T3 Introducción A Los So

Tema 3: Introducción a los SO

ÍNDICE 1. INTRODUCCIÓN........................................................................................................ 3 SO POR SUS SERVICIOS .................................................................................................. 4 SO POR SU ESTRUCTURA ................................................................................................ 6 2. FUNCIONES DEL SO................................................................................................. 7 GESTIÓN DE PROCESOS .................................................................................................. 7 Implementación ........................................................................................................ 8 Estados ..................................................................................................................... 9 Planificación de procesos......................................................................................... 9 Ejercicios ................................................................................................................ 15 Sincronización y bloqueo entre procesos ............................................................... 19 Interbloqueos .......................................................................................................... 21 GESTIÓN DE MEMORIA ................................................................................................. 22 Asignación contigua ............................................................................................... 22 Asignación no Contigua ......................................................................................... 27 Memoria Virtual ..................................................................................................... 32 Ejercicios ................................................................................................................ 34 Gestión de memoria en Unix/Linux ........................................................................ 39 Protección de memoria........................................................................................... 40 GESTIÓN DE DISPOSITIVOS DE E/S ............................................................................... 41 Técnicas de transferencia....................................................................................... 42 GESTIÓN DEL SISTEMA DE FICHEROS............................................................................ 43 Nombre de los archivos .......................................................................................... 43 Tipos de archivos.................................................................................................... 44 Atributos de los archivos ........................................................................................ 45 Sistemas de archivos............................................................................................... 46 Tipos de sistemas de archivos ................................................................................ 50 Ejercicios (Gestión de Procesos) .............................¡Error! Marcador no definido.

Introducción a los SO

1. Introducción El SO es el SW básico del ordenador. Es un conjunto de programas que controlan directamente el HW del ordenador, proporcionando una interfaz, sencilla de utilizar, que facilite el manejo del mismo. Por ejemplo, no tenemos por qué saber exactamente en qué parte del disco duro tenemos guardado cada documento que hemos creado, ya que es el SO el que se encarga de hacerlo. El SO se carga una vez que la BIOS reconoce a la CPU, la memoria, las unidades de disco y cualquier otro dispositivo conectado al ordenador como el teclado, el ratón, la impresora, etc., verificando así que no existen errores de conexión y que todos los dispositivos se han reconocido y trabajan correctamente. A este primer diagnóstico se le denomina POST. Los objetivos que persigue un SO son dos: •

Hacer cómoda la utilización de una computadora.

•

Utilizar los recursos HW de la computadora (procesador, memoria, dispositivos, etc.) de forma eficiente.

Empezaremos el tema viendo los diferentes tipos de sistema operativos. Básicamente se cubrirán dos clasificaciones: SO por su estructura y SO por los servicios que ofrece.

3

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SO por sus servicios Esta clasificación es la más usada y conocida por el usuario final: •

Dependiendo del número de usuarios que puedan explotar simultáneamente el sistema, este puede ser: o Monousuario: soportan un usuario a la vez. Todos los dispositivos HW están a disposición de ese usuario y no pueden ser utilizados por otros hasta que este no finalice su uso. No importa el número de procesadores o el número de procesos que el usuario pueda ejecutar simultáneamente. o Multiusuarios: son capaces de dar servicio a más de un usuario a la vez, compartiendo CPU y recursos del sistema simultáneamente. Los usuarios pueden utilizar el ordenador principal de la siguiente manera: mediante terminales tontos (monitor y teclado), o bien mediante ordenadores cliente conectados al servidor. No importa el número de procesadores ni de procesos ejecutados.

•

Dependiendo

del

número

de

procesos

que

se

puedan

ejecutar

simultáneamente. Un ordenador que tenga un único procesador sólo puede realizar una tarea por vez, por ello habrá que matizar la palabra simultáneamente: o Monotarea o monoprogramado: sólo se puede cargar en memoria principal un proceso, aquel que se va a ejecutar. Los recursos del sistema estarán disponible al programa hasta que finalice su ejecución. Un SO monotarea puede ser multiusuario, varios usuarios pueden intentar ejecutar sus programas en el mismo ordenador de forma simultánea, aunque no es lo habitual. En este caso el SO dispondrá de listas de procesos, e irá asignado prioridades a cada uno de los mismos. o Multitarea: varios procesos están cargados simultáneamente en memoria principal. Cuando sólo se dispone de un procesador, se debe dividir el tiempo de uso del procesador entre todos aquellos procesos que se deseen ejecutar. Así todos los procesos tardarán individualmente más tiempo en ejecutarse, pero comparándolo con la monotarea, el tiempo

4

Introducción a los SO medio de espera será mucho menor. Únicamente si el sistema es multiprocesador la concurrencia es real. •

Dependiendo del número de procesadores que se puedan utilizar simultáneamente: o Monoproceso: es capaz de manejar solamente un procesador, de manera que si tuviese más sería inútil. En estos SO los procesos irán alternando su ocupación en la CPU, como ya se ha comentado. El ordenador que tenga instalado este tipo de SO puede ser monotarea o multitarea, monousuario o multiusuario. o Multiproceso: en caso de que la computadora tenga más de un procesador, es capaz de usarlo simultáneamente para distribuir su carga de trabajo. Estos sistema trabajan de dos formas: ƒ

Asimétrica: el SO reparte las tareas, que está realizando, entre los procesadores. Determinados procesos los ejecutará siempre un procesador, y el otro procesador sólo se utilizará para realizar procesos de usuario. En este caso, es posible que un proceso esté siempre trabajando y el otro, en ocasiones, sin actividad.

ƒ

Simétrica: los procesos son enviados indistintamente a cualquiera de los procesadores disponibles.

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Introducción a los SO

SO por su estructura Los primeros SO se denominaron monolíticos: el SO era un solo programa, que una vez creado e instalado era prácticamente imposible de modificar. Cuando los diseñadores del SO, por necesidades específicas, querían introducir modificaciones en él, la labor era realmente complicada, ya que era necesario volver a configurar todo el SO. Ejemplo: programación convencional vs. programación estructurada. Actualmente los SO se organizan en capas, concretamente en 5 niveles o capas. Cada uno de estos niveles se comunica con el nivel inmediatamente inferior y superior, de tal forma que todos ellos están coordinados y pueden conseguir el objetivo del SO. Veamos cada una de esas capas: •

Nivel 1, gestión del procesador: en este nivel se encuentra la parte del SO encargada de gestionar la CPU. En los SO multiproceso o multitarea, este nivel, se encarga de compartir la CPU entre los distintos procesos que desean ejecutarse.

•

Nivel 2, gestión de memoria: este nivel es el encargado de repartir la memoria disponible entre los procesos. Se realizan funciones de asignación y liberación de memoria, así como de proteger la zona de memoria ocupada por un proceso para que no sea ocupada por otro diferente.

•

Nivel 3,

gestión de procesos: este nivel se encarga de la creación y

destrucción de los procesos, intercambio de mensajes y detección y arranque de los mismos. •

Nivel 4, gestión de dispositivos: encargado de gestionar las entradas y salidas (E/S): asignación y liberación de dispositivos de E/S, y planificación de la E/S.

•

Nivel 5, gestión de información: en este nivel el SO gestiona los nombres de archivos, directorios, atributos de los mismos, protección de acceso, etc. Se crean, destruyen y modifican archivos y directorios.

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2. Funciones del SO En concordancia con la estructura por niveles del SO, es posible analizar las funciones principales del mismo. Algunas de las funciones principales de un SO son: •

Gestión de procesos.

•

Gestión de memoria.

•

Gestión de los dispositivos de E/S.

•

Gestión del sistema de archivos.

•

Gestión de la red.

•

Protección.

En este tema trataremos los cuatro primeros servicios.

Gestión de procesos Un proceso se puede definir como un programa en ejecución. Presenta las siguientes características: •

Para iniciar su ejecución debe estar cargado en memoria y tener asignado todos los recursos que necesite.

•

Está protegido, ningún otro proceso puede escribir en la zona de memoria perteneciente a ese proceso.

•

Puede pertenecer al usuario o ser propio del sistema operativo.

No hay que confundir proceso con programa, un programa no es un proceso siempre y cuando no esté en ejecución. Por ejemplo, Microsoft Word será simplemente un archivo almacenado en el disco duro si no se está ejecutando. Una vez se ejecute, el archivo Microsoft Word seguirá donde estaba originalmente, pero las instrucciones necesarias para su ejecución se habrán cargado en memoria. Una vez que se está ejecutando el programa, se convierte en proceso.

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Implementación Cada vez que un programa se convierte en proceso, es decir, cada vez que se ejecuta, además de ubicarse en memoria las instrucciones que permiten su ejecución, se le asocia una estructura de datos. Esta estructura de datos es única para cada proceso, y lo identifica de forma inequívoca, en ella se almacena información necesaria sobre el proceso, para asegurar una correcta ejecución. A esta estructura de datos se le conoce con el nombre de Bloque de Control de Procesos o PCB. Cada PCB contiene básicamente los siguientes datos: •

Identificador del proceso: a cada proceso dependiendo del SO se le asocia un PID o código de identificador de proceso. Este código es normalmente un número que el propio SO asigna. Se utilizará para identificarlo.

•

Prioridad del proceso: cada proceso tiene asociada una prioridad, de forma que, en cualquier instante, el proceso que mayor prioridad tiene asignada, de entre los que están en estado ESPERANDO, es el que se ejecutará. La prioridad de cada proceso la asigna automáticamente el SO. Esta prioridad puede ser modificada por los usuarios con privilegios para ello (normalmente el dueño de un proceso puede modificar la prioridad del mismo, y el administrador podrá modificar la prioridad de cualquier proceso de todos los usuarios. En Windows XP desde el administrador de tareas Ctrl+Alt+Supr).

