: – Obtiene el nombre del directorio actual
Sistemas operativos: una visión aplicada 65 © J. Carretero, F. García, P. de Miguel, F. Pérez
Programa que lista un directorio
#include <sys/types.h>#include <dirent.h>#include <stdio.h>
#define MAX_BUF 256
void main(int argc, char **argv){
DIR *dirp;struct dirent *dp;char buf[MAX_BUF];
/* imrpime el directorio actual */getcwd(buf, MAX_BUF);printf("Directorio actual: %s\n", buf);
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Sistemas operativos: una visión aplicada 66 © J. Carretero, F. García, P. de Miguel, F. Pérez
Programa que lista un directorio (II)
/* abre el directorio pasado como argumento */dirp = opendir(argv[1]);
if (dirp == NULL) {fprintf(stderr,"No puedo abrir %s\n", argv[1]);
} else {
/* lee entrada a entrada */while ( (dp = readdir(dirp)) != NULL)
printf("%s\n", dp->d_name);closedir(dirp);
}exit(0);
}
Sistemas operativos: una visión aplicada 67 © J. Carretero, F. García, P. de Miguel, F. Pérez
Contenido
• Visión del usuario del sistema de archivos• Archivos• Directorios• Servicios de archivos• Servicios de directorios
• Sistemas de archivos• El servidor de archivos• Puntos a recordar
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Sistemas operativos: una visión aplicada 68 © J. Carretero, F. García, P. de Miguel, F. Pérez
Sistemas de archivos y particiones
• El sistema de archivos permite organizar la información dentro de los dispositivos de almacenamiento secundario en un formato inteligible para el sistema operativo.
• Previamente a la instalación del sistema de archivos es necesario dividir físicamente, o lógicamente, los discos en particiones o volúmenes [Pinkert1989].
• Una partición es una porción de un disco a la que se la dota de una identidad propia y que puede ser manipulada por el sistema operativo como una entidad lógica independiente.
• Una vez creadas las particiones, el sistema operativo debe crear las estructuras de los sistemas de archivos dentro de esas particiones. Para ello seproporcionan mandatos como format o mkfs al usuario. – #mkswap –c /dev/hda2 20800– #mkfs -c /dev/hda3 –b 8196 123100
Sistemas operativos: una visión aplicada 69 © J. Carretero, F. García, P. de Miguel, F. Pérez
Partición 2
Partición 3
Partición 5Partición 4
Tipos de particiones
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Sistemas operativos: una visión aplicada 70 © J. Carretero, F. García, P. de Miguel, F. Pérez
Sistemas de archivos y particiones (I)
• Sistema de archivos: conjunto coherente de metainformación y datos. • Ejemplos de Sistemas de archivos:
Boot Dos copiasde la FAT
DirectorioRaíz
Datos yDirectorios
Boot nodos-iSuperBloque
Mapasde bits
Datos yDirectorios
MS-DOS
UNIX
Sistemas operativos: una visión aplicada 71 © J. Carretero, F. García, P. de Miguel, F. Pérez
Sistemas de archivos y particiones (II)
• Descripción de sistemas de archivos: – El sector de arranque en MS-DOS – El superbloque en UNIX
• Relación sistema de archivos-dispositivo: – Típico: 1 dispositivo N sistemas de archivos (particiones) – Grandes archivos: N dispositivos 1 sistema de archivos
• Típicamente cada dispositivo se divide en una o más particiones (en cada partición sistema de archivos)
• La tabla de particiones indica el principio, el tamaño y el tipo de cada partición.
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Sistemas operativos: una visión aplicada 72 © J. Carretero, F. García, P. de Miguel, F. Pérez
Bloques y agrupaciones
• Bloque: agrupación lógica de sectores de disco y es la unidad de transferencia mínima que usa el sistema de archivos. – Optimizar la eficiencia de la entrada/salida de los
dispositivos secundarios de almacenamiento. – Todos los sistemas operativos proporcionan un tamaño de
bloque por defecto.– Los usuarios pueden definir el tamaño de bloque a usar
dentro de un sistema de archivos mediante el mandato mkfs. • Agrupación: conjunto de bloques que se gestionan como una
unidad lógica de gestión del almacenamiento. – El problema que introducen las agrupaciones, y los bloques
grandes, es la existencia de fragmentación interna.
