5.4.
Organización lógica y física.
La
administraciòn de archivos se refiere a las diferentes maneras en las que puede
ser organizada la información de los archivos, así como las diferentes maneras
en que ésta puede ser accesada. Dado que hay 2 niveles de visión de los
archivos (físico y lógico), se puede hablar también de 2 aspectos de
organización de archivos: Organización de archivos lógicos y de archivos
físicos.
El sistema de archivos está
relacionado especialmente con la administración del espacio de almacenamiento
secundario, fundamentalmente con el almacenamiento de disco.
Una forma de organización de
un sistema de archivos puede ser la siguiente:
Se utiliza una “raíz
” para indicar en qué parte del disco comienza el “directorio raíz
” .
El “directorio raíz
” apunta a los “directorios de usuarios”.
Un “directorio de
usuario” contiene una entrada para cada uno de los archivos del usuario.
Cada entrada de archivo apunta
al lugar del disco donde está almacenado el archivo referenciado.
Esta forma de organización se
muestra en la Fig. 5.4.1.
Los nombres de archivos solo
necesitan ser únicos dentro de un directorio de usuario dado.
El nombre del sistema para un
archivo dado debe ser único para el sistema de archivos.
En sistemas de archivo “jerárquicos” el
nombre del sistema para un archivo suele estar formado como el “nombre de
la trayectoria” del directorio raíz al archivo.
Organización lógica
La mayoría de las computadoras
organizan los archivos en jerarquías llamadas carpetas, directorios o catálogos .
(El concepto es el mismo independientemente de la terminología usada.) Cada
carpeta puede contener un número arbitrario de archivos, y también puede
contener otras carpetas. Las otras carpetas pueden contener todavía más
archivos y carpetas, y así sucesivamente, construyéndose un estructura en árbol
en la que una «carpeta raíz» (el nombre varía de una computadora a otra) puede
contener cualquier número de niveles de otras carpetas y archivos. A las
carpetas se les puede dar nombre exactamente igual que a los archivos (excepto
para la carpeta raíz, que a menudo no tiene nombre). El uso de carpetas hace
más fácil organizar los archivos de una manera lógica.
La mayor parte de las
estructuras de organizaciones alternativas de archivos se encuentran dentro de
estas cinco categorías:
Pilas
Es la forma más fácil de
organizar un archivo. Los datos se recogen en el orden en que llegan.
Su objetivo es simplemente
acumular una masa de datos y guardarla.
Los registros pueden tener
campos diferentes o similares en un orden distinto. Cada campo debe ser
autodescriptivo, incluyendo tanto un campo de nombre como el valor. La longitud
de cada campo debe indicarse implícitamente con delimitadores, explícitamente
incluidos como un subcampo más.
El acceso a los registros se
hace por búsquedas exhaustiva y son fáciles de actualizar. Si se quiere
encontrar un registro que contiene un campo particular y un valor determinado,
es necesario examinar cada registro de la pila hasta encontrar el registro
deseado. Si se quieren encontrar todos los registros que contienen un campo
particular o que tienen un valor determinado para ese campo, debe buscarse el
archivo entero.
Se aplica cuando los datos se
recogen o almacenan antes de procesarlos o cuando no son fáciles de organizar.
Esta clase de archivo aprovecha bien el espacio cuando los datos almacenados
varían en tamaño y estructura. Fuera de estos usos limitados, este tipo de archivos
no se adapta a la mayoría de las aplicaciones.
Es la forma más común de
estructura de archivos.
Se emplea un formato fijo para
los registros, son de la misma longitud y constan del mismo número de campos de
tamaño fijo con un orden determinado.
Se necesita almacenar los
valores de cada campo; el nombre del campo y la longitud de cada uno son
atributos de la estructura del archivo. Cada registro tiene un campo clave que
lo identifica (generalmente es el primero de cada registro). Los registros se
almacenan en secuencia por la clave.
Se utilizan normalmente en
aplicaciones de procesos por lotes, ya que es la única organización de archivos
que se puede guardar tanto en cintas como en discos.
Para las aplicaciones
interactivas que incluyen peticiones o actualizaciones de registros
individuales, los archivos secuenciales no son óptimos. El acceso requiere una
búsqueda secuencial de correspondencias con la clave. Si el archivo entero o
gran parte de él pueden traerse a la memoria principal de una sola vez, se
podrán aplicar técnicas de búsquedas más eficientes. Al acceder un registro de
un archivo secuencial grande, se produce un procesamiento extra y un retardo
considerable.
La organización física del
archivo en una cinta o disco se corresponde exactamente con la organización
lógica del archivo, por lo tanto el procedimiento habitual es ubicar los nuevos
registros en un archivo de pila separado, es llamado archivo de registro o
archivo de transacciones .