•

Ubicación en memoria: el SO deberá ubicar cada proceso en una zona independiente de memoria, la forma que tiene de elegir esta zona será estudiada en la parte de gestión de memoria.

•

Recursos utilizados: cada proceso debe tener a su disposición determinados recursos para poder ejecutarse (discos, impresoras, procesador, etc.).

•

Estado del proceso.

•

Información sobre el planificador de la CPU.

•

...

8

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Estados El estado de un proceso viene definido por su actividad actual, va cambiando a medida que se ejecuta el proceso. A continuación se muestra un diagrama con los posibles estados y transiciones entre ellos:

Escogido por el Planificador

Preparado

Salida

Ejecución

Terminado

Interrupción E/S o evento completado

E/S o esperando un evento

Suspendido

•

Preparado-Ejecución: un proceso es escogido por el planificador para ejecución.

•

Ejecución-Preparado: el proceso ejecutado abandona involuntariamente el procesador bien porque ha consumido el tiempo que tenía asignado o porque otro proceso más prioritario está preparado. En ambos casos el proceso en ejecución se interrumpe y es expulsado.

•

Ejecución-Suspendido: el proceso ejecutado abandona voluntariamente el procesador porque tiene que esperar a que se produzca un evento externo (finalización de una operación de E/S, por ejemplo).

•

Suspendido-Preparado: el evento que estaba esperando el proceso suspendido ha finalizado, por tanto puede pasar al estado de preparado.

•

Ejecución-Terminado: el proceso ha terminado su ejecución o ha sido eliminado.

Planificación de procesos Una CPU no puede ejecutar dos o más procesos a la vez. Dada la elevada rapidez a la que se ejecutan los procesos, el usuario aprecia que los procesos se ejecutan simultáneamente, aunque la CPU los ejecute secuencialmente. Para dar la apariencia de ejecución simultánea de varios procesos, el tiempo de CPU se debe repartir entre los procesos a ejecutar, de modo que cada proceso tendrá disponible un intervalo de tiempo

9

Introducción a los SO de la CPU durante el cuál podrá ejecutarse. Un proceso pierde la CPU debido a los siguientes motivos: •

Se recibe una interrupción (por ejemplo ha consumido el quantum de tiempo).

•

El proceso termina.

•

Realiza una llamada al sistema que lo bloquea (operación de E/S).

Cuando un proceso se detiene temporalmente, deberá reiniciarse después, exactamente en el mismo estado en que se encontraba cuando se detuvo. El SO guarda el estado en el que se encontraba la tarea, guardando el contenido de los registros del procesador y los reemplaza con los valores de la próxima tarea a ejecutar. Este cambio de contenido da lugar a lo que se llama cambio de contexto, este cambio requiere un tiempo muy pequeño en comparación al tiempo que se le asigna a cada tarea para su ejecución. La operación de cambio la realiza un componente del SO llamado dispatcher. En esta operación se salva el contexto del proceso en su PCB. La parte del SO encargada de seleccionar el siguiente proceso para ejecución se llama planificador, y el algoritmo que utiliza para seleccionar, algoritmo de planificación.

Cola de procesos preparados CPU

Recursos Cola de procesos esperando recursos

Algoritmos de Planificación El objetivo de un algoritmo de planificación es elegir de entre los procesos en la cola de preparados, aquel al que se le asignará la CPU.

10

Introducción a los SO •

FCFS o FIFO (First Come/In First Server/Out): primero en entrar primero en salir. Es el más sencillo de implementar. Escoge el que lleva más tiempo en la cola de preparados. Continuará en estado de ejecución hasta que lo abandone voluntariamente. El principal inconveniente es que los tiempos de respuesta variarán fuertemente según el orden de llegada a la CPU de los procesos.

Ejemplo: Tenemos tres procesos con distintos tiempos de procesamiento: proceso 1 con 18 unidades, proceso 2 con 6 unidades, proceso 3 con 6 unidades. Si lo ejecutamos aplicando el algoritmo FIFO:

Supongamos que el orden de llegada de los procesos es el siguiente: PROCESO 1 --------------- PROCESO 2 --------------- PROCESO 3 Estudiando el tiempo medio de retorno, es decir, el tiempo medio que se tarda en finalizar un proceso, tendremos: (18 + 24 + 30) / 3 = 24

Si ahora el orden de llegada de los procesos es otro: PROCESO 2 --------------- PROCESO 3 --------------- PROCESO 1 El tiempo medio de retorno será: (6 + 12 + 30) / 3 = 16. Los procesos están menos tiempo esperando. Se observa que, utilizando el algoritmo FIFO, si apareciera una tarea crítica que requiriese atención inmediata, esta tendría que esperar a la finalización de las tareas en cola.

Proceso Ciclo llegada Ciclos CPU Prioridad A

0

3

3

B

2

6

1

C

4

4

3

D

6

5

4

E

8

2

2

11

Introducción a los SO A X X X B

E X X X X X X E E E E E X X X X

C

E E E E E E E X X X X X

D

E E E E E E E E E E X X

E

0 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16 17 18 19 Tme = (0 + 1 + 5 + 7 + 10) / 5 = 4.6 Tmr = (3 + 7 + 9 + 12 + 12) / 5 = 8,6 •

STF o SJF (Shortest Task/Job First): El planificador da prioridad a los procesos con rachas de CPU cortas para ejecutarlos en el menor tiempo posible. Si se está ejecutando un proceso y llega otro, independientemente de la duración del nuevo, el proceso que se está ejecutando finalizará. A continuación, el siguiente proceso que pasará a ejecución será el más corto de los que haya en la cola de espera. Si hay varios procesos de igual duración aplicamos una política FIFO para seleccionar uno de ellos. Con este algoritmo se favorecen los procesos con más E/S. El problema que puede presentarse es que se produzca inanición, es decir, que vayan entrando los procesos cortos y los procesos largos no se ejecuten nunca. Partiendo del mismo ejemplo anterior: A X X X B

E X X X X X X E E E E E E E X X X X

C

E E E E E E E E E X X X X X

D

E X X

E

0 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16 17 18 19 Tme = (0 + 1 + 7 + 9 + 1) / 5 = 3.6 Tmr = (3 + 7 + 11 + 14 + 3) / 5 = 7,6 •

SRTF: es una versión del STF, pero en este caso se asignará la CPU a aquel proceso que le quede menos tiempo de CPU para ejecutarse. Es un algoritmo expulsivo. 12

Introducción a los SO Partiendo del mismo ejemplo anterior: A X X X E X E E E E E E X X X X X

B

X X X X

C

E E E E E E E E E X X X X X

D

X X

E

0 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16 17 18 19 Tme = (0 + 7 + 0 + 9 + 0) / 5 = 3.2 Tmr = (3 + 13 + 4 + 14 + 2) / 5 = 7,2 •

Round Robin: uno de los algoritmos más sencillo, justo y utilizado. No se establecen prioridades, cada proceso tiene asignado un quantum de tiempo durante el cual podrá ejecutarse, si se cumple ese tiempo y la tarea no ha concluido, se da paso al siguiente proceso y el proceso no finalizado pasa al final de la cola de preparados. Esta cola se gestiona con una cola FIFO. El inconveniente es escoger un quantum adecuado, ni demasiado grande porque degeneraría en FCFS, ni demasiado pequeño porque el coste en cambios de contexto sería importante. P4

P3

P2

P1

Partiendo del mismo ejemplo anterior con q = 2: A X X E E X B C D E

X X E E E X X E E E E E E X X E X X E E E E X X E E E X X E E E E E E X X X E E E E E X X 0 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16 17 18 19

Tme = (2 + 9 + 5 + 9 + 5) / 5 = 6

Tmr = (5 + 15 + 9 + 14 + 7) / 5 = 10

13

Introducción a los SO •

Prioridades: cada proceso tiene asignada una prioridad, de forma que el planificador selecciona el proceso con más prioridad de la cola de preparados. Procesos con igual prioridad se seleccionan con FIFO. Existe una versión expulsiva y otra no expulsiva. Expulsiva significa que si se está ejecutando un proceso de prioridad media y entra un proceso de prioridad mayor, se requisa la CPU al primer proceso y se la entrega al proceso de mayor prioridad. Las prioridades pueden ser estáticas o dinámicas, en función de si un proceso mantiene o no la misma prioridad a lo largo de su vida. Partiendo del mismo ejemplo anterior con prioridad mayor igual a 1, expulsiva: A X X E E E E E E E E X B C D E

X X X X X X E E E E E E E X X X X E E E E E E E E E X X X X X X X 0 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16 17 18 19

Tme = (8 + 0 + 7 + 9 + 0) / 5 = 4,8 Tmr = (11 + 6 + 11 + 14 + 2) / 5 = 8,8 •

Cola multinivel: un algoritmo de planificación de colas de múltiples niveles, divide la cola de procesos listos en diversas colas. Cada cola tiene su propio algoritmo de planificación, por ejemplo una cola puede planificarse con un algoritmo RR, mientras que otra puede planificarse con un algoritmo FCFS. Debe existir además una planificación entre colas, la cual generalmente es una planificación apropiativa o no expulsiva de prioridades fija. Planificación de colas con realimentación significa que se permite que un proceso se mueva de una cola a otra.

14

Introducción a los SO

Este algoritmo de planificación es el utilizado por la mayoría de SO actuales. A pesar de ser el esquema más general, también es el más complejo.

¿Cómo seleccionamos un algoritmo de planificación? Como ya hemos visto, existen diversos algoritmos de planificación, cada uno con sus propios parámetros, por lo que resulta difícil efectuar una selección. La forma más sencilla de hacerlo es calcular los tiempos de espera (espera en la cola de preparados), y los tiempos de respuesta (tiempo que transcurre desde que el proceso entra en el sistema hasta que es capaz de proporcionarme un resultado), una vez obtenidos los resultados comparamos los valores.

