Es necesario proteger la información alojada en el sistema de archivos, efectuando los resguardos correspondientes [23, Tanenbaum].
De esta manera se evitan las consecuencias generalmente catastróficas de la pérdida de los sistemas de archivos.
Las pérdidas se pueden deber a problemas de hardware, software, hechos externos, etc.
Manejo de un bloque defectuoso:
Se utilizan soluciones por hardware y por software.
La solución en hardware:
Consiste en dedicar un sector del disco a la lista de bloques defectuosos. Al inicializar el controlador por primera vez: Lee la “lista de bloques defectuosos”. Elige un bloque (o pista) de reserva para reemplazar los defectuosos. Registra la asociación en la lista de bloques defectuosos. En lo sucesivo, las solicitudes del bloque defectuoso utilizarán el de repuesto. La solución en software: Requiere que el usuario o el sistema de archivos construyan un archivo con todos los bloques defectuosos. Se los elimina de la “lista de bloques libres”. Se crea un “archivo de bloques defectuosos”: Esta constituido por los bloques defectuosos. No debe ser leído ni escrito. No se debe intentar obtener copias de respaldo de este archivo. Respaldos (copias de seguridad o de back-up): Es muy importante respaldar los archivos con frecuencia.
Los respaldos pueden consistir en efectuar copias completas del contenido de los discos (flexibles o rígidos).
Una estrategia de respaldo consiste en dividir los discos en áreas de datos y áreas de respaldo, utilizándolas de a pares:
Se desperdicia la mitad del almacenamiento de datos en disco para respaldo. Cada noche (o en el momento que se establezca), la parte de datos de la unidad 0 se copia a la parte de respaldo de la unidad 1 y viceversa. Otra estrategia es el vaciado por incrementos o respaldo incremental : Se obtiene una copia de respaldo periódicamente (por ej.: una vez por mes o por semana), llamada copia total. Se obtiene una copia diaria solo de aquellos archivos modificados desde la última copia total; en estrategias mejoradas, se copian solo aquellos archivos modificados desde la última vez que dichos archivos fueron copiados. Se debe mantener en el disco información de control como una “lista de los tiempos de copiado” de cada archivo, la que debe ser actualizada cada vez que se obtienen copias de los archivos y cada vez que los archivos son modificados. Puede requerir una gran cantidad de cintas de respaldo dedicadas a los respaldos diarios entre respaldos completos. Consistencia del sistema de archivos: Muchos sistemas de archivos leen bloques, los modifican y escriben en ellos después.
Si el sistema falla antes de escribir en los bloques modificados, el sistema de archivos puede quedar en un “estado inconsistente”.
La inconsistencia es particularmente crítica si alguno de los bloques afectados son:
Bloques de nodos-i. Bloques de directorios. Bloques de la lista de bloques libres. La mayoría de los sistemas dispone de un programa utilitario que verifica la consistencia del sistema de archivos: Se pueden ejecutar al arrancar el sistema o a pedido. Pueden actuar sobre todos o algunos de los discos. Pueden efectuar verificaciones a nivel de bloques y a nivel de archivos. La consistencia del sistema de archivos no asegura la consistencia interna de cada archivo, respecto de su contenido. Generalmente pueden verificar también el sistema de directorios y / o de bibliotecas. Generalmente los utilitarios utilizan dos tablas: Tabla de bloques en uso. Tabla de bloques libres. Cada bloque debe estar referenciado en una de ellas. Si un bloque no aparece en ninguna de las tablas se trata de una falla llamada bloque faltante: No produce daños pero desperdicia espacio en disco. Se soluciona añadiendo el bloque a la tabla de bloques libres. También podría detectarse la situación de falla debida a un bloque referenciado dos veces en la tabla de bloques libres: Esta falla no se produce en los sistemas de archivos basados en mapas de bits, sí en los basados en tablas o listas. La solución consiste en depurar la tabla de bloques libres. Una falla muy grave es que el mismo bloque de datos aparezca referenciado dos o más veces en la tabla de bloques en uso: Como parte del mismo o de distintos archivos. Si uno de los archivos se borra, el bloque aparecería en la tabla de bloques libres y también en la de bloques en uso. Una solución es que el verificador del sistema de archivos: Asigne un bloque libre. Copie en el bloque libre el contenido del bloque conflictivo. Actualice las tablas afectando el bloque copia a alguno de los archivos. Agregue el bloque conflictivo a la tabla de bloques libres. Informe al usuario para que verifique el daño detectado y la solución dada. Otro error posible es que un bloque esté en la tabla de bloques en uso y en la tabla de bloques libres: Se soluciona eliminándolo de la tabla de bloques libres. Las verificaciones de directorios incluyen controles como: Número de directorios que apuntan a un nodo-i con los contadores