Diez años de reubicación de JAVA: sistema de archivos del sistema operativo

Un sistema de archivos del sistema operativo es un mecanismo en un sistema operativo para organizar y administrar archivos y directorios. Proporciona una forma estructurada de almacenar, acceder y administrar datos de archivos.

1. Archivo : Un archivo es una unidad de datos almacenados en un sistema informático. Pueden ser varios tipos de datos, como archivos de texto, archivos de imagen, archivos de audio, etc. Los archivos se identifican por un nombre de archivo y una extensión, y pueden contener metadatos sobre el archivo, como la hora de creación, la hora de modificación, etc.

2. Directorio : un directorio es un contenedor que se utiliza para organizar y administrar archivos. Puede contener archivos y otros directorios, formando una jerarquía. Los directorios se identifican mediante una ruta, que es una cadena que describe la ubicación del directorio, que puede ser absoluta (comenzando desde el directorio raíz) o relativa (relativa al directorio actual).

3. Operaciones de archivos : el sistema de archivos proporciona un conjunto de operaciones para administrar archivos, como crear, abrir, leer, escribir, eliminar, cambiar nombre, etc. Estas operaciones permiten que las aplicaciones lean y escriban archivos y proporcionen control de acceso a los archivos.

4. Jerarquía del sistema de archivos : los sistemas de archivos pueden adoptar diferentes estructuras jerárquicas. Las jerarquías comunes de los sistemas de archivos incluyen una estructura de directorios jerárquica, una estructura de directorios plana y una estructura de directorios de índice. Determinan cómo se relacionan y organizan los archivos y directorios.

5. Gestión del sistema de archivos : el sistema de archivos también es responsable de gestionar la asignación de espacio físico en el dispositivo de almacenamiento y la ubicación de almacenamiento de los archivos. Utiliza estructuras de datos como mapas de bits, inodos, etc. para rastrear la ubicación y el estado de los archivos y garantizar su integridad y confiabilidad.

El sistema de archivos es una parte importante del sistema operativo, que proporciona acceso y administración de archivos convenientes para aplicaciones y usuarios. Diferentes sistemas operativos pueden usar diferentes sistemas de archivos, como Windows usando NTFS, Linux usando EXT4, etc.
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Organización de archivos del sistema operativo

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El método de organización de archivos del sistema operativo se refiere a cómo el sistema operativo organiza y administra los archivos.

1. Organización jerárquica de archivos : este método organiza los archivos en una estructura jerárquica, similar a una estructura de árbol. El directorio raíz está en el nivel superior y cada subdirectorio puede contener archivos y otros subdirectorios.

2. Organización de archivos planos : en una organización de archivos planos, todos los archivos se almacenan en el mismo directorio y no existe el concepto de subdirectorios. Los nombres de los archivos deben ser únicos para evitar conflictos.

3. Organización de archivos indexados : la organización de archivos indexados utiliza una tabla de índice para registrar la ubicación y los atributos de los archivos. Esta tabla de índice se puede buscar y ordenar según nombres de archivos, tipos de archivos, etc., para mejorar la eficiencia del acceso a los archivos.

4. Organización de archivos relacional : La organización de archivos relacional utiliza el concepto de base de datos para organizar archivos. Los documentos se tratan como registros y se pueden recuperar y gestionar utilizando el lenguaje de consulta de una base de datos relacional.
En lugar de almacenar archivos directamente como secuencias binarias, la organización de archivos relacional almacena los atributos y metadatos del archivo en tablas de bases de datos. En una base de datos relacional, los archivos se tratan como registros y cada registro contiene las propiedades del archivo (como el nombre del archivo, el tamaño, la fecha de creación, etc.) y un puntero o referencia a la ubicación real donde está almacenado el archivo. El contenido real del archivo normalmente se almacena en formato binario en el disco en lugar de directamente en una tabla de base de datos. Los registros en las tablas de la base de datos contienen referencias a dónde se almacenan realmente los archivos, lo que permite acceder y manipular el contenido del archivo cuando sea necesario.

5. Organización de archivos basada en objetos : La organización de archivos basada en objetos trata los archivos como objetos y cada objeto tiene sus propias propiedades y métodos. Este método puede administrar archivos de manera más flexible y admite ideas de programación orientada a objetos.

Bloque de control de archivos (FCB)

**Bloque de control de archivos (FCB)** es una estructura de datos utilizada en el sistema operativo para administrar archivos. Cada archivo tiene un bloque de control de archivos correspondiente en el sistema de archivos. El bloque de control de archivos contiene los metadatos del archivo y la información de atributos, así como la ubicación física del archivo en el dispositivo de almacenamiento.

Los bloques de control de archivos suelen contener la siguiente información:

1. Atributos del archivo : incluido el nombre del archivo, el tipo de archivo, el tamaño del archivo, la fecha de creación, la fecha de modificación, etc.

2. Permisos de archivos : registra la lectura, escritura, ejecución y otra información de permisos del archivo, que se utiliza para controlar los permisos de acceso a los archivos.