Una alternativa es organizar
físicamente el archivo secuencial como una lista enlazada, en cada bloque
físico se almacena uno o más registros y cada bloque del disco contiene un
puntero al bloque siguiente. La inserción de un nuevo registro implica la
manipulación de puntero, pero no requiere que el nuevo registro ocupe una
posición particular del bloque físico.
Archivos secuenciales
indexados
Los registros se organizan en
una secuencia basada en un campo clave presentando dos características, un
índice del archivo para soportar los accesos aleatorios y un archivo de
desbordamiento. El índice proporciona una capacidad de búsqueda para llagar
rápidamente al registro deseado y el archivo de desbordamiento es similar al
archivo de registros usado en un archivo secuencial, pero está integrado de
forma que los archivos de desbordamiento se ubiquen siguiendo un puntero desde
su registro predecesor.
La estructura más simple tiene
como índice un archivo secuencial simple, cada registro del archivo índice
tiene dos campos, un campo clave igual al del archivo principal y un puntero al
archivo principal. Para encontrar un campo especifico se busca en el índice
hasta encontrar el valor mayor de la clave que es iguale o precede al valor
deseado de la clave, la búsqueda continua en el archivo principal a partir de
la posición que indique el puntero.
Cada registro del archivo
principal tiene un campo adicional que es un puntero al archivo de
desbordamiento. Cuando se inserta un nuevo registro al archivo, también se
añade al archivo de desbordamiento. El registro del archivo principal que
precede inmediatamente al nuevo registro según la secuencia lógica se actualiza
con un puntero del registro nuevo en el archivo de desbordamiento, si el
registro inmediatamente anterior está también en el archivo de desbordamiento
se actualizará el puntero en el registro.
Para procesar secuencialmente
un archivo completo los registros del archivo principal se procesarán en
secuencia hasta encontrar un puntero al archivo de desbordamiento, el acceso
continua en el archivo de desbordamiento hasta que encuentra un puntero nulo,
entonces renueva el acceso donde se abandonó en el archivo principal.
Archivos indexados
A los registros se accede solo
a través de sus índices. No hay resticción en la ubicación de los registros, al
menos un índice contiene un puntero a cada registro y pueden emplearse
registros de longitud variable.
Se suelen utilizar dos tipos
de índices, uno exhaustivo que contiene una entrada para cada registro del
archivo principal y se organiza como un archivo secuencial para facilitar la
búsqueda, el otro índice es parcial que contiene entrada a los registros donde
esté el campo de interés.
Con registro de longitud
variable, algunos registros no contendrán todos los campos y cuando se añade un
registro al archivo principal, todos los archivos de índices deben
actualizarse.
Archivos directos o de
dispersión
Explotan la capacidad de los
discos para acceder directamente a cualquier bloque de dirección conocida.
Se requiere un campo clave en
cada registro.
Los archivos directos son muy
usados donde se necesita un acceso muy rápido, donde se usan registros de
longitud fija y donde siempre se accede a los registros de una vez.
Organización física
Los datos son arreglados por
su adyacencia física, es decir, de acuerdo con el dispositivo de almacenamiento
secundario. Los registros son de tamaño fijo o de tamaño variable y pueden
organizarse de varias formas para constituir archivos físicos.
Cinta magnética
En este dispositivo el archivo
físico esta formado por un conjunto de registros físicos, y los bloques están
organizados en forma consecutiva, ya que se asigna en igual forma.
Además tales registros puede
contener etiquetas que permitan un mayor control sobre los datos almacenados, y
son las siguientes:
Etiqueta de volumen.- Contiene
información que permite identificar la cinta, el nombre del propietario y
cualquier información general requerida.
Etiqueta de archivo.- Se
utilizan por pares para indicar el inicio y fin del archivo, contiene
información acerca del nombre del archivo, fecha de creación.
Etiqueta de usuario.- Sirven
para guardar información adicional de importancia para el usuario; no son
procesados por el sistema
Discos Magnéticos
El archivo físico en un disco
es una colección de registros físicos de igual tamaño, los cuales pueden estar
organizados en forma consecutiva, ligada o con una tabla de mapeo.
En la organización contigua, el archivo utiliza registros físicos contiguos,
siguiendo la secuencia normal de direcciones.
La organización encadenada
consiste un conjunto de bloques, cada uno de los cuales tiene un campo
destinado para indicar la dirección del siguiente registro, o sea, para lo que
se ha llamado enlace o liga.
Otra forma de organización es
la tabla de mapeo que consiste en una tabla de apuntadores a los registros
físicos que forman el archivo.
La organización física de un
archivo en el almacenamiento secundario depende de la estrategia de agrupación
y de la estrategia de asignación de archivos.