Ejercicios i) Un sistema tiene los siguientes recursos: una CPU, dos discos y una impresora. Existen dos tipos de trabajos según las necesidades de utilización de los recursos: •

Tipo1: 13 unidades de tiempo repartidas del siguiente modo: 1 para CPU, 3 para disco1, 2 para CPU, 6 para impresora y 1 para CPU.

•

Tipo2: 16 unidades de tiempo repartidas del siguiente modo: 6 para CPU, 1 para disco1, 3 para CPU, 2 para disco 2, 1 para CPU, 1 para impresora y 2 para CPU.

Suponiendo que en el sistema hay un trabajo de cada tipo, calcular el tiempo medio de respuesta en el sistema y el tiempo de espera para cada trabajo con los siguientes algoritmos de planificación de la CPU: •

FCFS 15

Introducción a los SO •

Prioridad expulsiva (mayor la del proceso 1)

•

RR con quatum q = 1

ii) Dada la siguiente situación en un sistema de planificación con prioridades expulsivas:

PROCESO

LLEGADA

CPU

PRIORIDAD

A

0

8

5

B

3

4

7

C

6

2

9

D

10

3

8

E

15

6

1

F

17

4

5

Suponiendo que las prioridades son crecientes con su valor, obtener el diagrama de ocupación de la CPU, el tiempo medio de retorno y el de espera de los procesos. iii) Suponiendo los siguientes procesos a ejecutar en el sistema:

PROCESO

LLEGADA

CPU

A

0

3

B

1

5

C

3

2

D

9

5

E

12

5

Se pide dibujar el diagrama de ocupación de la CPU, e indicar los tiempos medios de respuesta y espera para las siguientes estrategias de planificación: •

RR con q = 2

•

Colas multinivel con realimentación, donde cada cola se gestiona como un RR de q = 2i, y la llegada de un proceso a una cola más prioritaria nunca interrumpe la ejecución de un proceso.

16

Introducción a los SO Un proceso de una cola (i) pasa a pertenecer a otra cola (i + 1) cuando agota su quantum q sin finalizar su ejecución. La cola por la que entran los procesos nuevos es la 0, siendo esta la más prioritaria.

C0 Æ q = 20 = 1

C1 Æ q = 21 = 2

CPU

C2 Æ q = 22 = 4

iv) Este algoritmo es una versión modificada del RR tradicional que da mejor servicio a los procesos que ya se han ejecutado, durante un cierto periodo de tiempo, que a los recién llegados. La cola de preparados se divide en dos: una de procesos NUEVOS y otra de ACEPTADOS. Se escoge siempre para ejecución un proceso de la cola de ACEPTADOS, mediante una estrategia Round Robin con q = 1, y los procesos que llegan al sistema se esperan en la cola de NUEVOS hasta que pueden pasar a la de ACEPTADOS. Cuando un proceso llega al sistema su prioridad es 0, y a cada unidad de tiempo el algoritmo recalcula las prioridades para todos los procesos de la forma siguiente: •

Si un proceso está en la cola de NUEVOS, se incrementa su prioridad en 2.

•

Si un proceso está en la cola de ACEPTADOS, se incrementa su prioridad en 1.

Cuando la prioridad de un proceso NUEVO se hace mayor o igual a la de cualquier proceso de la cola de ACEPTADOS, el proceso NUEVO se inserta en ella. En caso de que se vacíe la cola de ACEPTADOS, se introduce en

17

Introducción a los SO ella el proceso más prioritario de la cola de NUEVOS. Un proceso es más prioritario cuanto mayor es su valor numérico asociado. Suponiendo la siguiente situación:

PROCESO

LLEGADA

CPU

A

0

5

B

1

4

C

3

2

D

9

6

E

11

3

Representar el diagrama de ocupación de la CPU y calcular los tiempos medios de espera y retorno en el sistema.

NUEVOS

ACEPTADOS RR q = 1

CPU

18

Introducción a los SO

Sincronización y bloqueo entre procesos Hasta ahora hemos hablado de procesos como entidades independientes: •

No comparten estado.

•

Su ejecución es determinista, es decir la ejecución del mismo proceso con los mismos datos produce los mismos resultados.

•

Cada proceso avanza a un ritmo arbitrario.

Suele ocurrir en multiprogramación que varios procesos necesiten utilizar las mismas variables de memoria, por ejemplo, estaremos hablando en ese caso de procesos cooperantes.

Esta fase de ejecución del proceso es lo que se conoce como sección crítica: aquella en la que el SO tiene que sincronizar los procesos para asegurar una ejecución ordenada.

Ejemplo de sección crítica 19

Introducción a los SO Otro ejemplo puede ser un programa que accede a una variable de memoria y modifica su contenido. Supongamos que ese programa necesitara ese valor posteriormente. Si, entre tanto, la CPU asigna su tiempo de ejecución a un proceso nuevo, y este necesita tomar el valor de esa misma variable para modificarlo, cuando el primer proceso vuelva a ejecución no encontrará el valor deseado, y se producirán conflictos y errores en la ejecución de los procesos. El hecho de que dos o más procesos se ejecuten de forma concurrente, implica que cada uno de ellos estará en un estado diferente. La sincronización implica que dos o más procesos concurrentes no podrán utilizar los mismos recursos en el mismo instante de tiempo. Por ello, algunos procesos estarán en ejecución mientras otros están bloqueados. Por tanto, la sección crítica debe ejecutarse en exclusión mutua. La exclusión mutua es un mecanismo por el que se asegura que sólo un proceso estará haciendo algo en un instante determinado y los otros estarán excluidos. Para lograr la exclusión mutua se usan algunas técnicas para lograr entrar a la sección crítica, como es el caso de los semáforos. Mecanismos de sincronización. Semáforos Un semáforo S es una variable entera a la que, salvo por la asignación de valores iniciales, sólo puede accederse mediante dos operaciones: reservar y liberar. A esto se le puede añadir una cola de procesos para recordar el orden en que se hicieron las peticiones. Al principio del programa principal se inicializa la posición de memoria a 1. A continuación, cada vez que un proceso quiera acceder a dicho recurso (por ejemplo, un fichero), hará primero una petición para reservarlo. Cuando el SO ejecuta esa llamada, comprueba el valor que hay en la posición de memoria del semáforo, y si es distinto de cero, se limita a restarle 1 y devolver el control al proceso; sin embargo, si ya es cero, duerme al proceso que hizo la petición y lo mete en la cola de suspendidos, en espera de que el semáforo se ponga a un valor distinto de cero. Por último, cuando el proceso ha terminado el acceso al recurso, realiza una petición para liberar el semáforo. Cuando el SO la ejecuta, comprueba si la cola del semáforo está vacía, en cuyo caso se limita a incrementar el valor del semáforo,

20

Introducción a los SO mientras que si tiene algún proceso, lo despierta, de modo que vuelve a recibir ciclos de CPU y sigue su ejecución.

Interbloqueos Un proceso dentro de un sistema de multiprogramación está en un estado de interbloqueo si está suspendido en espera de un evento determinado que no ocurrirá. Imagina dos procesos que desean imprimir un gran archivo situado en una cinta al mismo tiempo. El proceso A solicita en uso exclusivo la impresora mientras el proceso B solicita el uso exclusivo de la cinta. El proceso A no puede comenzar la impresión porque no tiene acceso a la cinta, pero no libera la impresora. Mientras tanto, el proceso B no inicia la impresión ya que no tiene acceso a la impresora, pero no libera la apropiación de la cinta. Se dice que los procesos se han bloqueado y permanecerá así para siempre, en un bucle de espera infinita, si el SO no se encarga de solucionarlo.

Los SO emplean distintas técnicas para enfrentarse al problema de los interbloqueos: •

Detección y recuperación: los bloqueos se producen, pero el SO se encarga de detectarlos y recuperarse de ellos.

•

Prevención: se establecen determinadas reglas, a la hora de asignar los recursos, con el fin de asegurar que no se produzcan interbloqueos.

•

Predicción: asegura que no ocurre interbloqueo basándose en el conocimiento de las necesidades futuras de los procesos. El problema es que es difícil conocer el futuro.

•

Algoritmo del avestruz: es decir, meter la cabeza bajo tierra e ignorar el problema. Técnica utilizada en la mayoría de los SO, dada la baja probabilidad de que ocurra el interbloqueo y el coste que conlleva evitarlo.

21

Introducción a los SO

Gestión de memoria Para ejecutar un proceso, éste debe cargarse en memoria. Generalmente el proceso reside en disco como archivo binario ejecutable. El conjunto de procesos en disco que esperan entrar en la memoria para ejecutarse integran la cola de entrada. El procedimiento normal consiste en seleccionar uno de los procesos de la cola de entrada y cargarlo en memoria. Una vez el proceso se ha ejecutado, el programa termina y su espacio de memoria se libera, quedando disponible para otro proceso. El propósito de este punto es presentar la gestión de memoria dentro de un SO. La memoria es un dispositivo organizado en celdas de tamaño fijo (palabra), cada una de las cuales tiene asignada una dirección. La labor del administrador de memoria es llevar un registro de las partes de memoria que están siendo utilizadas y las que no, con el fin de asignar espacio en memoria a los procesos que lo necesiten y liberarlo cuando terminen. Además se encargará de controlar el intercambio entre la memoria principal y el disco, siempre y cuando los procesos sean tan grandes que no quepan de una sola vez en memoria. Nos vamos a centrar en el estudio de las técnicas más usuales en el manejo de memoria.