Sistemas operativos: una visión aplicada 73 © J. Carretero, F. García, P. de Miguel, F. Pérez
Tamaño de Bloque
ancho de banda
uso del disco
Anc
ho d
e B
anda
(K
byte
s/se
c)
Uso
del
Esp
acio
de
Dis
co
0
50
100
500
800
256 512 1K 2K 4K 8K 16K 32K
0
100 %
25
50
75
Tamaño bloque, ancho banda y uso disco
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Sistemas operativos: una visión aplicada 74 © J. Carretero, F. García, P. de Miguel, F. Pérez
Estructuras de sistemas de archivos
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Contenido
• Visión del usuario del sistema de archivos• Archivos• Directorios• Servicios de archivos• Servicios de directorios• Sistemas de archivos
• El servidor de archivos• Puntos a recordar
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Sistemas operativos: una visión aplicada 76 © J. Carretero, F. García, P. de Miguel, F. Pérez
Servidor de archivos
• Para proporcionar un acceso eficiente y sencillo a los dispositivos de almacenamiento, todos los sistemas operativos tienen un servidor de archivos que permite almacenar, buscar y leer datos fácilmente.
• Dicho servidor de archivos tiene dos tipos de problemas de diseño muy distintos entre sí:– Definir la visión de usuario del sistema de entrada/salida,
incluyendo servicios, archivos, directorios, sistemas de archivos, etc.
– Definir los algoritmos y estructuras de datos a utilizar para hacer corresponder la visión del usuario con el sistema físicode almacenamiento secundario.
Sistemas operativos: una visión aplicada 77 © J. Carretero, F. García, P. de Miguel, F. Pérez
Estructura del servidor de archivos
Proceso deUsuario 1
Proceso deUsuario 2
Proceso deUsuario 3
Proceso deUsuario n
. . .Nivel deusuario
Nivel desistema
Manejadores de Dispositivo
Servidor de Bloques
Módulo de Organización de Archivos
Cache de Bloques
ext2 msdos ffs . . .
. . .
proc
Sistema de Archivos Virtual
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Sistemas operativos: una visión aplicada 78 © J. Carretero, F. García, P. de Miguel, F. Pérez
Servidor de bloques
• Se encarga de emitir los mandatos genéricos para leer y escribir bloques a los manejadores de dispositivo.
• La E/S de bloques de archivo, y sus posibles optimizaciones, se lleva a cabo en este nivel del servidor de archivos.
• Las operaciones se traducen a llamadas de los manejadores de cada tipo de dispositivo específico y se pasan al nivel inferior del sistema de archivos.
• Esta capa oculta los distintos tipos de dispositivos, usando nombres lógicos para los mismos. Por ejemplo, /dev/hda3será un dispositivo de tipo hard disk (hd), cuyo nombre principal es a y en el cual se trabaja sobre su partición 3.
• Los mecanismos de optimización de la E/S, como la cache de bloques, se incluye en este nivel.
Sistemas operativos: una visión aplicada 79 © J. Carretero, F. García, P. de Miguel, F. Pérez
Descomposición en operaciones de bloques
• Archivos con estructura de bytes – Escritura leer
Fichero (tira de bytes)Fichero (tira de bytes)
Bloques
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Sistemas operativos: una visión aplicada 80 © J. Carretero, F. García, P. de Miguel, F. Pérez
Manejadores de dispositivos
• Un manejador por cada dispositivo, o clase de dispositivo, del sistema. • Su función principal es recibir ordenes de E/S de alto nivel, tal como
move_to_block 234, y traducirlas al formato que entiende el controladordel dispositivo, que es dependiente de su hardware.