Para elegir una organización
de archivos se deben tener en cuenta ciertos criterios:
Si un archivo va a procesar
solamente por lotes, accediendo cada vez a todos los registros, entonces
el acceso rápido para la recuperación de un único registro es una
preocupación mínima. Un archivo almacenado en CD-ROM nunca será actualizado,
por lo que la facilidad de actualización no se considera. Para
la economía de almacenamiento , debería existir una mínima
redundancia de los datos, ésta redundancia es el medio fundamental para
incrementar la velocidad de acceso a los datos.
Este tipo de organización
muestra a su vez, 2 aspectos importantes: Métodos De Asignación De Espacio
Libre y Asignación De Espacio De Almacenamiento Del Archivo.
METODOS DE ASIGNACION DE
ESPACIO LIBRE
Un método de asignación de
espacio libre determina la manera en que un Sistema Operativo controla los
lugares del disco que no están siendo ocupados.
Para el control del espacio libre se puede utilizar como base alguno de los
métodos teóricos: Vector de Bits, Lista Ligada, Por Agrupacion y por
Contador.
VECTOR
DE BITS
Se tiene un arreglo de bits,
el número de bits que tiene, representa cada sector del disco, o sea que si los
sectores 10 y 11 están ocupados su representacion será:
LISTA LIGADA
Existe una cabeceraen la que
se tiene la direccion del primer sector vacio, ese sector a su vez, tiene un
apuntador al siguiente bloque, y así sucesivamente hasta que se encuentre una
marca indicando que ya no hay espacio libre, tal y como se muestra en la
siguiente figura.
POR AGRUPACION
Es similar a la lista ligada,
solo que en este se tiene por cada sector, un grupo de apuntadores a varios
espacios vacios, al final de cada bloque se tiene un apuntador a otro grupo de
apuntadores, observe la figura.
POR CONTADOR
Aqui, por cada conjunto de
bloques contiguos que estén vacios, se tiene por cada apuntador, un número de
inicio y el tamaño del grupo de sectores vacios.
MÉTODOS DE ASIGNACIÓN DE
ESPACIO EN DISCO
Un método de asignación de
espacio en disco determina la manera en que un Sistema Operativo controla los
lugares del disco ocupados por cada archivo de datos. Se debe controlar
básicamente la identificación del archivo, sector de inicio y sector final.
Para el control del espacio
ocupado en disco se puede utilizar como base alguno de los métodos teóricos:
Asignación Contigua, Asignación Ligada, Asignación Indexada.
Asignaciòn
contigua
Este método consiste en
asignar el espacio en disco de tal manera que las direcciones de todos
losbloques correspondientes a un archivo definen un orden lineal. Por ejemplo:
VENTAJAS
La cabeza de
lectura no se mueve demasiado en la lectura de un archivo
DESVENTAJAS
Produce
fragmentación externa
Asignación ligada
En este método,
cada archivo es una lista ligada de bloques de disco. En el directorio hay un
apuntador al bloque de inicio y un apuntador al bloque final para cada archivo.
En cada uno de los bloques donde se encuentra un archivo hay un apuntador al
siguiente bloque de la lista. Por ejemplo:
VENTAJAS
No produce fragmentación
externa
DESVENTAJAS
La cabeza de lectura se puede
mover demasiado en la lectura de un archivo.
Si una liga se pierde, se
perderá el archivo completo.
Es ineficiente para la
implementación de archivos directos.
Se necesita un campo extra
para el apuntador
Asignación
indexada
Como ya se vio, la asignación
ligada resuelve problemas de fragmentación externa, sin embargo, la asignación
ligada no soporta eficientemente el acceso directo a los archivos. La
asignación indexada resuelve este problema poniendo todos los apuntadores en
una sola localidad: El bloque índice .
Cada archivo tiene su bloque
índice, El cual es un arreglo de direcciones de bloques de disco.
La i-ésima entrada
en el bloque índice apunta al i-ésimo bloque que conforma el archivo.
En el directorio se controla la dirección del bloque índice de cada archivo,
por ejemplo:
VENTAJAS
No produce fragmentación
externa.
Eficiente para la implementación
de archivos directos
DESVENTAJAS
Existe desperdicio cuando hay
archivos muy chicos.
Desbordamiento de bloque
índice. (Solución: creación de un esquema ligado; el ultimo bloque índice
apunta a otro índice.
5.4 Organización lógica y física - Materia SisOperativos. (2021). 5.4 Organización lógica y física - Materia SisOperativos. Google.com. https://sites.google.com/site/materiasisoperativo/unidad-5-sistemas-de-archivos/5-4-organizacion-logica-y-fisica