Asignación contigua El esquema más sencillo de asignación de memoria, es aquel en el que sólo se tiene un proceso en memoria en cada instante (SO monotarea). Se utiliza toda la memoria y toda la potencia del procesador. 0 SO

PROCESO A (300K)

... 512K 22

Introducción a los SO El SO reside en memoria baja y un proceso de usuario se ejecuta en memoria alta, debemos proteger el código y los datos del SO frente a cambios (accidentales o deliberados) provocados por el proceso de usuario. Esta protección debe ser proporcionada por el HW. Por motivos de utilización y tiempos de respuesta, vamos a trabajar con sistemas multiprogramados, donde varios procesos pueden residir a la vez en memoria. A su vez el esquema más sencillo de administración de memoria en un sistema multiprogramado es la asignación contigua de particiones fijas o variables. Particiones Fijas Consiste en dividir la memoria reservada a los usuarios en particiones de tamaño fijo. Cada partición puede contener exactamente un proceso. De esta forma, el nivel de multiprogramación está limitado por el número de particiones. El planificador tiene en cuenta los requerimientos de memoria de cada uno de los procesos y las particiones de memoria disponibles. Si consideramos que todas las particiones son del mismo tamaño, cuando un proceso desee ejecutarse, el SO busca una partición libre y se la asigna. El principal problema es la fragmentación interna que se produce cuando un proceso necesita una cantidad de memoria menor que el tamaño de la partición, desaprovechando la diferencia.

SO PROCESO A Bloque 8K

(5K) Fragmentación Interna PROCESO B

Bloque 8K

(8K)

... Para minimizar el problema de la fragmentación interna, se puede dividir la memoria en particiones variables e intentar asignar a cada proceso aquella partición que menos fragmentación interna produzca. 23

Introducción a los SO

Particiones Variables En este esquema el SO mantiene una tabla que indica qué particiones de memoria están libres y cuáles están ocupadas. Inicialmente toda la memoria está disponible para los procesos de usuario, y se considera como un gran bloque de memoria disponible. Cada vez que llega un proceso y necesita memoria, se busca un hueco de tamaño suficiente para albergarlo. Si lo encontramos, sólo asignamos la cantidad de memoria necesaria, quedando disponible el resto para satisfacer solicitudes posteriores. Al llegar a este punto se comprobará si hay procesos esperando memoria y si los hay buscar una partición para ubicarlos. Por ejemplo, supongamos que tenemos 2560K de memoria disponible y un SO residente de 400K. Esta situación deja 2160K para los procesos de usuario. Suponiendo una planificación de trabajos FCFS y los siguientes procesos en la cola de entrada: P1 600K, P2 1000K, P3 300K, P4 700K, P5 500K. Los procesos se ubicarían en memoria de la siguiente manera: 0

0

SO

SO

0

SO

400K

400K

P1

SO

400K

P1

1000K

1000K

0

SO

400K

P1

1000K

P2

P3

2300K

400K

SO

400K

P5

1000K

P5

900K

900K

1000K

1000K

P4

P4

P4

FIN P2

2000K

2000K

0

SO

FIN P1

P4 2160K

0

1700K

1700K

1700K

2000K

2000K

2000K

P3

2300K

P3

2300K

P3

2300K

1700K

FIN P3 P3

2300K

2300K

24

Introducción a los SO Este ejemplo ilustra varios puntos. En general, en cualquier momento hay un conjunto de huecos de distintos tamaños y dispersos por toda la memoria. Cuando llega un proceso y necesita memoria, buscamos en este conjunto un hueco con el tamaño suficiente para el proceso. Si el hueco es demasiado grande, se divide en dos: una parte se asigna al proceso que llega y la otra se devuelve al conjunto de huecos. Cuando termina un proceso, libera su bloque de memoria, el cual se coloca de nuevo en el conjunto de huecos libres. Si el nuevo hueco es adyacente a otros, los fusionamos formando uno mayor. Al llegar a este punto, como ya se ha dicho, necesitaríamos comprobar si hay procesos esperando memoria y si esta nueva memoria liberada y recombinada puede satisfacer las solicitudes de algunos de estos procesos. Las estrategias más comunes para seleccionar una partición libre de un conjunto de particiones disponibles son: •

Primer ajuste: asigna el primer hueco que tenga tamaño suficiente. La búsqueda puede comenzar desde el principio o partir de la búsqueda anterior.

•

Mejor ajuste: asigna el hueco más pequeño que tenga tamaño suficiente. Hay que recorrer toda la lista a menos que se encuentre ordenada por tamaños.

•

Peor ajuste: asigna el hueco más grande. Una vez más hay que buscar en toda la lista, a menos que, como en el caso anterior, estén ordenados por tamaño.

Las simulaciones han mostrado que tanto el primer ajuste como el mejor ajuste son mejores que el peor ajuste en cuanto a la reducción del tiempo y de la utilización del almacenamiento. Ni el primer ajuste ni el mejor ajuste son definitivamente superiores uno respecto al otro en relación con la utilización del almacenamiento, pero por lo general el primer ajuste es más rápido. Este esquema produce fragmentación externa cuando el espacio de memoria libre es suficiente para atender una solicitud pero no es contiguo, entonces habrá que recurrir a la técnica de la compactación, que consiste en desplazar el contenido de la memoria de forma que quede junta toda la memoria libre en un único bloque de gran tamaño. Es importante destacar que la compactación sólo es posible si las direcciones se relocalizan dinámicamente en el momento de la ejecución.

25

Introducción a los SO SO

SO

PROCESO A

PROCESO A

(5KB) Fragmentación Externa

(3KB)

PROCESO B

PROCESO B (8KB)

PROCESO C

(5KB)

Compactación

Ejercicio: Consideremos un sistema con 4200 palabras de memoria principal, y con un mecanismo de particiones variables. En un instante la memoria está ocupada por 3 bloques de código/datos de la forma:

Dirección inicial

Longitud

1000

1000

2900

500

3400

800

Cuando se carga un nuevo bloque en memoria, se utiliza la siguiente estrategia: •

Se busca el mejor ajuste.

•

Si falla, se crea un hueco mayor desplazando los bloques de memoria hacia la dirección 0. Esta acción siempre empieza con el bloque actualmente en la dirección de memoria más baja, y prosigue únicamente hasta encontrar un hueco suficiente para el nuevo bloque.

A partir de este momento, hay que cargar tres bloques de 500, 1200 y 200 (en ese orden). Especificar el contenido de la memoria una vez satisfechas las peticiones.

26

Introducción a los SO Solución: 0

0

0

0

P1

1000

1000

1000

P1

1000

P4 P1

2000

P1

1500

P4 1500

P5

2000

P5

P4 2500

2900

2900

P2 3400

2700

2900

2900

P2 3400

P3

4200

2700

P2 3400

P3

4200

P2 3400

P3

4200

P6

P3

4200

Asignación no Contigua En este apartado se presentan las técnicas de paginación, segmentación y segmentación paginada, técnicas que no requieren la asignación de un bloque contiguo de memoria a un proceso, es decir, a un proceso se le pueda asignar memoria física donde quiera que esta esté disponible.

Paginación La paginación consiste en dividir la memoria física o RAM en bloques iguales de tamaño fijo llamados marcos, y los programas en partes del mismo tamaño, denominadas páginas. Cuando un proceso llega a ejecutarse se examina su tamaño, expresado en páginas, y se comprueba si hay memoria disponible, es decir marcos no asignados. Si hay tantos marcos libres como páginas tiene el proceso, se asignan y se van registrando en la tabla de páginas.

27

Introducción a los SO Nº marco

Pag. Marco

Página 0 Página 1 Página 2 Página 3

0

1

1

4

2

3

3

7

0 1 2 3 4 5 6 7

Tabla páginas

Memoria lógica

Página 0 Página 2 Página 1

Página 3 Memoria física

Cada dirección generada por la CPU (dirección lógica) se divide en dos partes: un número de página (p) y el desplazamiento dentro de la página (d). El número de página se utiliza como índice en una tabla de páginas, que contiene la dirección base para cada página, en memoria física. La dirección base se combina con el desplazamiento para obtener la dirección física.

CPU

Dirección Lógica

Dirección Física

p

m

d

d Memoria Física

m

Tabla de Páginas

El tamaño de página, al igual que el tamaño de marco, viene definido por el HW. Generalmente es una potencia de dos, lo que facilita la traducción de una dirección lógica a un número de página y un desplazamiento. Si el tamaño de la página es de 2n bits, los n bits de menor peso representan el desplazamiento en la página, y los bits restantes el número de página. Este esquema no produce fragmentación externa. Sin embargo se puede producir fragmentación interna cuando un proceso no es múltiplo del tamaño marco/página, en cuyo caso el último marco estará parcialmente vacío. Otra ventaja es la posibilidad de compartir memoria entre varios procesos, cuando varias páginas apuntan a un mismo marco. 28

Introducción a los SO

Ejemplo: supongamos un tamaño de página de 4 palabras y una memoria física de 32 palabras (8 páginas). La dirección lógica 0 es la página 0, desplazamiento 0. Al usar el índice de la tabla de páginas, encontramos que la página 0 está en el marco 5. Así, la dirección lógica 0 corresponde a la dirección física 20 (= (5 * 4 palabras) + 0). La dirección lógica 3 (página 0, desplazamiento 3) corresponde a la dirección física 23 (= (5 * 4) + 3). La dirección lógica 4 corresponde a la dirección física 24 (= (6 * 4) + 0). La dirección lógica 13 corresponde a la dirección física 9. Dir. Lógica

Dir. Física

0 1 2 3

a b c d

0

5

1

6

2

1

4 5 6 7

e f g h

3

2

8 9 10 11 12 13 14 15

0

4

i j k l

i j k l

8

m n o p

m n o p

12

Memoria lógica

16

Tabla páginas

20

a b c d

24

e f g h

28

Memoria física

29

Introducción a los SO Segmentación Se dividen los programas en bloques de tamaño variable llamados segmentos. Las direcciones lógicas se descomponen en un número de segmento (s) y un desplazamiento (d) dentro de él. El número de segmento se utiliza como índice en la tabla de segmentos. Cada entrada de la tabla tiene una base (dirección de inicio del segmento en memoria física) y un límite (longitud del segmento) para el segmento. El desplazamiento de la dirección lógica debe estar entre 0 y el límite del segmento, si es así se suma a la base del segmento para producir la dirección física.