• Habitualmente, cada dispositivo tiene una cola de peticiones pendientes, de forma que un manejador puede atender simultáneamente a varios dispositivosdel mismo tipo.
• Una de las principales funciones de los manejadores de dispositivos es recibir las peticiones de entrada/salida y colocarlas en el lugar adecuado de la cola de peticiones del dispositivo afectado. – La política de inserción en cada cola puede ser diferente, dependiendo del
tipo de dispositivo o de la prioridad de los dispositivos. Para un disco, por ejemplo, se suele usar la política CSCAN.
Sistemas operativos: una visión aplicada 81 © J. Carretero, F. García, P. de Miguel, F. Pérez
Flujo de datos en el S. de A.
Usuario
read (fd, buffer, tamaño)
tamaño
buffer
bloques del archivo
bloques del dispositivo
bloques del disco
archivo lógico(VFS)
archivo lógico(FFS)
Manejador de disco y
dispositivo
Bloques lógicos(Servidor
de bloques)
3
1340
1340
1756
1756
840
840
8322
8322
4 5 6
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Sistemas operativos: una visión aplicada 82 © J. Carretero, F. García, P. de Miguel, F. Pérez
Relación Sector Lógico y Sector Físico (I)
• El nivel más básico del servidor de bloques– Los dispositivos de almacenamiento secundario se muestran
como un array lineal de bloques.– Estructura física tridimensional
• Número de sector físico• Número de cabeza• Número de cilindro
– Parámetros• Sectores/pista• Pistas/cilindro (Nº de cabezas)• Cilindros/disco (Nº de cilindros)
Sistemas operativos: una visión aplicada 83 © J. Carretero, F. García, P. de Miguel, F. Pérez
Relación Sector Lógico y Sector Físico (II)
• Lógico= Nº sector físico + (sectores/pista)*cabeza +(sectores/pista)*(Nº cabezas)*cilindro
Sector lógico Sector físico Cabeza Cilindro 0 0 0 0 1 1 0 0 2 2 0 0 3 3 0 0 4 0 1 0 5 1 1 0 6 2 1 0 7 3 1 0 8 0 0 1
… … … …
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Sistemas operativos: una visión aplicada 84 © J. Carretero, F. García, P. de Miguel, F. Pérez
Estructuras de datos asociadas al S. de A. (I)
• Tabla de archivos abiertos (tdaa) por un proceso, dentro del BCP, con sus descriptores temporales y el valor del apuntador de posición del archivo para ese proceso. – El tamaño de esta tabla define el máximo número de archivos que cada
proceso puede tener abierto de forma simultánea. – El descriptor de archivo fd indica el lugar de tabla. La tdaa se rellena
de forma ordenada, de forma que siempre se ocupa la primera posición libre de la tabla.
– En los sistemas UNIX cada proceso tiene tres descriptores de archivos abiertos por defecto: entrada estándar, fd = 0, salida estándar, fd = 1, error estándar, fd = 2.
Sistemas operativos: una visión aplicada 85 © J. Carretero, F. García, P. de Miguel, F. Pérez
Correspondencia bloques-archivos
• ¿Cómo asignar los bloques de disco a un archivo y cómo hacerlos corresponder con la imagen del archivo que tiene la aplicación?
• Asignación de bloques contiguos. – Sencillo de implementar y el rendimiento de la E/S es muy bueno.– Si no se conoce el tamaño total del archivo cuando se crea, puede ser necesario
buscar un nuevo hueco de bloques consecutivos cada vez que el archivo crece.– Fragmentación externa -> compactar el disco.
• Asignación de bloques discontiguos. – Se asigna al archivo el primer bloque que se encuentra libre. – No hay fragmentación externa del disco ni búsqueda de huecos. – Los archivos pueden crecer mientras exista espacio en el disco. – Complica la implementación de la imagen de archivo -> mapa de bloques
del archivo.
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Sistemas operativos: una visión aplicada 86 © J. Carretero, F. García, P. de Miguel, F. Pérez
Mecanismos enlazados
• Listas o índices enlazados: desde cada entrada de un bloque existe un enlace al siguiente bloque del archivo.