3. Puntero de archivo : apunta a la ubicación física del archivo en el dispositivo de almacenamiento, incluida la posición inicial del archivo, la posición actual de lectura y escritura, etc.

4. Estado del archivo : registra el estado de apertura, el estado de bloqueo, el recuento de acceso y otra información del archivo, y se utiliza para controlar el acceso y las operaciones concurrentes del archivo.

5. Índice de archivo : almacena la información del índice del archivo, que se utiliza para localizar y acceder rápidamente al contenido del archivo.

La función del bloque de control de archivos es proporcionar una capa de abstracción a través de la cual el sistema operativo puede administrar y operar archivos, incluida la creación, apertura, cierre, lectura, escritura, eliminación y otras operaciones. El diseño del bloque de control de archivos puede variar según los diferentes sistemas de archivos y sistemas operativos, pero su propósito básico es administrar y controlar de manera efectiva el acceso y las operaciones a los archivos.

Control de almacenamiento de archivos

El control del almacenamiento de archivos se refiere a cómo el sistema operativo administra y controla el almacenamiento y el acceso a los archivos en los dispositivos de almacenamiento. Implica la ubicación de almacenamiento físico de archivos, operaciones de lectura y escritura de archivos, asignación y liberación de archivos, etc.

La implementación del control de almacenamiento de archivos suele incluir los siguientes aspectos:

1. Asignación de archivos : la asignación de archivos se refiere a la asignación de espacio para archivos en un dispositivo de almacenamiento. Los métodos comunes de asignación de archivos incluyen asignación continua, asignación en cadena y asignación de índice.

• Asignación contigua: almacene archivos en bloques de disco contiguos. Este enfoque es simple e intuitivo, pero puede generar problemas de fragmentación externa.
• Asignación encadenada: utilice una lista vinculada para vincular los bloques de datos de un archivo. Cada bloque de datos contiene un puntero al siguiente bloque de datos. Este enfoque evita la fragmentación externa pero puede resultar en un acceso menos eficiente.
• Asignación de índice: utilice una tabla de índice para indicar la ubicación de los bloques de datos en un archivo. Cada entrada en la tabla de índice contiene un puntero a un bloque de datos. Este método puede mejorar la eficiencia del acceso a archivos, pero requiere espacio de tabla de índice adicional.

2. Lectura y escritura de archivos : La lectura y escritura de archivos se refiere a las operaciones de lectura y escritura del contenido del archivo. El sistema operativo rastrea las ubicaciones de lectura y escritura de archivos a través del puntero de archivo en el bloque de control de archivos. Al leer un archivo, el sistema operativo lee el bloque de datos correspondiente según el puntero del archivo. Al escribir en un archivo, el sistema operativo escribe los datos en la ubicación adecuada y actualiza el puntero del archivo.

3. Protección de archivos : La protección de archivos se refiere al control de permisos y la gestión de seguridad de los archivos. El sistema operativo restringe los derechos de acceso a archivos a través de los campos de permiso en el bloque de control de archivos para garantizar que solo los usuarios autorizados puedan acceder y modificar el archivo.

4. Operaciones de administración de archivos : el sistema operativo proporciona una serie de operaciones de administración de archivos, como crear archivos, eliminar archivos, cambiarles el nombre, copiar archivos, etc. Estas operaciones implican la creación, actualización y eliminación de bloques de control de archivos.

jerarquía del sistema de archivos

La estructura jerárquica de un sistema de archivos se refiere a la relación organizativa entre archivos y directorios, similar a una estructura de árbol. En un sistema de archivos, el directorio raíz está en el nivel superior, mientras que otros directorios y archivos se encuentran en diferentes niveles debajo del directorio raíz.

1. Directorio raíz : el directorio raíz es el directorio de nivel superior del sistema de archivos, y todos los demás directorios y archivos se encuentran debajo del directorio raíz. El directorio raíz suele ser el punto de partida de un sistema de archivos, a través del cual se puede acceder al contenido de todo el sistema de archivos.

2. Directorio : el directorio es un archivo especial que se utiliza para organizar y almacenar archivos y otros directorios. Cada directorio puede contener varios archivos y subdirectorios. A través de la relación jerárquica de directorios, se puede formar una estructura de directorios de múltiples capas. Los subdirectorios pueden contener más subdirectorios, creando una jerarquía más profunda.

3. Ruta : una ruta es una cadena que se utiliza para ubicar un archivo o directorio en una jerarquía. Las rutas pueden ser absolutas o relativas. Una ruta absoluta comienza desde el directorio raíz y continúa hasta la ruta completa del archivo o directorio de destino. Las rutas relativas son rutas relativas al directorio actual.

4. Archivo : Archivo es la unidad básica para almacenar datos, que pueden ser archivos de texto, archivos de imagen, archivos de audio, etc. Los archivos se pueden almacenar directamente en el directorio o en subdirectorios. La jerarquía permite organizar los archivos en diferentes directorios para una mejor administración y acceso.