No, error de direccionamiento Dirección Lógica CPU

s

<

d

Límite

Si +

Memoria Física

Base

Tabla de Segmentos

Ejemplo: tenemos cinco segmentos numerados del 0 al 4, que se almacenan en memoria física tal como se muestra. La tabla de segmentos tiene una entrada separada para cada segmento, proporcionando la dirección de inicio del segmento en la memoria física (la base) y la longitud del segmento (el límite). Por ejemplo, el segmento 2 tiene 400 bytes de longitud y comienza en la localidad 4300 de modo que una referencia al byte 53 del segmento 2 corresponde a la localidad 4300 + 53 = 4353. Una referencia al segmento 3, byte 852, corresponde a 4052, la base del segmento 3200 + 852 = 4052.Una referencia al byte 1222 del segmento 0 generaría un error, ya que este segmento sólo tiene 1000 bytes de longitud.

30

Introducción a los SO

0 1400

Segmento 0

2400

Segmento 0

Segmento 3

Segmento 4

0 1 2 3 4

Límite

Base

1000 400 400 1100 1000

1400 6300 4300 3200 4700

Tabla Segmentos

Segmento 1

3200

Segmento 3

4300 4700

Segmento 2

Segmento 2 Segmento 4

5700 6300

Segmento 1 6700

Memoria física

Segmentación Paginada Tanto la paginación como la segmentación tienen sus ventajas y desventajas, esta técnica consiste en combinar las dos anteriores. Surge ante el problema de tablas de segmentos muy grandes. La solución consiste en paginar los segmentos. La diferencia entre esto y la segmentación pura está en que la entrada de la tabla de segmentos no contiene la dirección base del segmento en memoria física, sino la dirección base de una tabla de páginas para dicho segmento. El desplazamiento en el segmento se divide en un número de página y un desplazamiento en la página. El número de página se utiliza como índice en una tabla de páginas, a fin de obtener el número de marco. Por último el número de marco se combina con el desplazamiento para formar la dirección física.

31

Introducción a los SO No, error de direccionamiento Dirección Lógica CPU

s

≤

d

Límite segment

Base Tabla Pág

Si p

+

d’

m

m

d’

Memoria Física

Dirección Física

Tabla de Páginas Tabla de Segmentos

Memoria Virtual El ordenador dispone de memoria central o principal, pero esta es limitada y, en grandes sistemas, casi siempre insuficiente. El método diseñado por Fotheringan se conoce con el nombre de memoria virtual. El diseñador consideró que el programa que se iba a ubicar en memoria podría ser excesivamente grande para el tamaño físico de esta, por tanto esta técnica permite ejecutar procesos que no están completamente cargados en memoria. Permanece en memoria la parte del programa que se está ejecutando, mientras el resto seguirá ubicada en el disco. Si, en un momento dado, es necesario ejecutar una parte del programa que está almacenada en memoria virtual (en el disco duro), esta pasará a memoria RAM para su ejecución, y la parte del programa que estaba en memoria RAM se almacenará en el disco duro. Con esta técnica se consigue disponer, casi siempre, de RAM libre necesaria para el propio procesador. No obstante la memoria virtual no es fácil de implementar. Generalmente se hace mediante la paginación por demanda, la segmentación por demanda también puede usarse pero es más complejo debido a que los segmentos tienen tamaños variables.

32

Introducción a los SO Paginación por demanda Cuando se quiere ejecutar un proceso se carga en memoria. Sin embargo en vez de intercambiar todo el proceso hacia la memoria, se utiliza un paginador, que trata con las páginas individuales de un proceso. El paginador adivina qué páginas se usarán, y las cargará en memoria. Así evita colocar en memoria páginas que no se utilizarán, reduciendo el tiempo de intercambio y la cantidad de memoria física necesaria. Este esquema requiere que se añadan más bits a cada entrada de la tabla de páginas: un bit válido-inválido. Cuando este bit está como válido, quiere decir que la página se encuentra en memoria. La ejecución de un proceso continua normalmente mientras se acceda a páginas residentes en memoria, en caso contrario se produce un fallo de página y se ha de incorporar la nueva página a memoria desde el disco. Algoritmo de Reemplazo de Páginas Un algoritmo de reemplazo de páginas se activará cuando se produzca un fallo de página y no exista en memoria ningún marco libre donde ubicar dicha página. En esta situación habrá que seleccionar una página víctima, del conjunto de marcos de memoria, extraerla y ubicar aquella que generó este fallo, cambiar la tabla de páginas y reiniciar la ejecución. Si la página víctima fue modificada mientras estuvo en memoria, se escribirá su contenido en el disco. Existen muchos y diferentes algoritmos para el reemplazo de páginas, algunos de los cuales se describen a continuación. En general se busca aquel que presente la menor tasa de fallos de página. •

Algoritmo FIFO (First In First Out): primero en entrar, primero en salir. Es el algoritmo de reemplazo de páginas más sencillo. Asocia a cada página el instante de tiempo en el cual se trajo a memoria. Cuando hay que reemplazar una página se escoge la más antigua. Su rendimiento no siempre es bueno.

•

Algoritmo Óptimo: tiene la menor tasa de fallos de página de todos los algoritmos. Consiste en reemplazar la página que no se usará durante el mayor periodo de tiempo. Es un algoritmo teórico, pues exige conocer las futuras referencias a páginas.

•

LRU (Last Recently Used): este algoritmo reemplazará la página que no se ha utilizado durante el mayor periodo de tiempo. Se asocia a cada página el instante de tiempo en el que se utilizó por última vez. 33

Introducción a los SO

Ejercicios i) Un determinado SO gestiona la memoria virtual mediante la paginación por demanda. La dirección lógica tiene 24 bits, de los cuales 14 indican el número de página. La memoria física tiene 5 tramas. El algoritmo de reemplazo de páginas es el LRU LOCAL, y se ha implementado mediante un contador asociado a cada página que indica el instante de tiempo en que se referenció la página por última vez. Las tablas de páginas en el instante 16 son:

Proceso

A

B

Página

Bit válido

Trama

Contador

0

v

1

10

1

v

2

15

2

i

-

6

3

i

-

5

0

v

0

7

1

i

-

2

2

i

-

3

3

v

3

4

4

v

4

11

Indicar las direcciones físicas generadas para la siguiente secuencia de direcciones lógicas (de izquierda a derecha y de arriba a abajo): (A, 2900) (B, 1200) (A, 1850) (A, 3072) (B, 527) (B, 2987) (A, 27) (A, 2000) (B, 4800) (B, 1500) ii) En un determinado sistema con memoria virtual por paginación, una dirección lógica consta de 16 bits, 10 de offset (desplazamiento) y 6 para el número de página. Se dispone de 4 tramas. Dada la siguiente secuencia de direcciones lógicas (ordenadas de izquierda a derecha): 512 1102 2147 3245 5115 5200 4090 4207 1070 6200 7168 8200 7200 8300 9300 7410 8525 9700 5300 4387 1007 34

Introducción a los SO Se pide: •

Dar la secuencia de referencias a páginas.

•

Contar el número de fallos de página suponiendo los algoritmos de reemplazo FIFO, LRU y ÓPTIMO.

iii) En un sistema paginado con 4 tramas en memoria, se hacen las siguientes referencias a páginas: {c, a, d, b, e, b, a, b, c, d} Suponiendo que tenemos inicialmente en memoria las páginas {a, b, c, d} (en ese orden), analícese el contenido en memoria para cada una de las siguientes políticas de reemplazo: •

ÓPTIMO.

•

FIFO.

•

LRU.

iv) Sea un sistema de memoria virtual con paginación por demanda, en el que: •

Una dirección lógica consta de 12 bits, de los cuales 3 son para el número de página.

•

Una dirección física contiene 11 bits.

•

Existen dos procesos (A y B), y toda la memoria física se reparte entre estos dos procesos por igual.

•

Se utiliza un algoritmo de reemplazo local de páginas LRU.

Dar para la siguiente secuencia de direcciones lógicas, el correspondiente mapa de memoria: (A, 1035) (B, 312) (A, 530) (B, 780) (A, 600) (A, 2000) (B, 1400) (B, 927) (A, 1030) (A, 1720) Hiperpaginación o Thrashing Si el número de marcos asignados a un proceso desciende por debajo del número mínimo requerido, se debe suspender la ejecución. Si el proceso no tiene este número de 35

Introducción a los SO marcos provocará fallos de página constantemente, teniendo que reemplazar páginas que casi de inmediato se volverán a referenciar. A esta altísima actividad de paginación se le llama hiperpaginación. Un proceso está en hiperpaginación si está más tiempo paginando que en ejecución. La hiperpaginación ocasiona severos problemas de rendimiento. Al aumentar el nivel de multiprogramación, también aumenta la utilización de la CPU, aunque cada vez con mayor lentitud hasta alcanzar un punto máximo. Si se incrementa más el nivel de multiprogramación, comienza la hiperpaginación y la utilización de la CPU decae rápidamente.

Los efectos de la hiperpaginación se pueden limitar utilizando un algoritmo de reemplazo local. Con este tipo de reemplazo, si en un proceso comienza la hiperpaginación, no puede robar marcos de otro proceso y provocar que éste también entre en hiperpaginación. Las páginas se reemplazan considerando el proceso al cual pertenecen. Sin embargo, si los procesos están en hiperpaginación, el tiempo de servicio de fallo de página aumentará y por consiguiente, el tiempo de acceso aumentará incluso para procesos que no estén en hiperpaginación. Para evitar la hiperpaginación hay que ofrecer a un proceso todos los marcos libres que necesite.