• Ejemplo: tabla FAT de Windows
0 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15
archivo A: 6 8 4 2
archivo B: 5 9 12
archivo C: 10 3 13
FAT
Sistemas operativos: una visión aplicada 87 © J. Carretero, F. García, P. de Miguel, F. Pérez
Mecanismos indexados
• Cada archivo tiene sus bloques de índice que incluyen apuntadores a los bloques de disco del archivo. – El orden lógico se consigue mediante la inserción de los apuntadores en
orden creciente, a partir del primero, en los bloques de índices. – Ventaja: basta con traer a memoria el bloque de índices donde está el
apuntador a los datos para tener acceso al bloque de datos. Si un apuntador de bloque ocupa 4 bytes y el bloque es de 4 Kbytes, con un único acceso a disco tendremos 1024 apuntadores a bloques del archivo.
– Problema: el espacio extra necesario para los bloques de índices. • Ese problema, fue resuelto en UNIX BSD combinando un sistema de índices
puros con un sistema de índices multinivel, que es que se usa actualmente en UNIX y LINUX.� • Permite almacenar archivos pequeños sin necesitar bloques de índices. � • Permite accesos aleatorios a archivos muy grandes con un máximo de 3
accesos a bloques de índices.
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Sistemas operativos: una visión aplicada 88 © J. Carretero, F. García, P. de Miguel, F. Pérez
Mapa de bloques en un nodo-i
nodo-i
Bloque indirecto
Indirecto simple
Indirecto doble
Indirecto triple
Direcciones delos 10 primeros
bloques
Información del archivo
820
1134
675
10211
8204
2046
20464
342
1623
DISCO
...
...
Sistemas operativos: una visión aplicada 89 © J. Carretero, F. García, P. de Miguel, F. Pérez
Gestión de espacio libre
• Mapas de bits, o vectores de bits: un bit por recurso existente (descriptor de archivo, bloque o agrupación). Si el recurso está libre, el valor del bit asociado al mismo es 1, si está ocupado es 0. – Ejemplo, sea un disco en el que los bloques 2, 3, 4, 8, 9 y 10 están ocupados y el
resto libres, y en el que los descriptores de archivo 2, 3 y 4 están ocupados. Sus mapas de bits de serían:• MB de bloques: 1100011100011.... M• MB de descriptores: 1100011...
– Fácil de implementar y sencillo de usar. Eficiente si el dispositivo no está muy lleno o muy fragmentado.
• Listas de recursos libres: mantener enlazados en una lista todos los recursos disponibles (bloques o descriptores de archivos) manteniendo un apuntador al primer elemento de la lista. – Este método no es eficiente, excepto para dispositivos muy llenos y
fragmentados– Uso de agrupaciones.
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Sistemas operativos: una visión aplicada 90 © J. Carretero, F. García, P. de Miguel, F. Pérez
Ejemplo de listas de recursos
0 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16 17 18
Bloques libres 7 14 16 1711 18 (A)
Bloques libres 11,1 16,314,17,1 (B)
Sistemas operativos: una visión aplicada 91 © J. Carretero, F. García, P. de Miguel, F. Pérez
Incremento de prestaciones
• Basados en el uso de almacenamiento intermedio de datos de entrada/salidaen memoria principal. Estos mecanismos son de dos tipos:– Discos RAM, cuyos datos están almacenados sólo en memoria.
• Aceptan todas las operaciones de cualquier otro sistema de archivos y son gestionados por el usuario.
• Pseudodispositivos para almacenamiento temporal o para operaciones auxiliares del sistema operativo. Su contenido es volátil.
– Cache de datos, instaladas en secciones de memoria principal controladas por el sistema operativo, donde se almacenan datos para optimizar accesos posteriores.
• Se basan en la existencia de proximidad espacial y temporal en las referencias a los datos de entrada/salida.
• Dos caches importantes dentro del servidor de archivos: cache denombres y cache de bloques.