de enlaces almacenados en los propios nodos-i; en un sistema consistente de archivos deben coincidir. Una posible falla es que el contador de enlaces sea mayor que el número de entradas del directorio: Aunque se eliminaran todos los archivos de los directorios el contador sería distinto de cero y no se podría eliminar el nodo-i. No se trata de un error serio pero produce desperdicio de espacio en disco con archivos que no se encuentran en ningún directorio. Se soluciona haciendo que el contador de enlaces en el nodo-i tome el valor correcto; si el valor correcto es 0, el archivo debe eliminarse. Otro tipo de error es potencialmente catastrófico: Si dos entradas de un directorio se enlazan a un archivo, pero el nodo-i indica que solo existe un enlace, entonces, al eliminar cualquiera de estas entradas de directorio, el contador del nodo-i tomará el valor 0. Debido al valor 0 el sistema de archivos lo señala como no utilizado y libera todos sus bloques. Uno de los directorios apunta hacia un nodo-i no utilizado, cuyos bloques se podrían asignar entonces a otros archivos. La solución es forzar que el contador de enlaces del nodo-i sea igual al número de entradas del directorio. También se pueden hacer verificaciones heurísticas, por ej.: Cada nodo-i tiene un modo, pero algunos modos son válidos aunque extraños: Ej.: Se prohibe el acceso al propietario y todo su grupo, pero se permite a los extraños leer, escribir y ejecutar el archivo. La verificación debería detectar e informar de estas situaciones. Se debería informar como sospechosos aquellos directorios con excesivas entradas, por ej., más de mil. Inicio: Fin: Desempeño del Sistema de Archivos
El acceso al disco es mucho más lento que el acceso a la memoria:
Los tiempos se miden en milisegundos y en nanosegundos respectivamente. Se debe reducir el número de accesos a disco. La técnica más común para reducir los accesos a disco es el bloque caché o buffer caché[23, Tanenbaum]: Se utiliza el término ocultamiento para esta técnica (del francés “cacher”: ocultar). Un caché es una colección de bloques que pertenecen desde el punto de vista lógico al disco, pero que se mantienen en memoria por razones de rendimiento. Uno de los algoritmos más comunes para la administración del caché es el siguiente: Verificar todas las solicitudes de lectura para saber si el bloque solicitado se encuentra en el caché. En caso afirmativo, se satisface la solicitud sin un acceso a disco. En caso negativo, se lee para que ingrese al caché y luego se copia al lugar donde se necesite. Cuando hay que cargar un bloque en un caché totalmente ocupado: Hay que eliminar algún bloque y volverlo a escribir en el disco en caso de que haya sido modificado luego de haberlo traído del disco. Se plantea una situación muy parecida a la paginación y se resuelve con algoritmos similares. Se debe considerar la posibilidad de una falla total del sistema y su impacto en la consistencia del sistema de archivos: Si un bloque crítico, como un bloque de un nodo-i, se lee en el caché y se modifica, sin volverse a escribir en el disco, una falla total del sistema dejará al sistema de archivos en un estado inconsistente. Se deben tener en cuenta los siguientes factores: ¿ Es posible que el bloque modificado se vuelva a necesitar muy pronto ?: Los bloques que se vayan a utilizar muy pronto, como un bloque parcialmente ocupado que se está escribiendo, deberían permanecer un “largo tiempo”. ¿ Es esencial el bloque para la consistencia del sistema de archivos ?: Si es esencial (generalmente lo será si no es bloque de datos) y ha sido modificado, debe escribirse en el disco de inmediato: Se reduce la probabilidad de que una falla total del sistema haga naufragar al sistema de archivos. Se debe elegir con cuidado el orden de escritura de los bloques críticos. No es recomendable mantener los bloques de datos en el caché durante mucho tiempo antes de reescribirlos. La solución de algunos S. O. consiste en tener una llamada al sistema que fuerza una actualización general a intervalos regulares de algunos segundos (por ej. 30). Otra solución consiste en escribir los bloques modificados (del caché) al disco, tan pronto como haya sido escrito (el caché):
Se dice que se trata de cachés de escritura. Requiere más e / s que otros tipos de cachés. Una técnica importante para aumentar el rendimiento de un sistema de archivos es la reducción de la cantidad de movimientos del brazo del disco (mecanismo de acceso): Se deben colocar los bloques que probablemente tengan un acceso secuencial, próximos entre sí, preferentemente en el mismo cilindro. Los nodos-i deben estar a mitad del disco y no al principio, reduciendo a la mitad el tiempo promedio de búsqueda entre el nodo-i y el primer bloque del archivo. Inicio: Fin: Descriptor de Archivos
El descriptor de archivos o bloque de control de archivos es un bloque de control que contiene información que el sistema necesita para administrar un archivo [7, Deitel].