36

Introducción a los SO Archivo Pagefile.sys Los SO Microsoft Windows, para realizar la gestión de la memoria virtual, necesitan disponer de un espacio determinado en el disco duro. Concretamente, los sistemas Microsoft recomiendan un archivo cuyo tamaño máximo y mínimo, viene predeterminado por la cantidad de memoria RAM instalada en el sistema, siendo el tamaño mínimo 1,5 veces la RAM física instalada y 3 veces para el tamaño máximo, de tal manera que si nuestro PC tuviera 1 MB de RAM física instalada, el tamaño mínimo del archivo de intercambio sería de 1,5 MB y el máximo de 3MB. La memoria virtual se implementa en un archivo del sistema llamado pagefile.sys, se crea en el momento de la instalación de Windows en la unidad raíz (normalmente C:\) donde se encuentra el boot del sistema y sus atributos son de oculto. Para comprobar que lo tenemos instalado, podemos hacerlo usando el explorador de Windows siempre y cuando tengamos desactivada la opción "Ocultar archivos protegidos del sistema", buscamos por “pagefile.sys” y aparecerá instalado. También podemos comprobar que está instalado, si en una sesión iniciada en modo administrador del sistema pulsamos en: (Inicio / Panel de Control / Sistema / Opciones Avanzadas / Configuración (en la casilla rendimiento) / Opciones Avanzadas) o (Mi PC / Propiedades / Opciones Avanzadas / Configuración (en la casilla rendimiento) / Opciones Avanzadas) y aparecerá el tamaño mínimo del archivo y una opción para cambiar el tamaño del mismo. ¿Cuándo se debe cambiar el tamaño y ubicación del archivo “pagefile.sys”? Se recomienda modificar este valor en los siguientes casos: •

Cuando añadimos más memoria a nuestro PC con posterioridad a la instalación de Windows XP.

•

Cuando añadimos otro disco duro con posterioridad a la instalación de Windows XP, o ya lo teníamos instalado pero no se tuvo en cuenta en el momento de instalar Windows XP.

•

Cuando tenemos un PC o Portátil que da errores de memoria virtual baja.

37

Introducción a los SO Si no nos encontramos en ninguno de estos casos es recomendable no modificar el tamaño del archivo, ya que Windows XP escoge el valor más adecuado en el momento de la instalación. Lo que sí es recomendable es instalar este archivo en otra unidad de disco duro.

Ejercicio: localiza el fichero pagefile.sys, a partir del tamaño del mismo, determina la cantidad de memoria RAM disponible en tu sistema.

¿Cómo crear y eliminar un archivo pagefile.sys?

En la parte de arriba aparecen listadas las unidades de disco disponibles. •

Eliminar un archivo Pagefile.sys: o marcar la unidad, seleccionar la opción Sin archivo de paginación y finalmente click en el botón "Establecer". Windows quitará el archivo de la unidad seleccionada en el siguiente reinicio. o Otra opción: Herramientas administrativas / Directivas de seguridad local / Apagado: borrar el archivo de páginas de la memoria virtual (Habilitado).

38

Introducción a los SO •

Crear un archivo Pagefile.sys: marcar la unidad, seleccionar la opción Tamaño administrado por el sistema y finalmente click en el botón "Establecer". Windows creará el archivo en la unidad seleccionada en el siguiente reinicio.

Nota: No se recomienda establecer un tamaño personalizado manualmente, a menos que sepas lo que haces. ¿El sistema puede funcionar sin un archivo pagefile.sys? SÍ, si el sistema posee la suficiente memoria RAM como para no preocuparse cuando se estén ejecutando el máximo de aplicaciones y realizando la mayor cantidad de tareas en un día de máximo trabajo. Lo recomendable es NO dejar el sistema sin ningún archivo pagefile.sys, el sistema puede llegar a necesitar algo de memoria extra en algún momento, y al no poder usar la memoria virtual quizás pueda provocar algún tipo de crash (congelamiento) del sistema. Muchas cosas dejarán de funcionar si lo eliminamos y muchos fabricantes crean software basándose en que dicho archivo existe en el disco duro, y además Windows XP no utiliza el archivo hasta que lo necesita con lo que no se obtiene ningún beneficio eliminándolo. Nota: En Windows 2000, si NO existe archivo de paginación, salde una ventana de aviso en cada reinicio. ¿En qué sistemas Windows debería aparecer el archivo pagefile.sys? En Windows 2000, XP y 2003. En Windows 98 y ME, el archivo de intercambio se llama win386.swp. Sus funciones son las mismas que el pagefile.sys.

Gestión de memoria en Unix/Linux En SO como UNIX y Linux, también se utiliza el esquema de Memoria Virtual para la gestión de memoria. La diferencia fundamental respecto a Windows es que Linux reserva una partición del disco, independiente de la partición donde está ubicada el SO y las aplicaciones a ejecutar, en lugar de un archivo. Los fabricantes de éstos SO

39

Introducción a los SO recomiendan que esta zona sea del 20%, aproximadamente, del espacio del disco o el doble de la capacidad de memoria RAM. Con la gestión de memoria virtual, en Windows, puede llegar a ocurrir que el disco duro esté tan lleno que la gestión sea difícil o imposible, ya que el espacio destinado al intercambio suele ser espacio del disco duro en el que está instalado tanto el SO como el SW de aplicaciones y los datos del usuario. En Unix/Linux no puede ocurrir esto, ya que esta zona siempre estará disponible para el intercambio de programas con la memoria principal. Normalmente al estar esta zona en un dispositivo diferente, todo el espacio estará disponible cada vez que se encienda el ordenador.

Protección de memoria La protección del SO es una tarea que el SO tiene que realizar para que en ningún momento se solapen unos procesos con otros en la memoria física del ordenador. Esta protección se realiza normalmente por HW mediante los registros base y límite. Mediante la información contenida en estos registros, pueden cargarse en memoria las instrucciones correspondientes a los programas sin miedo a que ocupen bloques físicos en los que se encuentran almacenadas otras instrucciones.

40

Introducción a los SO

Gestión de dispositivos de E/S Una de las funciones más importantes y compleja que realiza el SO es la destinada a manejar los diferentes periféricos existentes. Debe enviar órdenes a los dispositivos, determinar el dispositivo que necesita la atención del procesador, eliminar posible errores, detectar interrupciones, etc. Los dispositivos de E/S se componen de una parte mecánica y una parte electrónica. Por ejemplo, un disco duro estará compuesto por los propios discos de aluminio recubiertos de material magnético, las cabezas de lectura, el motor que los hace girar, etc., y por la denominada controladora del dispositivo, componente HW encargado de conectar físicamente el periférico a la placa base del ordenador para establecer la comunicación. En la unidad dedicada al HW, se describen detenidamente los tipos de controladoras atendiendo al tipo de periférico, la velocidad, la capacidad, etc.

DISCO 1

CPU

El

MEM

DISCO 2

CONTROLADOR DISCO

IMPRESORA

CONTROLADOR IMPRESORA

…

OTROS CONTROLADORES

Las controladoras o adaptadores necesitan un pequeño SW para que exista comunicación entre el periférico y el microprocesador. Este SW, llamado controlador o driver, se encarga de realizar funciones de traducción entre el periférico y el ordenador para que ambos se entiendan. Los controladores suelen suministrarlos los fabricantes de periféricos en disquetes o CD-ROM y suelen estar diseñados para varios SO; así el mismo periférico se puede utilizar en un SO Windows o en uno Unix, dependiendo de la controladora que se instale. El SO se encarga de acceder a la información de la memoria principal, extraerla en forma de impulsos eléctricos y enviarla a los diferentes dispositivos periféricos. Si la información se envía a un disco duro, los impulsos se transforman en señales de tipo magnético; si se envía a una impresora, se transformará en caracteres, etc. 41

Introducción a los SO

Técnicas de transferencia Muchos controladores, en particular los correspondientes a dispositivos de bloque, permiten el Acceso directo a memoria (DMA). El objetivo del DMA es solapar operaciones de CPU y E/S. La CPU proporciona al controlador información sobre la dirección de memoria a la que desea acceder y el número de datos a transferir. Una vez realizada la petición, la CPU se despreocupa momentáneamente de la transferencia y continúa realizando otras tareas. El controlador va copiando datos del disco y copiándolos en la memoria, una vez realizada la transferencia el controlador provoca una interrupción que hace que la CPU abandone el trabajo que está realizando.

CPU

Cuenta

MEM

BUFFER

DIR. DE MEM CUENTA

REGISTROS DMA

42

Introducción a los SO

Gestión del sistema de ficheros Una vez procesada la información, ésta tiene que almacenarse de forma permanente en los soportes externos de almacenamiento, respetando una serie de normas y restricciones. Estas normas y restricciones vienen impuestas por el sistema de archivos implementado. El sistema de archivos determinará la estructura, el nombre, forma de acceso, uso y protección de los archivos que se guardarán en el disco. Cada SO utiliza su propio sistema de archivos diferente, pero el objetivo y función de todos ellos es el mismo: permitir al usuario un manejo fácil y lógico de sus archivos abstrayéndose de las particularidades de los dispositivos físicos empleados. Cada uno de ellos hace una gestión diferente del espacio de almacenamiento, lo cual dependerá de si el sistema es monousuario o multiusuario, monotarea o multitarea, monoproceso o multiproceso, etc.

