SO Unidad 3: Administración de memoria y sistemas de archivos

Sistemas Operativos Carrera de Software
Ph.D. Franklin Parrales 1
25/03/2022
Administración de memoria y
sistemas de archivos
Unidad 3
Material docente compilado por el profesor Ph.D. Franklin Parrales Bravo
para uso de los cursos de Sistemas Operativos

25/03/2022
Objetivo general de la Unidad 3
Identificar la administración de memoria y sistemas de
archivos por parte del sistema operativo, mediante el
análisis de ejercicios de segmentación de memoria, para
comprender el funcionamiento de la administración de
recursos del computador.

25/03/2022
Contenido
• ADMINISTRACIÓN DE LA MEMORIA
– Memoria principal
– Abstracción de memoria
– Sistema de gestión de
memoria
– Memoria virtual
– Algoritmo de reemplazo de
páginas
– Diseño para los sistemas de
paginación
– Segmentación de memoria.
– Comandos para
administración de memoria.
• SISTEMAS DE ARCHIVOS
– Archivos
– Directorios
– Implementación de un sistema
de archivo
– Administración y optimización de
un sistema de archivo
– Ejemplos de sistemas de archivos
• S.O. DE PROPÓSITO ESPECÍFICO
– Caso de estudio Linux
– Caso de estudio Windows
– Caso de estudio Embebidos
(Android).
– Sistemas Operativos en la Nube.

25/03/2022
Contenido
memoria
– Memoria virtual
páginas
paginación
– Comandos para
– Archivos
– Directorios
de archivo
(Android).

25/03/2022
Memoria principal
La memoria principal (RAM) es un importante recurso que
debe administrarse con cuidado. Aunque actualmente una
computadora doméstica promedio tiene 10,000 veces más
memoria que la IBM 7094, la computadora más grande en
el mundo a principios de la década de 1960.

25/03/2022
Memoria principal
¿Que es lo que todo programador quisiera?
- Memoria privada.
- De tamaño y rapidez infinitas.
- Que también sea no volátil.
- Barata también.
Por desgracia, la tecnología no proporciona tales
memorias en estos momentos.

25/03/2022
Memoria principal
¿Cuál es la segunda opción?
A través de los años se ha elaborado el concepto de jerarquía de
memoria, de acuerdo con el cual, las computadoras tienen:
- Unos cuantos megabytes de memoria caché, muy rápida, costosa y
volátil.
- Unos cuantos gigabytes de memoria principal, de mediana velocidad,
a precio mediano y volátil.
- Unos cuantos terabytes de almacenamiento en disco lento, económico
y no volátil.
- El almacenamiento removible, como los DVDs y las memorias USB.
• El trabajo del sistema operativo es abstraer esta jerarquía en un
modelo útil y después administrarla.

25/03/2022
Jerarquía de memoria
Cuando se desciende la
jerarquía ocurre:
a) Menor costo por bit
b) Mayor capacidad
c) Menor velocidad
d) Disminución de la frecuencia
de acceso a la memoria por
parte del procesador
Principio de
localidad

25/03/2022
¿Por qué funciona la jerarquía de memoria?
• Principio de localidad
Los programas acceden a una
porción relativamente pequeña del
espacio de direcciones en algún
instante de tiempo.
Espacio de direcciones
0
Probabilidad
De referencia
❖ Localidad temporal
o Si un dato es referenciado, tiende a ser referenciado de nuevo
en un tiempo próximo (ciclos o subrutinas)
❖ Localidad espacial
o Si un dato es referenciado, los datos con direcciones cercanas
tienden a ser referenciados pronto (tablas o matrices)

25/03/2022
Jerarquía de memoria de una computadora
• Haciendo uso del principio de localidad:
– Presenta al usuario tanta memoria como esté disponible con la
tecnología más económica.
– Provee acceso con la velocidad disponible con la tecnología
más rápida.
Control
Datapath
Secondary
Storage
(Disk)
Processor
Registers
Main
Memory
(DRAM)
Second
Level
Cache
(SRAM)
On-Chip
Cache
1s 10,000,000s
(10s ms)
10s 100s
100B
GB
Tamaño
(bytes):
KB MB
Tertiary
Storage
(Tape)
10,000,000,000s
(10s sec)
TB
Velocidad (ns):

25/03/2022
Clasificación de memoria
Memoria RAM (Random-Access Memory)
– Todas las memorias mostradas son de acceso aleatorio
– Leer y escribir datos rápidamente en ellas
– Volátil. Almacenamiento temporal
Tipos de
memoria RAM
Dinámica. Está hecha con celdas que
almacenan los datos como cargas
en los condensadores.
Estática. Almacenan los datos utilizando
configuraciones de compuertas
que forman biestables (flip-flops)

25/03/2022
Memoria RAM dinámica y estática
Acceso aleatorio: el tiempo de acceso es el mismo para
todas las localidades
–DRAM: Memoria de acceso aleatorio dinámica
• Alta densidad, requiere poca energía, económica,
• Lenta, dinámica: Necesita ser “refrescada”
regularmente (1-2% de ciclos)
–SRAM: Memoria de acceso aleatoria estática
• Baja densidad, requiere más energía, cara,
• Rápida, estática: El contenido durará mientras esté alimentada

25/03/2022
Memoria ROM
Las memorias ROM (Read-Only Memory):
• Contiene un padrón permanente de datos que
no puede alterarse.
• Aplicaciones: microprogramación, subrutinas de
biblioteca para funciones de uso frecuente,
programas del sistema, tablas de funciones.