Es una estructura muy dependiente del sistema.
Puede incluir la siguiente información:
Nombre simbólico del archivo. Localización del archivo en el almacenamiento secundario. Organización del archivo (método de organización y acceso). Tipo de dispositivo. Datos de control de acceso. Tipo (archivo de datos, programa objeto, programa fuente, etc.). Disposición (permanente contra temporal). Fecha y tiempo de creación. Fecha de destrucción. Fecha de la última modificación. Suma de las actividades de acceso (número de lecturas, por ejemplo). Los descriptores de archivos suelen mantenerse en el almacenamiento secundario; se pasan al almacenamiento primario al abrir el archivo. El descriptor de archivos es controlado por el sistema de archivos; el usuario puede no hacer referencia directa a él.
Inicio: Fin:
Seguridad
De esta manera se evitan las consecuencias generalmente catastróficas de la pérdida de los sistemas de archivos.
Las pérdidas se pueden deber a problemas de hardware, software, hechos externos, etc.
Manejo de un bloque defectuoso:
Se utilizan soluciones por hardware y por software.
La solución en hardware:
Consiste en dedicar un sector del disco a la lista de bloques defectuosos. Al inicializar el controlador por primera vez: Lee la “lista de bloques defectuosos”. Elige un bloque (o pista) de reserva para reemplazar los defectuosos. Registra la asociación en la lista de bloques defectuosos. En lo sucesivo, las solicitudes del bloque defectuoso utilizarán el de repuesto. La solución en software: Requiere que el usuario o el sistema de archivos construyan un archivo con todos los bloques defectuosos. Se los elimina de la “lista de bloques libres”. Se crea un “archivo de bloques defectuosos”: Esta constituido por los bloques defectuosos. No debe ser leído ni escrito. No se debe intentar obtener copias de respaldo de este archivo. Respaldos (copias de seguridad o de back-up): Es muy importante respaldar los archivos con frecuencia.
Los respaldos pueden consistir en efectuar copias completas del contenido de los discos (flexibles o rígidos).
Una estrategia de respaldo consiste en dividir los discos en áreas de datos y áreas de respaldo, utilizándolas de a pares:
Se desperdicia la mitad del almacenamiento de datos en disco para respaldo. Cada noche (o en el momento que se establezca), la parte de datos de la unidad 0 se copia a la parte de respaldo de la unidad 1 y viceversa. Otra estrategia es el vaciado por incrementos o respaldo incremental : Se obtiene una copia de respaldo periódicamente (por ej.: una vez por mes o por semana), llamada copia total. Se obtiene una copia diaria solo de aquellos archivos modificados desde la última copia total; en estrategias mejoradas, se copian solo aquellos archivos modificados desde la última vez que dichos archivos fueron copiados. Se debe mantener en el disco información de control como una “lista de los tiempos de copiado” de cada archivo, la que debe ser actualizada cada vez que se obtienen copias de los archivos y cada vez que los archivos son modificados. Puede requerir una gran cantidad de cintas de respaldo dedicadas a los respaldos diarios entre respaldos completos. Consistencia del sistema de archivos: Muchos sistemas de archivos leen bloques, los modifican y escriben en ellos después.