Nombre de los archivos Los archivos son la forma de almacenar información en el disco y poder volverla a leer más adelante sin que el usuario tenga que preocuparse por la forma y lugar físico de almacenamiento de la información, así como del funcionamiento real del disco. Una característica muy importante es la forma de nombrar los archivos. Las reglas para nombrar los archivos dependen del SO. El SO DOS sólo admitía nombres de ocho caracteres como máximo; Unix, de hasta once; Windows de hasta 256. Unos diferencian entre mayúsculas y minúsculas (Unix), y otros no lo hacen (DOS). La mayoría de ellos utilizan nombres de archivo con dos partes, separadas por un punto: nombre.extensión (tres caracteres). Las extensiones se deben incluir en los nombres de archivo, ya que con ellas es posible diferenciar rápidamente el tipo de archivo del que se trata. Algunas de las más usuales en SO actuales son las siguientes: •

.TXT, archivos de texto sin formato.

•

.BAS, archivos de Visual Basic.

•

.BIN, archivos binarios. 43

Introducción a los SO •

.DOC, archivos de Microsoft Word.

•

.BMP, archivos de mapa de bits (gráficos).

•

.JPG, archivos gráficos.

•

.SYS, archivos de sistema.

•

.DLL, bibliotecas del sistema.

•

.OBJ, archivos objeto (de compilación).

•

.EXE, ficheros ejecutables (aplicaciones).

•

.COM, ficheros ejecutables (del sistema).

•

.BAT, ficheros de procesos por lotes.

Tipos de archivos Los archivos que gestiona un sistema operativo se clasifican en dos grandes bloques: •

Archivos regulares o estándares, son los que contienen información del usuario, programas, documentos, texto, gráficos, etc.

•

Directorios, son archivos que contienen referencias a otros archivos o a otros directorios. Este tipo de archivos se utiliza, únicamente, para albergar estructuras de archivos con el fin de diferenciarlos de otros. Todos los SO utilizan la estructura jerárquica para almacenar sus archivos. Por ello se crean bloques (directorios) o compartimentos especiales para tener todos los archivos bien clasificados: directorios para archivos de sistema, directorios para archivos gráficos, etc. En casi todos los SO existe un directorio principal, llamado raíz, del que depende el resto de directorios o subdirectorios y la totalidad de archivos, si bien hay excepciones, como el SO OS/400 de IBM, que no dispone de él.

•

Archivos especiales: se utilizan para gestionar la entrada y salida de archivos hacia o desde los periféricos. Son los que hemos llamado controladores.

Cada fichero/directorio se puede referenciar de dos maneras: •

Ruta absoluta: camino desde la raíz + nombre.

•

Ruta relativa: camino desde el directorio actual + nombre.

44

Introducción a los SO

Atributos de los archivos Los atributos de los archivos constituyen la información adicional, además de la que ya contienen, con la que cada archivo queda caracterizado. Además, quedan identificadas las operaciones que se pueden realizar sobre él. Los atributos indican cuestiones tales como nombre, hora de creación, fecha de creación, longitud, protección, contraseña para acceder a él, fecha de actualización, etc. De ellos, los más importantes, son los que indican qué tipo de operaciones o qué tipo de usuarios pueden usar los archivos. Dependiendo del tipo de SO utilizado, los atributos de protección son de mayor o menor importancia. Ya veremos cómo cada SO tiene sus particularidades en este aspecto. Los atributos de protección pueden ser, de forma genérica, los siguientes: •

Sólo lectura: el archivo se puede leer, pero no se puede modificar.

•

Oculto: el archivo existe, pero no se puede ver.

•

Modificado: si el archivo es susceptible de modificarse o no.

•

Sistema: si es un archivo de usuario o propio del SO.

Los atributos de protección dependerán del tipo de operación que se pueda realizar sobre ellos. Las operaciones que se pueden realizar sobre un archivo son varias: crear, eliminar, abrir, cerrar, leer, escribir, agregar, buscar, renombrar, etc.

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Introducción a los SO

Sistemas de archivos El aspecto clave de la implementación del almacenamiento de archivos es el registro de los clusters asociados a cada archivo. Una vez más, cada sistema de archivos implementa métodos distintos para solucionar este problema. Un clúster está compuesto por un determinado número de sectores que se asocian a un único archivo. Un archivo, por tanto, se almacena en uno o más clusters de sectores. Un aspecto muy importante es la elección del tamaño del clúster, para esto hay que entender que si el tamaño del clúster es muy grande, aún cuando el archivo sea de un tamaño muy pequeño, se le asignará el clúster entero con el que se desperdiciará gran parte de la capacidad del disco. Por otra parte, si el tamaño del clúster es demasiado pequeño para almacenar un archivo, harán falta muchos bloques con los que se producirá un retraso en la lectura del archivo, al tener que localizar el disco todos los clusters que componen dicho archivo. Una vez más, se ha de llegar a una solución de compromiso, eligiendo un tamaño de clúster suficientemente pequeño para no desperdiciar capacidad de disco, pero suficientemente grande como para no ralentizar en exceso la lectura de los archivos. Diversos estudios realizados, indican que el tamaño medio de los archivos en sistemas Unix y MS-DOS ronda el 1KB, así pues, son adecuados tamaños de bloque 512B, 1KB o 2KB. Si se elige un tamaño de clúster de, por ejemplo, 2KB en un disco cuyo sector tiene 512B, cada clúster estará compuesto por cuatro sectores. Para manejar los clusters asociados a cada archivo, se pueden utilizar varias técnicas: •

Asignación contigua: consiste en almacenar los archivos mediante clusters adyacentes en el disco (de esta forma, en el directorio únicamente se tendrá que guardar la dirección en la que comienza el primer clúster, ya que los demás se encuentran a continuación). Su gran ventaja es su fácil implementación, pero tiene el gran problema de que es necesario conocer con anterioridad el número de clusters que ocupará 46

Introducción a los SO el fichero y esto, en general, no ocurre. Además produce una gran fragmentación del disco, que produce pérdida de espacio.

•

Asignación enlazada: está técnica solventa algunas de las carencias de la asignación contigua. El directorio contiene la dirección del primer clúster y cada clúster contiene, a su vez, la dirección del siguiente o el valor null (nulo) en caso de que sea el último del fichero. Con esta técnica se consigue aprovechar todos y cada uno de los clusters del disco. Como inconvenientes se pueden citar: cada clúster pierde parte de su capacidad (ya que se ha de reservar un espacio para contener la dirección del siguiente) y el retardo que se produce en la lectura del archivo al tener que leer todos los anteriores antes de llegar a uno determinado. Si se pierde un clúster se pierde todo el archivo.

•

Asignación indexada: intenta eliminar los defectos de la anterior. En esta técnica se crea una tabla por cada uno de los clusters del disco, en cada registro se indica si dicho clúster está libre (null) o cuál es la dirección del siguiente. De esta forma, en el directorio se asocia con el nombre del archivo el número de clúster en el que comienza dicho archivo; con este datos y mediante la tabla, se puede averiguar la dirección de todos los clusters que componen dicho archivo simplemente siguiendo la lista ligada. Con esta organización, todo el clúster estará disponible para los datos. Además el acceso a un determinado clúster es mucho más rápido, ya que aunque también haya que seguir la cadena de clusters, al estar la tabla en memoria, estas consultas son mucho más rápidas y no es necesario acceder a disco. La desventaja que tiene este método es que toda la tabla de registros deberá estar en la memoria principal permanentemente, con lo que la memoria 47

Introducción a los SO consumida para almacenar la tabla no estará disponible para ser usada por otros procesos.

Esta es la técnica utilizada por MS-DOS y algunos sistemas Windows. En este caso, a la tabla de registros se la denomina FAT (File Allocation Table, Tabla de asignación de archivos) y se puede encontrar en sus dos versiones: FAT 16 y FAT 32, dependiendo de si los clusters se direccionan con 16 o 32 bits respectivamente. El sistema de archivos FAT funciona como el índice de un libro; en la FAT se almacena información sobre dónde comienza el archivo, es decir, en qué posición del disco está la primera parte de éste, y cuánto espacio ocupa, entre otras cosas. Este sistema de archivos ha evolucionado a medida que lo han hecho las versiones de SO como DOS y Windows. Ejemplo: ejemplo de funcionamiento de lectura de un fichero en MS-DOS.

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Introducción a los SO Supongamos que un usuario solicita leer el fichero prueba.txt. En ese caso, el SO leerá el directorio activo (ya que se trata de una ruta relativa) en busca de la entrada correspondiente a dicho archivo. Si éste existe, se encontrará un registro con cierta información relativa a dicho archivo (como son los atributos del archivo y, también, el clúster del disco en el que el archivo comienza). Con dicha información se busca en la FAT, que se encuentra en la memoria principal, el registro perteneciente a ese clúster y en él se encontrará la dirección del siguiente clúster en el que el archivo está escrito. Repitiendo esta operación hasta que la dirección del siguiente clúster sea 0, obtenemos la lista completa de bloques en los que el archivo está almacenado. Por último, los SO como Unix/Linux utilizan un sistema de archivos basados en i-nodos. En esta técnica se asocia a cada archivo una pequeña tabla, llamada i-nodo, que contiene los atributos y direcciones en disco de los clústers del archivo. Atributos Dirección clúster 1 Dirección clúster 2 Dirección clúster 3 Dirección clúster 4 ... Dirección clúster n

Las últimas entradas del i-nodo se reservan para cuando el archivo ocupa más clusters de los que el i-nodo es capaz de almacenar, y pueden contener la dirección de otro clúster en el que se guardan las demás direcciones de los clusters del archivo. A este clúster se le llama clúster indirecto.

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Introducción a los SO Cuando Unix/Linux abre un archivo, lo primero que hace es cargar en memoria su i-nodo correspondiente para que el proceso sea lo más rápido posible.

Tipos de sistemas de archivos FAT 16 y FAT 32 Tabla de Asignación de Archivos (File Allocation Table - FAT) es un sistema de ficheros desarrollado para MS-DOS y utilizado en posteriores ediciones de Microsoft Windows hasta Windows Me. Sus principales ventajas son: •

Es relativamente sencillo. A causa de ello, es el formato para disquetes, tarjetas de memoria y dispositivos similares.