25/03/2022
Tipos de memoria ROM
• PROM. Es no volátil y sólo se puede escribir en ella una sola
vez. El proceso de escritura se lleva a cabo eléctricamente y
puede realizarlo el suministrador o el cliente con
posterioridad.
• EPROM: Memoria de sólo lectura programable borrable
– Antes de escribir una operación, todas las celdas
de almacenamiento deben ser borradas al estado
inicial exponiendo el chip a radiación ultravioleta.
Mas cara que la PROM, pero tiene la ventaja de
que puede ser alterada múltiples veces.

25/03/2022
EEPROM: Memoria de sólo lectura programable
y borrable eléctricamente.
– Puede ser escrita sin borrar contenido anterior. Sólo el o
los bytes direccionados son actualizados.
– La operación de escritura toma mucho más tiempo que la
de lectura.
– Combina la ventaja de no-volatibilidad con la flexibilidad
de ser actualizable usando controles de bus ordinarios,
direcciones y línea de datos.
– Es más cara que la EPROM y puede almacenar menos
bits por chip.

25/03/2022
• Flash
– Nombrada así por la velocidad a la cual puede ser
reprogramada.
– Es intermedia entre la EPROM y la EEPROM en costo y
funcionalidad.
– Mucho más rápida que la EPROM.
– Puede borrar bloques específicos de memoria.
– No provee borrado a nivel de bytes.
– Tiene la densidad alta de las EPROM.

25/03/2022
Clasificación de memorias
Tipo de
memoria
Categoría Borrado Mecanismo
de escritura
Volati-
bilidad
RAM Lectura-escritura Eléctricamente Eléctricamente Volátil
ROM Sólo lectura No es posible Máscaras No volátil
PROM " " Eléctricamente "
EPROM Lectura-frecuente Luz ultravioleta " "
EEPROM " Eléctricamente " "

25/03/2022
Memoria principal y registro
• Un programa debe ser cargado (de disco) a memoria
y colocado en un proceso para ser ejecutado
• La memoria principal y los registros son el único tipo
de almacenamiento que el CPU puede accesar
directamente
• El acceso a un registro ocurre en un tick del reloj del
CPU (o en menos)
• Acceso a memoria puede tomar muchos ciclos
• La velocidad de la caché se encuentra entre la
memoria principal y los registros
• Es requerido protección de memoria para asegurar su
correcta operación

25/03/2022
Contenido
memoria
– Memoria virtual
páginas
paginación
– Comandos para
– Archivos
– Directorios
de archivo
(Android).

25/03/2022
Abstracción de memoria
Sin abstracción de memoria.
La abstracción más simple de memoria es ninguna abstracción. Las
primeras computadoras mainframe (antes de 1960), las primeras
minicomputadoras (antes de 1970) y las primeras computadoras
personales (antes de 1980) no tenían abstracción de memoria. Cada
programa veía simplemente la memoria física.
MOV REGISTRO1, 1000
El modelo de programación que se presentaba al programador era
simplemente la memoria física.

25/03/2022
Forma simple de organizar la memoria sin abstracción.
El sistema operativo puede
estar en la parte
inferior de la memoria en la
RAM.
Este modelo se utilizó antes en
las mainframes y
minicomputadoras, pero
actualmente casi no se emplea.
Programa
de Usuario
SO en
RAM
0xFFF…
0
(a)

25/03/2022
El sistema operativo puede
estar en la ROM, en la parte
superior de la memoria.
Este modelo se utiliza en
algunas computadoras de
bolsillo y sistemas embebidos.
Programa
de Usuario
SO en
ROM
0xFFF…
0
(b)

25/03/2022
Los controladores(drivers) de
dispositivos pueden estar en la
parte superior de la memoria en
una ROM y el resto del sistema
en RAM más abajo.
Este modelo fue utilizado por
las primeras computadoras
personales.
Programa
de Usuario
SO en RAM
Controladores
de disp en ROM
0xFFF…
0
(c)

25/03/2022
Los modelos (a) y (c)
tienen la desventaja
de que un error en el
programa de usuario
puede borrar el
sistema operativo,
posiblemente con
resultados
desastrosos.
Programa
de Usuario
SO en
RAM
0xFFF…
0
(a)
Programa
de Usuario
SO en RAM
Controladores
de disp en ROM
0xFFF…
0
(c)

25/03/2022
Cuando el sistema se organiza de esta forma, por lo
general se puede ejecutar sólo un proceso a la vez.
- Tan pronto como el usuario teclea un comando, el
sistema operativo copia el programa solicitado del disco
a la memoria y lo ejecuta.
- Cuando termina el proceso, el sistema operativo
muestra un carácter indicador de comando y espera un
nuevo comando.
- Cuando recibe el comando, carga un nuevo programa
en memoria, sobrescribiendo el primero.

25/03/2022
No obstante, aun sin abstracción de memoria es posible
ejecutar varios programas al mismo tiempo.
Lo que el sistema operativo debe hacer es guardar todo el
contenido de la memoria en un archivo en disco, para
después traer y ejecutar el siguiente programa.