Si el sistema falla antes de escribir en los bloques modificados, el sistema de archivos puede quedar en un “estado inconsistente”.
La inconsistencia es particularmente crítica si alguno de los bloques afectados son:
Bloques de nodos-i. Bloques de directorios. Bloques de la lista de bloques libres. La mayoría de los sistemas dispone de un programa utilitario que verifica la consistencia del sistema de archivos: Se pueden ejecutar al arrancar el sistema o a pedido. Pueden actuar sobre todos o algunos de los discos. Pueden efectuar verificaciones a nivel de bloques y a nivel de archivos. La consistencia del sistema de archivos no asegura la consistencia interna de cada archivo, respecto de su contenido. Generalmente pueden verificar también el sistema de directorios y / o de bibliotecas. Generalmente los utilitarios utilizan dos tablas: Tabla de bloques en uso. Tabla de bloques libres. Cada bloque debe estar referenciado en una de ellas. Si un bloque no aparece en ninguna de las tablas se trata de una falla llamada bloque faltante: No produce daños pero desperdicia espacio en disco. Se soluciona añadiendo el bloque a la tabla de bloques libres. También podría detectarse la situación de falla debida a un bloque referenciado dos veces en la tabla de bloques libres: Esta falla no se produce en los sistemas de archivos basados en mapas de bits, sí en los basados en tablas o listas. La solución consiste en depurar la tabla de bloques libres. Una falla muy grave es que el mismo bloque de datos aparezca referenciado dos o más veces en la tabla de bloques en uso: Como parte del mismo o de distintos archivos. Si uno de los archivos se borra, el bloque aparecería en la tabla de bloques libres y también en la de bloques en uso. Una solución es que el verificador del sistema de archivos: Asigne un bloque libre. Copie en el bloque libre el contenido del bloque conflictivo. Actualice las tablas afectando el bloque copia a alguno de los archivos. Agregue el bloque conflictivo a la tabla de bloques libres. Informe al usuario para que verifique el daño detectado y la solución dada. Otro error posible es que un bloque esté en la tabla de bloques en uso y en la tabla de bloques libres: Se soluciona eliminándolo de la tabla de bloques libres. Las verificaciones de directorios incluyen controles como: Número de directorios que apuntan a un nodo-i con los contadores de enlaces almacenados en los propios nodos-i; en un sistema consistente de archivos deben coincidir. Una posible falla es que el contador de enlaces sea mayor que el número de entradas del directorio: Aunque se eliminaran todos los archivos de los directorios el contador sería distinto de cero y no se podría eliminar el nodo-i. No se trata de un error serio pero produce desperdicio de espacio en disco con archivos que no se encuentran en ningún directorio. Se soluciona haciendo que el contador de enlaces en el nodo-i tome el valor correcto; si el valor correcto es 0, el archivo debe eliminarse. Otro tipo de error es potencialmente catastrófico: Si dos entradas de un directorio se enlazan a un archivo, pero el nodo-i indica que solo existe un enlace, entonces, al eliminar cualquiera de estas entradas de directorio, el contador del nodo-i tomará el valor 0. Debido al valor 0 el sistema de archivos lo señala como no utilizado y libera todos sus bloques. Uno de los directorios apunta hacia un nodo-i no utilizado, cuyos bloques se podrían asignar entonces a otros archivos. La solución es forzar que el contador de enlaces del nodo-i sea igual al número de entradas del directorio. También se pueden hacer verificaciones heurísticas, por ej.: Cada nodo-i tiene un modo, pero algunos modos son válidos aunque extraños: Ej.: Se prohibe el acceso al propietario y todo su grupo, pero se permite a los extraños leer, escribir y ejecutar el archivo. La verificación debería detectar e informar de estas situaciones. Se debería informar como sospechosos aquellos directorios con excesivas entradas, por ej., más de mil. Inicio: Fin: Desempeño del Sistema de Archivos
El acceso al disco es mucho más lento que el acceso a la memoria:
Los tiempos se miden en milisegundos y en nanosegundos respectivamente. Se debe reducir el número de accesos a disco. La técnica más común para reducir los accesos a disco es el bloque caché o buffer caché[23, Tanenbaum]: Se utiliza el término ocultamiento para esta técnica (del francés “cacher”: ocultar). Un caché es una colección de bloques que pertenecen desde el punto de vista lógico al disco, pero que se mantienen en memoria por razones de rendimiento. Uno de los algoritmos más comunes para la administración del caché es el siguiente: Verificar todas las solicitudes de lectura para saber si el bloque solicitado se encuentra en el caché. En caso afirmativo, se satisface la solicitud sin un acceso a disco. En caso negativo, se lee para que ingrese al caché y luego se copia al lugar donde se necesite. Cuando hay que cargar un bloque en un caché totalmente ocupado: Hay que eliminar algún bloque y volverlo a escribir en el disco en caso de que haya sido modificado luego de haberlo traído del disco. Se plantea una situación muy parecida a la paginación y se resuelve con algoritmos similares. Se debe considerar la posibilidad de una falla total del sistema y su impacto en la consistencia del sistema de archivos: Si un bloque crítico, como un bloque de un nodo-i, se lee en el caché y se modifica, sin volverse a escribir en el disco, una falla total del sistema dejará al sistema de archivos en un estado inconsistente. Se deben tener en cuenta los siguientes factores: ¿ Es posible que el bloque modificado se vuelva a necesitar muy pronto ?: Los bloques que se vayan a utilizar muy pronto, como un bloque parcialmente ocupado que se está escribiendo, deberían permanecer un “largo tiempo”. ¿ Es esencial el bloque para la consistencia del sistema de archivos ?: Si es esencial (generalmente lo será si no es bloque de datos) y ha sido modificado, debe escribirse en el disco de inmediato: Se reduce la probabilidad de que una falla total del sistema haga naufragar al sistema de archivos. Se debe elegir con cuidado el orden de escritura de los bloques críticos. No es recomendable mantener los bloques de datos en el caché durante mucho tiempo antes de reescribirlos. La solución de algunos S. O. consiste en tener una llamada al sistema que fuerza una actualización general a intervalos regulares de algunos segundos (por ej. 30). Otra solución consiste en escribir los bloques modificados (del caché) al disco, tan pronto como haya sido escrito (el caché):
Se dice que se trata de cachés de escritura. Requiere más e / s que otros tipos de cachés. Una técnica importante para aumentar el rendimiento de un sistema de archivos es la reducción de la cantidad de movimientos del brazo del disco (mecanismo de acceso): Se deben colocar los bloques que probablemente tengan un acceso secuencial, próximos entre sí, preferentemente en el mismo cilindro. Los nodos-i deben estar a mitad del disco y no al principio, reduciendo a la mitad el tiempo promedio de búsqueda entre el nodo-i y el primer bloque del archivo. Inicio: Fin: Descriptor de Archivos
El descriptor de archivos o bloque de control de archivos es un bloque de control que contiene información que el sistema necesita para administrar un archivo [7, Deitel].
Es una estructura muy dependiente del sistema.
Puede incluir la siguiente información:
Nombre simbólico del archivo. Localización del archivo en el almacenamiento secundario. Organización del archivo (método de organización y acceso). Tipo de dispositivo. Datos de control de acceso. Tipo (archivo de datos, programa objeto, programa fuente, etc.). Disposición (permanente contra temporal). Fecha y tiempo de creación. Fecha de destrucción. Fecha de la última modificación. Suma de las actividades de acceso (número de lecturas, por ejemplo). Los descriptores de archivos suelen mantenerse en el almacenamiento secundario; se pasan al almacenamiento primario al abrir el archivo. El descriptor de archivos es controlado por el sistema de archivos; el usuario puede no hacer referencia directa a él.
Inicio: Fin:
Seguridad
Los sistemas de archivos generalmente contienen información muy valiosa para sus usuarios, razón por la que los sistemas de archivos deben protegerla [23, Tanenbaum].
El Ambiente de Seguridad
Se entenderá por seguridad a los problemas generales relativos a la garantía de que los archivos no sean leídos o modificados por personal no autorizado; esto incluye aspectos técnicos, de administración, legales y políticos.
Se consideraran mecanismos de protección a los mecanismos específicos del sistema operativo utilizados para resguardar la información de la computadora.
La frontera entre seguridad y mecanismos de protección no está bien definida.
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