Los sistemas de ficheros son una parte esencial en el trabajo de los sistemas operativos. Gracias tanto a los propios sistemas de ficheros y a la parte del sistema operativo que se encarga de trabajar con ellos podemos almacenar ficheros y directorios en particiones de nuestros discos duros y dispositivos de almacenamiento masivo en general.
En este apartado estudiaremos que son los sistemas de ficheros, repasaremos los sectores y los clusters o unidades de asignación, así como los principales mecanismos de asignación de clusters/bloques/unidades de asignación a ficheros.
- ¿Qué es un sistema de ficheros?. Sectores y clusters
- Mecanismos de asignación de bloques a ficheros
- Ejercicios FAT32
- Rutas de ficheros
Ficheros y directorios
Seguramente todos conozcamos que es un fichero y qué es un directorio. No obstante, vamos a tratar de definirlos.
Fichero
Un fichero es un contenedor de información relacionada entre sí. Es decir, información que tiene sentido en conjunto.
Los ficheros se crearon para poder almacenar información de manera persistente en una memoria secundaria o auxiliar.
Todo fichero tiene un nombre que sirve para identificarlo, sobre todo para que el usuario lo identifique, y tiene una extensión que da información sobre el tipo de información que contiene. El nombre del fichero es una cadena de texto y su extensión sería una cadena de texto corta (unos tres caracteres antiguamente) que aparece después del último punto del nombre del fichero.
Ojo, la extensión nos informa del tipo de información que se supone contiene el fichero, pero si cambiamos la extensión de un fichero no lo estamos transformando por arte de magia…
Directorio
Un directorio es un contenedor de ficheros y directorios. Debido a que el número de ficheros utilizados en un sistema informático es alto, se necesita poder organizarlos para facilitarnos su uso.
A medida que el uso de ficheros en el sistema aumentó se hizo patente la necesidad de utilizar algún mecanismo para organizarlos. Supongamos que no existieran los directorios, situación inicial. No podríamos tener dos ficheros con el mismo nombre y, además, nos encontraríamos con todos los ficheros de todos los usuarios del sistema en un mismo lugar.
La evolución fue crear el directorio, un contenedor de ficheros. Al principio, en la primera solución, tan solo existía un directorio para cada usuario del sistema. De esta forma, cada usuario tendría en su directorio sus propios ficheros. No obstante, cuando el número de ficheros de cada usuario creció de nuevo surgió el problema de organizar todos estos ficheros.
La solución, crear una jerarquía de directorios en forma de árbol. De esta manera se pueden crear directorios y subdirectorios a medida que sean necesarios para organizar toda la información.
En la jerarquía de directorios actual:
- Existe un directorio raíz que contiene a todos los ficheros y directorios de la «unidad».
- Un directorio puede contener ficheros y otros directorios, que podemos denominar subdirectorios.
- Todo fichero o directorio tiene un directorio padre, que es el directorio que lo contiene directamente, excepto el directorio raíz.
- El directorio raíz no tiene directorio padre. Su directorio padre, por simplificar, sería él mismo.
De esta forma podemos crear tantos directorios sean necesarios para organizar los ficheros que contiene una memoria secundaria o auxiliar.
Cuando instalamos un sistema operativo, durante el proceso de instalación, el sistema operativo se encarga de crear una serie de directorios propios y copia en ellos los ficheros que necesita para poder funcionar. A medida que el sistema va funcionando tanto los usuarios, que crean fichero con información propia y directorios para organizarlos, como el sistema operativo, que añade nuevos ficheros y directorios para que el sistema pueda realizar su trabajo, hacen uso de la memoria secundaria.
Sabemos qué es un fichero y un directorio, pero no sabemos cómo se almacenan realmente en una memoria secundaria. Sabemos que las memorias secundarias y auxiliares son memorias de bloques, cuyo bloque básico es el sector que tiene una capacidad de 512 Bytes.
Pero, nos debería surgir las siguientes preguntas:
- ¿Cómo se almacena un fichero en los sectores de un disco duro (partición)?
- ¿Cómo puede saber el sistema operativo qué sectores pertenecen a cada fichero y en qué orden?
- ¿Cómo sabe qué contiene cada directorio y cuál es su directorio padre?
Para ello se utilizan los sistemas de ficheros…
Sistema de ficheros
Definición
Con el término de sistema de ficheros hay un tanto de ambigüedad, se puede hacer referencia a la parte del sistema operativo encargada de gestionar los archivos o a los sistema de ficheros que se almacenan en memorias de almacenamiento masivo. Vamos a tratar de clarificar los términos.