La estructura jerárquica del sistema de archivos proporciona una organización lógica que hace que el almacenamiento y el acceso a los archivos sean más ordenados y flexibles. La jerarquía facilita la localización y gestión de archivos y, al mismo tiempo, proporciona una mejor escalabilidad y mantenibilidad.

estructura del disco

Un disco magnético suele estar formado por varios platos (o platos), cada uno de los cuales tiene dos lados (superior e inferior). Cada superficie se divide en una o más pistas concéntricas, y las pistas se dividen en sectores.

La estructura de un disco se puede describir como un modelo de cilindro tridimensional, que consta de pistas idénticas en varios discos para formar un cilindro. Cilindro se refiere a la posición relativa en todos los platos en la misma pista. Por ejemplo, la primera pista de todos los platos forma el primer cilindro, la segunda pista de todos los platos forma el segundo cilindro, y así sucesivamente.

Cada sector tiene una dirección única que se utiliza para localizar y acceder a datos en el disco. Los sectores suelen tener un tamaño fijo, un tamaño de sector común es 512 bytes o 4 KB.

Para leer y escribir datos, el disco está equipado con un cabezal que puede moverse sobre la superficie del disco. Los cabezales se pueden posicionar entre diferentes vías para acceder a sectores específicos.

La estructura y el principio de funcionamiento de los discos magnéticos son una parte importante del almacenamiento informático, proporcionan capacidades de almacenamiento y recuperación de datos de alta velocidad y se utilizan ampliamente en discos duros y otros dispositivos de almacenamiento en sistemas informáticos.

Algoritmos comunes de programación de discos

1. Primero en llegar, primero en ser atendido (FCFS): el acceso al disco se realiza en el orden de las solicitudes, es decir, la solicitud que llega primero se atiende primero. Este algoritmo es simple e intuitivo, pero puede generar un tiempo de búsqueda promedio prolongado y no es adecuado para situaciones en las que la presión de acceso al disco es alta.

2. Tiempo de búsqueda más corto primero (SSTF): seleccione la solicitud más cercana a la posición actual del cabezal para acceder y minimizar el tiempo de búsqueda. Este algoritmo puede mejorar la velocidad de respuesta del disco, pero puede hacer que algunas solicitudes esperen mucho tiempo.

3. Algoritmo de escaneo (SCAN): también conocido como algoritmo del elevador, la cabeza se mueve en una dirección, procesa las solicitudes en esa dirección por turno, hasta llegar al borde, y luego se mueve en la dirección opuesta. Este algoritmo puede evitar largas esperas para algunas solicitudes, pero puede hacer que algunas solicitudes se omitan durante el movimiento de la cabeza.

4. Algoritmo de escaneo circular (Circular SCAN, C-SCAN): similar al algoritmo de escaneo, pero la cabeza no se mueve en reversa después de alcanzar el borde, sino que regresa directamente al círculo más interno para la siguiente ronda de escaneo. Este algoritmo puede mejorar el rendimiento del disco, pero puede generar tiempos de espera más prolongados para algunas solicitudes.

5. El tiempo más corto primero (STF): ordene las solicitudes según su tiempo de finalización y priorice las solicitudes que toman el menor tiempo. Este algoritmo puede minimizar el tiempo total de acceso al disco, pero requiere conocer de antemano el tiempo de ejecución de cada solicitud.

Cada uno de estos algoritmos de programación de discos tiene ventajas y desventajas y es adecuado para diferentes escenarios de aplicación y patrones de acceso. Elegir un algoritmo de programación de disco adecuado puede mejorar el rendimiento y la eficiencia del disco.

Matriz de almacenamiento redundante y económica

La matriz redundante barata de discos independientes (RAID) es una tecnología que proporciona redundancia de datos y mejora del rendimiento mediante la combinación de varios discos. RAID puede proporcionar copias de seguridad redundantes de datos para evitar la pérdida de datos causada por una falla de un solo disco y puede mejorar el rendimiento de lectura y escritura de datos al acceder a varios discos al mismo tiempo.

Existen diferentes niveles de RAID, los más comunes incluyen:

1. RAID 0: segmentación, que almacena datos en varios discos para mejorar el rendimiento de lectura y escritura, pero no tiene una función de copia de seguridad redundante.
2. RAID 1: Duplicación (Duplicación), escribe datos en dos discos al mismo tiempo, proporcionando copias de seguridad redundantes, pero no mejora el rendimiento.
3. RAID 5: Separación con paridad, que almacena datos e información de paridad en varios discos, proporciona copias de seguridad redundantes y mejora el rendimiento de lectura y escritura. Requiere al menos 3 discos duros
4. RAID 6: similar a RAID 5, pero utiliza dos paridades para un mayor nivel de redundancia. Requiere al menos 4 discos duros
5. RAID 10: combine varios RAID 1 en RAID 0 para proporcionar copias de seguridad redundantes y un rendimiento de lectura y escritura mejorado.