25/03/2022
Una abstracción de memoria: Espacio de direcciones.
Hay que resolver dos problemas para permitir que haya
varias aplicaciones en memoria al mismo
tiempo sin que interfieran entre sí:
- Protección.
- Reubicación.
El espacio de direcciones es una solución porque crea un
tipo de memoria abstracta para que los programas vivan ahí.

25/03/2022
Un espacio de direcciones es el conjunto de direcciones que puede
utilizar un proceso para direccionar la memoria.
Registros base y límite.
La solución sencilla utiliza una versión muy simple de la reubicación
dinámica.
Lo que hace es asociar el espacio de direcciones de cada proceso
sobre una parte distinta de la memoria física.
Cuando se utilizan estos registros, los programas se cargan en
ubicaciones consecutivas de memoria en donde haya espacio y sin
reubicación durante la carga.

25/03/2022
Registros base y límite: Definen el espacio de direcciones lógicas

25/03/2022
Una abstracción de
memoria: Espacio de
direcciones.
Cuando se ejecuta un
proceso, el registro base se
carga con la dirección física
donde empieza el
programa en memoria y el
registro límite se carga con
la longitud del programa.

25/03/2022
Asociación de Instrucciones y Datos a Memoria
• Puede ocurrir en tres etapas diferentes:
– Tiempo de compilación: Si la posición de memoria
se conoce a priori, se puede generar código absoluto;
recompilar si la dir. inicial cambia
• Ej.: MS-DOS programas .COM
– Tiempo de carga: Se genera código relocalizable si
la dir. de memoria no se sabe en tiempo de
compilación; dirs. asignadas en load time
– Tiempo de ejecución: Si un proceso puede ser
movido durante su ejecución de un segmento de
memoria a otro, la asociación se posterga a tiempo de
ejecución. Se necesita soporte de HW
• Usado por la mayoría de los SOs actuales

25/03/2022

25/03/2022
Espacio de Direcciones(Address Space)
El espacio de direcciones es el espacio en memoria asignado al proceso. Aquí se
encuentra el código del proceso y los datos que este utiliza.
Desde el punto de vista del proceso, el Address Space es la única memoria existente en el
sistema, no pudiendo acceder a direcciones foráneas.
En el caso de sistemas sin paginación, el espacio de direcciones no puede ser particionado en
páginas, y ser cargado por partes o llevado parcialmente a swap; resultando en que el bloque
de memoria esta realmente presente ya sea en RAM o disco.
Address Space
Código
Datos
Stack
Registros
Cuando se tiene paginación, entonces el
espacio de direcciones es dividido en páginas,
y resultando en que no todo este en RAM,
sino solo una porción. A este concepto de un
espacio que realmente no esta por completo
ni en memoria, ni en disco; se le denomina
Espacio de Direcciones Virtual.

25/03/2022
Espacio de Direcciones Físico vs. Lógico
• Conceptos
– Dirección lógica – generada por el CPU; también
llamada dirección virtual
– Dirección física – dirección vista por la unidad de
memoria
• Direcciones lógicas y físicas son las mismas en
los esquemas de tiempo de compilación y
tiempo de carga; difieren en el esquema de
tiempo de ejecución

25/03/2022
Contenido
memoria
– Memoria virtual
páginas
paginación
– Comandos para
– Archivos
– Directorios
de archivo
(Android).

25/03/2022
Administrador de memoria
La parte del sistema operativo que administra la jerarquía
de memoria se conoce como administrador de
memoria.
• Llevar el registro de cuáles partes de la memoria están
en uso.
• Asignar memoria a los procesos cuando la
necesiten.
• Desasignarla cuando terminen.

25/03/2022
Administración de Memoria Básica
Monoprogramación sin intercambio ni paginación
- Solo 1 programa a la vez en la memoria
- Cuando termina el programa puede ejecutarse el siguiente
Programa
de Usuario
SO en
RAM
0xFFF…
0
Programa
de Usuario
SO en
ROM
0xFFF…
0
Programa
de Usuario
SO en RAM
Controladores
de disp en ROM
0xFFF…
0

25/03/2022
Multiprogramación con Particiones Fijas
- La RAM se divide en varios espacios de tamaños variables para poder contener
procesos de largos distintos
- Particiones pequeñas pueden ser utilizadas pro procesos interactivos dependientes del
Input del usuario
- Particiones más grandes son utilizadas por procesos mas intensivos en CPU
Partición 4
Partición 3
Partición 2
Partición 1
Sistema
Operativo
800k
700k
400k
200k
100k
0
Partición 4
Partición 3
Partición 2
Partición 1
Sistema
Operativo
800k
700k
400k
200k
100k
0

25/03/2022
Reubicación
- Cuando se utiliza el esquema de multiprogramación, se debe resolver el problema de
resolver la dirección real de la instrucción que se está ejecutando.
- Cada programa al enlazarse produce direcciones relativas dentro del código. Estas
deben resolverse a direcciones absolutas dentro de la memoria tomando en cuenta la
partición en que se encuentra. Esto se conoce como reubicación.
Partición 4
Partición 3
Partición 2
Partición 1
Sistema
Operativo
800k
700k
400k
200k
100k
0
100
0
Procedimiento que
se encuentra en la
dirección 100
relativa del
programa
100 + 409.600 = 409.700
400k = byte 409.600

