Conceptos Esenciales de Gestión de E/S y Archivos en Sistemas Operativos

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Gestión de la E/S

Controlador de Dispositivo

  • Pasa datos al driver mediante el puerto de salida.
  • Recibe datos del driver mediante el puerto de entrada.
  • El controlador genera interrupciones para comunicarse con el driver, indicando:
    • Que ha terminado una operación.
    • Que está listo para recibir una nueva operación.
    • Que se ha producido un error.

Acceso Directo a Memoria (DMA)

  • El controlador DMA transfiere un bloque completo de datos directamente entre su propio búfer y la Memoria Principal, sin intervención de la CPU.
  • Solo se genera una interrupción por bloque transferido.
  • Funcionamiento: Ante una petición de E/S contra el periférico:
    • El driver configura el controlador DMA para que realice la transferencia (especificando direcciones de origen y destino, y la cantidad de bytes a transferir).
    • Le ordena al controlador DMA que inicie la transferencia.
    • Mientras el controlador DMA realiza la transferencia, la CPU puede ejecutar otros procesos.
    • Dado que en la Memoria Principal normalmente solo se puede realizar una operación de lectura o escritura a la vez, el controlador DMA "roba" ciclos a la CPU para acceder a la Memoria Principal. Durante estos ciclos, la CPU no puede leer ni escribir en la Memoria Principal.
    • El controlador DMA interrumpe a la CPU cuando ha terminado de transferir todos los datos.

Gestión de Archivos

Visión Lógica de Archivos

  • Un archivo es una sucesión de registros lógicos.
  • Estos registros pueden ser:
    • Bytes.
    • Estructurados en campos.
  • El Sistema Operativo (SO) puede o no facilitar diferentes tipos de registros lógicos.

Visión Física de Archivos

  • Un archivo es una sucesión de registros físicos (en disco: bloques).
  • Un bloque es un conjunto de bytes que se transfieren en una operación de E/S.
  • Consideraciones sobre el tamaño del bloque:
    • Un bloque pequeño implica poca eficiencia (más interrupciones).
    • Un bloque grande puede causar fragmentación interna.
    • Su tamaño es definido por el Sistema Operativo y por el dispositivo físico.
  • Factor de blocaje: Número de registros lógicos por registro físico.

Punteros y Tipos de Acceso a Archivos

  • Un puntero es la dirección del primer registro lógico del archivo a partir del cual se va a leer o escribir.
  • En cada operación de lectura o escritura, el puntero se incrementa en el número de registros lógicos leídos o escritos.
  • Tipos de acceso a un archivo:
    • Acceso secuencial: Los registros lógicos del archivo se procesan en orden.
    • Acceso directo: Se accede directamente a cualquier registro lógico, actualizando el puntero a la dirección de ese registro.

Asignación de Espacio en Disco

Existen diferentes métodos para la asignación de espacio en disco a los archivos:

  • Contigua: Los bloques asignados son consecutivos.
    • Desventaja: Puede generar fragmentación externa, requiriendo compactación.
  • Encadenada: Cada bloque contiene la dirección del siguiente bloque.
    • Ventaja: Facilita el acceso secuencial.
  • Enlazada (o por tabla de asignación): Se utiliza una tabla con tantas entradas como bloques. Cada entrada contiene el número del bloque siguiente (ejemplo: FAT en MS-DOS y Windows).
    • Desventaja: La tabla puede volverse muy grande.
  • Indexada: Cada archivo tiene una estructura propia (conocida como inodo en sistemas UNIX) que contiene:
    • Los atributos del archivo.
    • Los números de los bloques asignados al archivo.

Directorios y Carpetas

  • Los directorios o carpetas permiten al usuario organizar sus archivos.
  • Son grupos de archivos y/o subdirectorios.
  • Un directorio es a su vez un archivo (generalmente una tabla) que contiene una entrada por cada archivo o subdirectorio que cuelga de él. Cada entrada incluye información como:
    • Nombre simbólico.
    • Propietario.
    • Grupo.
    • Número de bloques que ocupa.
    • O, alternativamente, el nombre simbólico y la dirección del inodo.

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