Para nosotros, un sistema de ficheros es una estructura de datos que se encarga de organizar los bloques y sectores en una partición de una memoria de almacenamiento masivo para almacenar archivos en ella.
La parte del sistema opertivo que se encarga de gestionar los sistemas de ficheros conectados a él lo denominaríamos como gestor de sistema de ficheros.
Sector vs Cluster
Los discos duros, y en general los dispositivos de almacenamiento masivo de memoria secundaria y auxiliar, están divididos en sectores. Un sector es un bloque de 512 Bytes y es la unidad mínima con la que trabaja un dispositivo de almacenamiento masivo (de bloques).
De esta forma, si se desea escribir un solo byte de un fichero, lo mínimo con lo que va a trabajar el disco duro será con el sector.
Un cluster, bloque o unidad de asginación consiste en un conjunto o bloque de sectores contiguos. Debido a dos factores es encesario trabajar con cluster o unidades de asginación:
– La cantidad de sectores que hay en los discos duros actuales y a los problemas de direccionamiento que generaría direccionarlos todos (cantidad de bits necesarios para direccionar tal tantidad de sectores).
– Gestionar los sectores ocupados y libres en el sistema de ficheros. Si no se utilizan bloques o clusters la cantidad de sectores es enorme e inmanejable.
Tecnicas de asignación de bloques a ficheros
Sistema de ficheros nativo
Un sistema de ficheros se denomna nativo de un sistema operativo cuando fué desarrollado para ese tipo de sistema operativo. Por ejemplo, FAT32 es un sistema de ficheros nativo de Microsoft Windows, puesto que fué desarrollado para ser utilizado en los sistemas operativos de Microsoft Windows.
Sin embargo, que un sistema de ficheros sea nativo de un sistema operativo no significa, necesariamente, que no pueda ser utilizado en otros sistemas de operativos. Por ejemplo, aunque FAT32 o NTFS son sistemas de ficheros nativos de Microsoft Windows, se pueden utilizar en sistemas operativos GNU/Linux como Debian o Ubuntu.
Esto es así puesto que estos sistemas operativos integran en su gestor de sistemas de ficheros este tipo de sistemas de ficheros. Se podría entender como que integran un módulo que es capaz de entender y gestionar estos sistemas de ficheros.
El contraejemplo son los sistemas de ficheros nativos de GNU/Linux como ext2/3/4 que no son accesibles directamente desde sistemas operativos de Microsoft Windows. Para acceder a este tipo de sistemas de ficheros sería necesario instalar un software especial a modo de módulo de acceso que permitiera accceder a esos sistemas de ficheros.
Algunos sistemas de ficheros
FAT (File Allocation Table). FAT12, FAT16 y FAT32. Son sistemas de ficheros de Microsoft. aunque en un sistema de ficheros que es limitado se sigue utilizando mucho en la versión de FAT 32 puesto que es un sistema de ficheros bien conocido por todos los fabricantes de dispositivos de almacenamiento masivo y electrónica general (por ejemplo, reproductores de DVD / multimedia, etc).
Algunas de las limitaciones más destables de su versión de 32 bits es la limitación de ficheros de hasta 4GB de capacidad y que no gestiona permisos de usuarios (no identifica el propietario del fichero ni los permisos de acceso que se dan a otros usuarios).
NTFS (New Technology File System). viene a suplir las carencias de FAT32, en cuanto a seguridad, tamaño de ficheros y gestión del propio sistema de ficheros por parte del Sistema Operativo.
Almacena la estructura de datos del sistema de ficheros en forma de árbol, mejorando el rendimiento de acceso a la inforación en disco. De esta forma no hace falta mantener toda la tabla de FAT en memoria para acceder a la información de los sistemas de ficheros.
Con NTFS, Microsoft Windows permite gestionar propietario y permisos de acceso de ficheros. Además permite ficheros de un tamaño mayor a 4GB.
Sistemas de ficheros nativos de GNU/Linux. Desde sistemas de Microsoft Windows no se puede acceder a la información almacenada en este tipo de sistemas deficheros directamente (se podría con un software especial).
Hay más sistemas de ficheros, como hpfs, sin embargo a nosotros, por ahora, los que más nos interesan son los que acabamos de citar.
Un sistema de ficheros es una estructura de datos que permite gestionar los ficheros que se almacenan en una partición.