25/03/2022
Protección
- Al tener multiprogramación se genera el problema de poder asegurar que los
programas de usuario no puedan tener acceso a los datos o código de otros
procesos. Este es el problema de protección.
Partición 4
Partición 3
Partición 2
Partición 1
Sistema
Operativo
800k
700k
400k
200k
100k
0
Registro Base
Registro Límite Al hacer un acceso a memoria, el SO
toma el valor del registro base y lo suma
a la dirección solicitada.
paddr = vaddr + regBase
Si el resultado no excede el valor del
registro límite, entonces se permite el
acceso.
paddr = dirección física (real)
vaddr = dirección virtual

25/03/2022
Intercambio
Cuando los procesos que se están activos en un sistema sobrepasan en tamaño a la
memoria disponible, los excedentes deben mantenerse en disco y traerse a la memoria en
forma dinámica para que se ejecuten.
El intercambio consiste en mover procesos completos desde la memoria a disco y
viceversa. El proceso se trae a memoria principal, se ejecuta por un periodo de tiempo y
luego se guarda en disco hasta que sea su turno nuevamente.
S.O.
A
S.O.
A
B
S.O.
A
B
C
S.O.
B
C
S.O.
B
C
D
S.O.
C
D
A
Memoria disponible

25/03/2022
Problemas:
• Los procesos en este esquema son de tamaño fijo
• Deja espacios entre procesos que son pueden ser utilizados. Este fenómeno se conoce
como fragmentación externa, dado que se producen fragmentos de memoria inútiles
afuera de los procesos.
• Dado que los programas se mueven de posición en el tiempo, el SO debe poder manejar
un esquema de reubicación y protección más complejo que los modelos anteriores.
S.O.
S.O.
A
S.O.
S.O.
A
B
S.O.
S.O.
A
B
C
S.O.
S.O.
B
C
S.O.
S.O.
B
C
D
S.O.
S.O.
C
D
A
Intercambio

25/03/2022
S.O.
B
C
D
Compactación
- Consiste en mover los procesos hacia la parte baja de la memoria,
agrupando los espacios libres de memoria. Así se logra poder colocar más
procesos.
- El problema es que el proceso de compactación toma MUCHO tiempo.
S.O.
B
C
D
Intercambio

25/03/2022
S.O.
A
B
Asignación de memoria con procesos de tamaño variable
- Al tener procesos cuyo segmento de datos puede crecer el problema de la asignación
de memoria se complejiza, pues el SO debe cuidar de dejar espacio para la expansión,
de lo contrario se gastará mucho tiempo liberando espacio cada vez que se quiera más
memoria.
- El heap es el espacio de datos de un proceso que puede ir creciendo a medida que se
ejecuta. El SO debe asignar algún espacio para que este pueda crecer, el cual no es
ocupado de inmediato. Este efecto de desperdiciar memoria al interior del proceso se
conoce como fragmentación interna.
Programa de B
Heap de B
Stack de B
Espacio libre
propio de B
Intercambio

25/03/2022
Ubicación de un proceso dentro de la memoria
- Al momento de que se decide traer un proceso a memoria, o se esta partiendo uno
nuevo, se debe escoger en que lugar disponible se le colocará.
Método del primer ajuste
El proceso se coloca en el primer lugar disponible de la memoria partiendo de la parte
baja de la misma.
S.O.
Memoria RAM
0 100 300 600 800
A B D
C
S.O.
Memoria RAM
0 100 300 600 800
A B
C
Intercambio

25/03/2022
Siguiente del primer ajuste
El proceso se coloca en la siguiente posición disponible donde el proceso quepa, desde
la última ubicación que realizó. Si llega al final, comienza de nuevo en el cero.
S.O.
Memoria RAM
0 100 300 600 800
A B D
C E
S.O.
Memoria RAM
0 100 300 600 800
A B D
C
E
Intercambio

25/03/2022
Mejor Ajuste
El proceso se coloca en el espacio libre que más se ajuste al tamaño.
F
S.O.
Memoria RAM
0 100 300 600 800
A B D
C E
S.O.
Memoria RAM
0 100 300 600 800
A B D
C E F
Intercambio

25/03/2022
Peor Ajuste
El proceso se coloca en el espacio libre más grande disponible.
F
S.O.
Memoria RAM
0 100 300 600 800
A B D
C E
S.O.
Memoria RAM
0 100 300 600 800
A B D
C E F
Intercambio

25/03/2022
Contenido
memoria
– Memoria virtual
páginas
paginación
– Comandos para
– Archivos
– Directorios
de archivo
(Android).