•

Admitido prácticamente por todos los SO existentes en la actualidad.

•

Se utiliza como mecanismo de intercambio de datos entre SO distintos que coexisten en el mismo ordenador, como por ejemplo Windows y Linux. Supongamos el siguiente esquema de particionamiento en disco: Windows (NTFS)

Datos (FAT16 ó 32)

Linux (ReiserFS)

o Desde Windows y Linux podremos leer y escribir en Datos. o Desde Linux sólo podremos leer de Windows (por utilizar NTFS). Las implementaciones más extendidas de FAT tienen algunas desventajas: •

Cuando se borran y se escriben nuevos ficheros tiende a dejar fragmentos dispersos de estos por todo el soporte. Con el tiempo, esto hace que el proceso de lectura o escritura sea cada vez más lento. La denominada desfragmentación es la solución a esto, pero es un proceso largo que debe repetirse regularmente para mantener el sistema de ficheros en perfectas condiciones.

•

Inicialmente solamente soportaba nombres cortos de fichero: ocho caracteres para el nombre, más tres para la extensión.

•

Carece de permisos de seguridad: cualquier usuario puede acceder a cualquier fichero.

Una vez conocidas las ventajas y desventajas vamos a centrarnos en el estudio de su funcionamiento. 50

Introducción a los SO El sistema de archivos FAT se compone de tres secciones: •

La región FAT: contiene dos copias de la tabla de asignación de archivos (por motivos de seguridad). Esto son mapas de la partición, indicando qué clusters están ocupados por los ficheros.

•

La región del directorio raíz: es el índice principal de carpetas y ficheros.

•

La región de datos: es el lugar donde se almacena el contenido de ficheros y carpetas. Por tanto, ocupa casi toda la partición. Partición 1 (Sistema de Archivos FAT)

Región FAT

Región del Directorio Raíz

Partición 2

Región de Datos

Veamos cada una de ellas con más detalle.

Tabla de asignación de ficheros Una partición se divide en un conjunto de clusters 1 de idéntico tamaño. La tabla de asignación de archivos tiene una entrada para cada cluster del disco, donde se almacena la siguiente información: •

La dirección del siguiente clúster en la cadena.

•

Un carácter especial para indicar que el clúster es defectuoso.

•

Un carácter especial para indicar que el clúster está reservado, es decir, ocupado por un fichero (supongamos el número 1).

•

El número cero para indicar que el clúster está libre.

¿Cuántas entradas tendrá la tabla FAT? El número máximo de clusters posible depende de la variante de FAT en uso: FAT16 usa entradas de 16 bits y FAT32 de 32 bits. El número máximo de entradas que podemos tener es: FAT 32

FAT 16 0

0

1

1

2

2

3

3

...

...

n

n

16 bits

32 bits

1

Un cluster es una agrupación de sectores (unidad mínima del disco) y es la mínima cantidad de datos que recupera un SO, además es potencia de 2, es decir un cluster pueden ser 1, 2, 4, 8, 16 ... sectores.

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Introducción a los SO

•

216 = 65536 clusters para FAT16.

•

232 = 4.294.967.296 clusters para FAT32.

El directorio raíz Este índice es un tipo especial de carpeta que almacena las subcarpetas y ficheros que componen cada carpeta de la región de datos. Cada entrada del directorio contiene: •

Nombre del fichero o carpeta: máximo 8 caracteres.

•

Extensión (sólo si se trata de ficheros): máximo 3 caracteres.

•

Atributos, indican si se trata de :archivo, carpeta, oculto, del sistema.

•

Fecha y hora de creación.

•

Dirección del primer cluster donde están los datos.

•

Tamaño que ocupa.

Región de datos Donde se almacena los ficheros. Cada fichero ocupa un número entero de clusters (uno o más). El tamaño de cualquier archivo o carpeta puede ser ampliado siempre que queden suficientes clusters libres. Si un determinado cluster no se ocupa por completo, su espacio restante se desperdicia. Por ejemplo, supongamos un cluster de 32 KB y con el Notepad hemos creado un documento que sólo tiene la palabra "hola" (4 bytes de longitud), nos da igual, en el disco esto ocupa físicamente 32 KB, desperdiciando el espacio restante. De esto se deduce que cuanto más pequeño sea el cluster, menos espacio desperdiciamos. Es más, lo ideal es que el cluster sea justo lo mínimo que físicamente podemos obtener, es decir un sector (512 bytes). De forma general un fichero queda representado por un conjunto de clusters, no necesariamente adyacentes. Esto es lo que provoca la fragmentación. F1

F1

F1

F1

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F1

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Introducción a los SO Ventajas de FAT16: •

Mediante una pequeña tabla (máximo de 65535 entradas) tenemos accesibles todos los cluster. Sabemos si están libres u ocupados, etc.

Inconvenientes de FAT16: •

Se desperdicia mucho espacio.

•

Soporta discos o particiones de hasta 2GB.

La solución a este inconveniente es FAT 32. Ventajas de FAT32: •

Se desperdicia mucho menos espacio.

•

Prácticamente ya no hay un límite para el tamaño de la partición. Sopota discos o particiones hasta 2TB.

Inconvenientes de FAT32: •

Mayor tamaño de la tabla, se tarda más tiempo en buscar en ella.

•

Para optimizar los accesos se debería cargar en memoria RAM, ocupando un espacio importante.

NTFS NTFS (New Technology File System) es un sistema de archivos diseñado específicamente para Windows NT, con el objetivo de crear un sistema de archivos eficiente, robusto y con seguridad incorporada (Listas de Control de Acceso 2 ) desde su base. También admite compresión nativa de ficheros, encriptación (esto último sólo a partir de Windows 2000 – Propiedades del objeto/Opciones Avanzadas) y Active Directory (necesario cuando se trabaja con dominios). NTFS permite definir el tamaño del clúster, a partir de 512B (tamaño mínimo de un sector) de forma independiente al tamaño de la partición. Es un sistema adecuado para las particiones de gran tamaño. Puede manejar discos de hasta 2 TB.

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Lista ordenada de todos los usuarios que pueden acceder al objeto (archivo, carpeta, ordenador, etc.) y sus permisos de acceso. (Se verá en profundidad en temas posteriores).

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Introducción a los SO Los inconvenientes que plantea son: •

Necesita para sí mismo una buena cantidad de espacio en disco duro, por lo que no es recomendable su uso en discos con menos de 400 MB libres.

•

No es compatible con MS-DOS, Windows 95, Windows 98 ni Windows Me. Es decir, desde SO con sistemas de archivos FAT no se puede acceder a particiones NTFS.

•

No puede ser utilizado en disquetes.

•

La conversión a NTFS es unidireccional. Si se decide actualizar la unidad, volver a convertirla a FAT puede acarrear serios problemas

•

GNU/Linux sólo tiene soporte de lectura para este sistema de ficheros, y de escritura experimental, aunque no se suele activar por defecto (ya se ha comentado anteriormente).

En NTFS, los nombres de archivo son almacenados en Unicode, y la estructura de ficheros en árboles-B, una estructura de datos compleja pero eficiente, que acelera el acceso a los ficheros y reduce la fragmentación, que era una de las lacras más criticadas de los sistemas FAT.

Otra característica fundamental es que incorpora journaling. Cuando se tiene un sistema de archivos "Histórico", cualquier transacción de disco que resulte en cambios en la unidad (cualquier operación que no sea una lectura) se guarda en un log en un archivo histórico. Este log guarda información acerca de los cambios. Si se trabaja con Bases de Datos, el histórico es como una lista de tareas por hacer. Periódicamente las tareas hechas son marcadas como terminadas y borradas del archivo histórico (esto es necesario para evitar enormes archivos históricos.) La operación de guardar al archivo histórico supone un exceso de trabajo a las escrituras al disco. La "magia" del sistema histórico ocurre cuando el sistema se cuelga o hay que reiniciar de alguna manera diferente a la normal. En esos casos, el sistema 54

Introducción a los SO considera al disco "sucio" o en un estado desconocido, así que el disco ha de ser revisado en el reinicio. Esto puede tomar varios minutos en un disco de 40 ó 60 GB, pero si tienes un RAID interno o externo de varios cientos de GB o ya en el rango de los TB, esta revisión puede tomar horas mientras se revisa el sistema de archivos, incluso cuando todo el disco no está dañado. Si el sistema histórico está activado, la revisión es mucho más eficiente. El archivo histórico es recreado y la información guardada en este archivo se usa para revisar sólo ciertas partes del disco que se encuentran en un estado incierto, y efectuar las reparaciones en función de la información guardada en este archivo. Así en vez de verificar un sistema con 600 GB en busca de daños, sólo las últimas escrituras a disco sin realizar son revisadas. Sería en este caso como disponer de una lista de errores como si fuera una guía, en vez de tener que buscarlos "a mano". Esto supone que las reparaciones después de una colgada son mucho más rápidas. Para terminar con este apartado comentar que los detalles de la implementación de este sistema de archivos permanecen en secreto, de manera que los fabricantes y distribuidores ajenos a Microsoft encuentran serias dificultades para proveer herramientas que manejen NTFS, a pesar de lo cual existen varios proyectos de distintos grados de madurez que permiten acceder para lectura e incluso escritura a particiones NTFS desde GNU/Linux, y otros SO compatibles con este.

Ext2 (Second Extended Filesystem o Segundo Sistema de Archivos Extendido) fue el sistema de archivos estándar en el SO GNU/Linux por varios años. La principal desventaja de Ext2 es que no implementa el Registro por Diario o Journaling, que sí soportan su sucesores ext3, ext4 u otros sistemas de ficheros como ReiserFS de Suse hoy ya no en uso.

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