25/03/2022
Memoria Virtual
Introducción
- Los programas realizan accesos a la memoria indicando direcciones virtuales (lugar
donde creen esta el dato que requieren) a las cuales desean acceder. Estas direcciones
conforman el espacio de direcciones virtuales del proceso, que es el conjunto de
memoria que conceptualmente esta asociado al proceso.
- Las direcciones virtuales no pueden ser enviadas directamente a la memoria pues no
corresponden a la verdadera posición. Estas son convertidas en direcciones físicas
(posición real dentro del chip de RAM) por la MMU (Memory Management Unit - Unidad
de Manejo de Memoria).
CPU
MMU RAM Discos
CPU envía direcciones
virtuales a la MMU
MMU envía direcciones
físicas a la memoria

25/03/2022
Paginación
- Consiste en dividir el espacio de direcciones virtual en unidades de tamaño invariante
llamadas páginas.
- Los marcos de página son la correspondencia de una página en la memoria física, es
decir, el espacio en la RAM donde realmente esta la página, teniendo ambos el mismo
tamaño. De esta forma, todas las unidades de transferencia de datos desde y hacia la
RAM se hacen en el tamaño de una página.
Proceso A Proceso A
Proceso A RAM
Página
Marco de
Página
Memoria Virtual

25/03/2022
Tabla de Páginas
- La relación entre las paginas (espacio de direcciones virtual) y los marcos de páginas
(memoria física) está dada por la Tabla de páginas. Esta se encuentra almacenada en la
memoria RAM
X
2
3
X
7
X
X
0
5
X
X
6
4
X
1
X
(pagina 15) 60k – 64k
56k – 60k
52k – 56k
52k – 48k
48k – 44k
44k – 40k
40k – 36k
36k – 32k
32k – 28k
28k – 24k
24k – 20k
20k – 16k
16k – 12k
12k – 8k
8k – 4k
(página 0) 4k – 0k
Espacio
De
Direcciones
Virtual
2
3
7
0
5
6
4
1
32k – 28k
28k – 24k
24k – 20k
20k – 16k
16k – 12k
12k – 8k
8k – 4k
4k – 0k
Memoria
RAM
Tabla de Páginas
Marco de
Página
Página
Memoria Virtual

25/03/2022
Conversión de direcciones
- Al momento que un proceso realiza un acceso a memoria, se debe convertir la dirección virtual
entrante en la dirección física, consultando la tabla de páginas. Para convertir se debe:
- Ubicar la página a la que pertenece la dirección virtual: vaddr / Tamaño Página (DIV ENTERA)
- Ubicar el marco de página al que corresponde
- Calcular el desplazamiento: vaddr – (N°Pag * Tamaño Página)
- Sumar el desplazamiento a la dirección base del marco de página
Ejemplo: Dirección virtual (vaddr): 36777
Tamaño de página: 4096b
Página = 36777 / 4096 (DIV ENTERA) = 8
Marco de la página 8 = 0
Desplazamiento = 36777 – (8 * 4096) = 4009
Dirección Física (paddr) = 0 * 4096 + 4009 = 4009
36864
(Pág. 8)
32768
0
4096
0
desplazamiento
4009
paddr
0
36777
vaddr
Memoria Virtual

25/03/2022
Fallos de página
- En la tabla de páginas existe un bit de validez por cada página, que indica si esta está
presente en la memoria principal o no.
- Un fallo de página ocurre cuando se solicita una página del espacio de direcciones
virtual y esta no tiene marco de página asignado, es decir, no tiene correspondencia en
la memoria física.
- Al ocurrir un fallo de página, la MMU emite una interrupción “Page Fault” provocando
trap al sistema para poder manejar la situación
- El sistema operativo toma el control, cargando la página desde el disco duro a la
memoria reanudando el proceso luego de eso. Si no hay memoria disponible, se debe
llevar uno o más marcos de páginas al disco para liberar espacio.
0
X
X
2
3
X
1
X
32k – 28k
28k – 24k
24k – 20k
20k – 16k
16k – 12k
12k – 8k
8k – 4k
4k – 0k
Espacio
De
Direcciones
Virtual
2
3
0
1
16k – 12k
12k – 8k
8k – 4k
4k – 0k
Memoria
RAM
Memoria Virtual

25/03/2022
0
X
X
2
3
X
1
X
32k – 28k
28k – 24k
24k – 20k
20k – 16k
16k – 12k
12k – 8k
8k – 4k
4k – 0k
Espacio
De
Direcciones
Virtual
2
3
0
1
16k – 12k
12k – 8k
8k – 4k
4k – 0k
Memoria
RAM
TRAP AL
SISTEMA
OPERATIVO
Acceso
dirección 27688
Hay marcos
Libres?
0
X
2
3
X
1
X
2
3
0
1
X
Se carga la página
a memoria
Se lleva una o más
páginas a disco
Proceso
continua
si
no
Memoria Virtual

25/03/2022
Estructura de la tabla de Páginas
Tabla de Páginas
bit cache
bit solicitada
Bit modificada
Bits protección
Bit validez
Número
De
Marco
De
Página
Indica al sistema operativo si realiza cache de la página.
Útil cuando la página contiene estados de dispositivos.
Indica si la página ha sido usada. Útil para ayudar al SO a
elegir cuales páginas le conviene mandar a disco.
Indica si la página ha sido modificada desde que entró a la memoria.
Ayuda al SO a determinar si debe guardarla al sacarla de la RAM.
Indica los permisos que se tienen sobre la página. 3 bits:
R = permiso de lectura
W = permiso de escritura
X = permiso de ejecución
Indica si la página tiene un márco de página valido (esta en RAM)
Contiene el numero del marco de página donde está esta página.
El valor no tiene importancia si el bit de validez esta en cero.
Memoria Virtual

25/03/2022
Tabla de Páginas dentro de la MMU
1 1 0 0 1 1 0 0 0 1 0 0 1 0 0
0 1 1 0 0 1 1 0 0 0 1 0 0 1 0 0
Pág Virtual Marco Validez
15 001 1
14 0
13 101 1
12 111 1
11 0
10 100 1
9 011 1
8 0
7 0
6 110 1
5 0
4 010 1
3 0
2 0
1 000 1
0 0
N° de Página Desplazamiento
Dirección
Virtual
(vaddr)
Dirección
Física
(paddr)
0110x0 = 6
Espacio de
direcciones
virtual de 16bits
(64kb)
Memoria de 32kb
(15bits necesarios)
Memoria Virtual

25/03/2022
Tablas de Páginas Multinivel
TP1 TP2 Desplazamiento
32bits
10bits 10bits 12bits
Páginas de 4kb
Tabla de página
de primer nivel
(…)
1023
0
Tabla de
página de
segundo nivel
A páginas
(vaddr)
Memoria Virtual

25/03/2022
TLB: Translation Lookaside buffer
- El Búfer de consulta para traducción (TLB), contiene la misma estructura de la tabla
de páginas. Contiene muy pocas entradas (8 – 64) con la información de las últimas
páginas solicitadas.
- Acelera las consultas considerablemente pues busca simultáneamente en todas las
entradas de la TLB la página solicitada. Si se encuentra, se reemplaza el numero de
marco directamente. Si no esta, se produce una consulta ordinaria a la tabla de página,
agregando la información a la TLB.
CPU
MMU
TLB
Consulta a la
Tabla de páginas
vaddr
FalloTLB
Encontrado en TLB
paddr
Memoria Virtual

25/03/2022
Tablas de páginas Invertidas
- Solución en los sistemas de 64bits donde el espacio de direcciones virtual es 264,
Ej: con páginas de 4kb (212) se requieren de 252 posiciones
si cada entrada de la tabla de páginas requiere 8 bytes:
23 * 252 = 255 = 3,6 * 1016 bytes
-Consiste en tener una entrada por cada marco de memoria real en lugar de una por cada
página del espacio de direcciones virtual.
Tabla de páginas tradicional
con las 264 entradas
256Mb en páginas de
4kb = 216 posiciones
216-1
0
Tabla de hash
indexada por hash
sobre pag viartual
Página Marco
Memoria Virtual

25/03/2022
Tablas de páginas Invertidas: Consideraciones
-Al estar ahora indexada por número de marco, no es posible buscar usando los bits
superiores de la vaddr.
- Al buscar el marco al que corresponde la página se debe ir a mirar la memoria donde
esta almacenada la Tabla de Páginas.
-Es necesario el uso de la TLB para poder agilizar el proceso.
Memoria Virtual

25/03/2022
Contenido
memoria
– Memoria virtual
páginas
paginación
– Comandos para
– Archivos
– Directorios
de archivo
(Android).

25/03/2022
Algoritmos de Reemplazo de Páginas
Generalidades
- Al ocurrir un fallo de página, el sistema operativo debe cargar a memoria la página que
contiene la dirección de memoria solicitada. Si no existe lugar disponible en la memoria,
entonces se deberá desalojar algunas para hacer espacio.
- Desalojar páginas poco usadas es mas conveniente que desalojar otras más populares,
pues es muy probable que se deban traer de vuelta las más utilizadas.
- Se debe tener el cuidado sobre que hacer con las páginas de acuerdo a si han sido
modificadas o no. Una página no modificada se puede acceder desde su ubicación inicial
en el disco. Una página modificada debe ser escrita a disco para no perderla.
RAM ?
Swap
Eliminacion

25/03/2022
Casos de desalojo de páginas
- Páginas No Modificadas, Solo Lectura: se eliminan pues pueden ser re-leídas desde su
posición original en el disco. (Ej: segmento de codigo)
- Páginas Modificadas, que no han salido a swap: se escriben al swap para no perderlas
(Ej: stack)
- Páginas No Modificadas, que han salido a swap: se verifica si la ubicación en swap es
válida, si lo es, no elimina.
- Páginas Modificadas: se escriben a swap.

25/03/2022
Algoritmo Óptimo
- Caso utópico en el cual se selecciona para desalojo la página que se referenciará más
lejos en el tiempo, postergando así el fallo de página hasta el máximo.
- Imposible de Implementar pues supone el conocimiento de que páginas serán solicitadas
por el proceso, a priori.
Página 1
Tiempos de referencia:
123, 1002, 2099, 4009, 10000
Página 2
11, 20000, 22444, 22443
Página 3
1000, 1001, 1002, 1003
Página 4
500, 11000, 11001, 23000
Página 5
123, 1002, 2099, 4009, 10000
Página Entrante
A desalojar

25/03/2022
NRU: Not Recently Used – No usadas recientemente
- En este método cada página contiene 2 bits que permite decidir cual página desalojar:
- R (bit solicitado): Se enciende cuando se realiza un acceso a esta página
- M (bit modificado): Se enciende cuando se escribe en la página.
- Se establecen así 4 clases de acuerdo al valor de los bits:
- Clase 0: No solicitado, No Modificado
- Clase 1: No solicitado, Modificado
- Clase 2: Solicitado, No Modificado
- Clase 3: Solicitado, Modificado
- El algoritmo escoje una página partiendo desde las con clase menor.
- El sistema operativo en cada interrupción de reloj cambia el estado del bit R, para
poder identificar cuales páginas son accedidas constantemente durante el quantum.

25/03/2022
NRU: Not Recently Used – No usadas recientemente
Pag Bit R Bit M
0 0 0
1 0 0
2 0 0
3 0 0
Estado de la tabla de páginas en t0
Quantum
Pag Bit R Bit M
0 1 1
1 1 0
2 0 0
3 1 1
Durante el siguiente cuantum se hacen
accesos a las páginas 0 y 1, luego se
pide la página 4 que no esta presente y
se provoca un Page Fault.
El SO apaga todos los bits R para
poder determinar cuales de las
páginas han sido ocupadas
Pag Bit R Bit M
0 0 1
1 0 0
2 0 0
3 0 1
Quantum
Pag Bit R Bit M
0 1 1
1 1 0
2 0 0
3 0 1
Durante el quantum se acceden las
páginas 0, 1 y 3; y se escribe en las
0 y 3
Será desalojada

25/03/2022
FIFO: First In First Out
- Simplemente se escoge para desalojo la página que entró primero a la memoria.
- Al ser un método mecánico sin mayor análisis, puede desalojar páginas muy utilizadas.
Pág 1 Pág 2 Pág 3 Pág 4 Pág 5
Pág 1 Pág 2 Pág 3 Pág 4
Pág 1 Pág 2 Pág 3
Pág 1 Pág 2
Pág 1
t0
t1
t2
t3
t4
t5
t6
t7
Memoria de 5 marcos

25/03/2022
Second Chance – Segunda Oportunidad
- Modificación de FIFO que permite evitar el problema de desalojar una página que sea
muy utilizada.
- Las páginas se mantienen ordenadas en el orden en que llegaron a la memoria, en
una lista enlazada por ejemplo.
- Cada vez que se elige una página como candidato para desalojar, se mira su bit de
uso (R).
- Si esta en 1, se apaga, se coloca la página al final y se sigue con la siguiente
(dándole así una segunda oportunidad).
- Si esta en 0, se escoge esa página para el desalojo.
- A diferencia de NRU, el SO solo resetea el bit a cero cuando esta buscando una
página para desalojar, y no en cada interrupción de reloj.

25/03/2022
Second Chance – Segunda Oportunidad
Pág 1 1 Pág 2 1 Pág 3 0 Pág 4 0 Pág 5 0
En FIFO la
Página 1 saldría
0
Orden de entrada a la memoria
Pág 2 1 Pág 3 0 Pág 4 0 Pág 5 0 Pág 1 0
0
Pág 2 0
Pág 3 0 Pág 4 0 Pág 5 0 Pág 1 0
Se mira la primera página (la más vieja). Tiene su bit
de uso en 1, por lo tanto se le da otra oportunidad. Se
setea en cero R, y se pasa a la cola
Idem al caso anterior
Al encontrarse una página con el bit en cero, se
escoge para desalojo.
En el caso de que todas las páginas hayan tenido el
bit de uso en cero, este algoritmo degrada en FIFO.

25/03/2022
Tipo Reloj (Clock)
- Muy similar a Second Chance, también utiliza el bit de uso para entregar una segunda
oportunidad a las páginas antes de desalojarlas.
-Las páginas son colocadas en una lista enlazada circular que el sistema operativo va
revisando secuencialmente como la manecilla de un reloj.
- Si la página tiene bit R = 1, lo apaga y sigue con la página siguiente.
- Si la página tiene bit R = 0, la desaloja.
Pág 1 1
Pág 2 0
Pág 3 0
Pág 4 0
Bit R = 1, se apaga y
se sigue con el
siguiente
Pág 1 0
Pág 2 0
Pág 3 0
Pág 4 0
Bit R = 0
Se desaloja la
página

25/03/2022
2 0 4 3 1
2
0
1
4
3
100
150
120
40
60
LRU: Least Recentely Used – Menos Recientemente Usada
- Algoritmo que busca desalojar la página que lleva mas tiempo sin usarse, tomando como base que las
más usadas, seguirán siendo solicitadas en el futuro.
- Se puede implementar a través de:
- Lista enlazada: el sistema mantiene una lista de las páginas en memoria. Cada vez que se
referencia una página, se mueve el nodo al final de la lista. Al momento de ocurrir un fallo de
página se escoge la primera página de la lista.
- Contador: El sistema mantiene un contador por página que se aumenta en cada interrupción de
reloj. Al ocurrir un fallo de página se escoge la página con el contador con el menor valor.
2 0 1 4 3
2 0 4 3 1
Acceso página 1
Acceso página 5 → fallo de página
2
0
1
4
3
100
0
120
40
60
Acceso
página 1
En t=150
2
0
1
4
3
100
150
120
40
60
Acceso
página 5
En t=160
Página a desalojar
Página a desalojar

25/03/2022
Working Set – Set de trabajo
- Empíricamente los procesos al ejecutarse no hacen referencia a todas sus páginas constantemente. Sucede que en
cualquier fase de la ejecución el proceso exhibe una localidad de referencia, es decir, accede a un subconjunto
pequeño de la totalidad de sus páginas
- Formalmente se denomina Conjunto de Trabajo al conjunto de páginas que está utilizando en un momento dado.
Este no es fijo, y cambia periódicamente a medida que el proceso se ejecuta.
- Si no existe memoria disponible en el sistema para contener el conjunto de trabajo de un proceso, este generará
muchos fallos de páginas en un número reducido de instrucciones. A este fenómeno se le denomina Thrasing o
Hiperpaginación.
- El algoritmo Working Set se basa en lograr mantener en memoria las páginas que se consideran dentro del conjunto
de trabajo para así reducir al máximo la cantidad de Page Faults.
- Para establecer el conjunto se puede usar uno de los siguientes métodos:
- Páginas referenciadas en los k últimos accesos a memoria, aquellas que no están en el conjunto pueden ser
desalojadas
- k últimas páginas referenciadas, idem caso anterior
- Usar el tiempo virtual de ejecución (tiempo real que ha ocupado el proceso en CPU) para determinar la
edad de la página. Aquellas que sobrepasan una edad máxima T se consideran fuera del conjunto y pueden ser
desalojadas. (RECOMENDADO)
- Se asume se tiene hardware que enciende los bits R y M adecuadamente.
- El bit R se apara en cada interrupción de reloj, actualizando el tiempo de acceso a aquellas páginas cuyo bit R es 1.

25/03/2022
Working Set – Set de trabajo
- Usando un set de trabajo con T = 50
Accesos a
páginas 1,2,4
durante quantum
2
0
1
4
3
50
50
60
15
60
Pág Ult Uso R
0
0
0
0
0
tVirtual = 80
WS = {0, 1, 2, 4}
2
0
1
4
3
50
110
110
15
110
Pág Ult Uso R
0
0
0
0
0
WS = {1, 2, 4}
tVirtual = 110
2
0
1
4
3
50
50
60
15
60
Pág Ult Uso R
0
1
1
0
1
tVirtual = 110
WS = {0, 1, 2, 4} Páginas que
pueden ser
desalojadas

25/03/2022
Modelamiento del reemplazo de páginas
Anomalía de Belady
- Caso donde agregar marcos a la memoria de un proceso aumenta la cantidad de fallos de página, en
lugar de disminuirlos.
- Ej: sean 2 sistemas con reemplazo de páginas por FIFO con 3 y 4 marcos respectivamente, con los
accesos a páginas: 0, 1, 2, 3, 0, 1, 4, 0, 1, 2, 3, 4.
Secuencia de acceso 0 1 2 3 0 1 4 0 1 2 3 4
Mas reciente 0 1 2 3 0 1 4 4 4 2 3 3
0 1 2 3 0 1 1 1 4 2 2
Mas antigua 0 1 2 3 0 0 0 1 4 4
P P P P P P P P P 9 Page Faults
Secuencia de acceso 0 1 2 3 0 1 4 0 1 2 3 4
Mas reciente 0 1 2 3 3 3 4 0 1 2 3 4
0 1 2 2 2 3 4 0 1 1 3
0 1 1 1 2 3 4 0 1 2
Mas antigua 0 0 0 1 2 3 4 0 1
P P P P P P P P P P 10 Page Faults

25/03/2022
Algoritmos de pila
- Se denomina cadena de referencias a la secuencia de páginas que solicita un proceso durante su
ejecución.
- Se llaman algoritmos de pila aquellos cuya cadena de referencia de páginas que están en memoria
para un numero m de marcos de memoria, es subconjunto de m + 1, es decir, en usando m + 1 marcos
tenemos las misma páginas que con m más una adicional, considerando un arreglo M con tantas
posiciones como páginas tiene el proceso.
Cadena de ref. 0 2 1 3 5 4 3 1
Paginas 0 2 1 3 5 4 3 1
En 0 2 1 3 5 4 3
Memoria 0 2 1 3 5 4
Páginas 0 2 1 1 5
En 0 2 2 2
Swap 0 0 0
P P P P P P P
Cadena de ref. 0 2 1 3 5 4 3 1
Paginas 0 2 1 3 5 4 3 1
En 0 2 1 3 5 4 3
Memoria 0 2 1 3 5 4
0 2 1 1 5
Páginas En 0 2 2 2
Swap 0 0 0
P P P P P P
Un marco
más
M

25/03/2022
Cadena de distancias
- En el caso de los algoritmos de pila, la referencia a una página puede abstraerse como la
distancia desde la parte superior de la pila donde se colocó la página.
- La cadena de distancias lleva el conteo de la cantidad de veces que se ha accedido a
páginas en cada una de las posibles distancias, considerando que
Cadena de ref. 0 2 1 3 5 4 3 1
Paginas 0 2 1 3 5 4 3 1
En 0 2 1 3 5 4 3
Memoria 0 2 1 3 5 4
Páginas 0 2 1 1 5
En 0 2 2 2
Swap 0 0 0
Página 3 no esta
presente, por lo tanto
su distancia es Infinita
Ahora la página 3
estaba en la 3
posición antes de su
referencia.
Distancia = 3
Página 1 estaba en la 4
posicion cuando fue
referenciada.
Distancia = 4
C1 = 0
Cadena de Distancias
C2 = 0
C3 = 1
C4 = 1
C5 = 0
C6 = 0
C∞ = 6

25/03/2022
Predicción de la tasa de fallos de página
- La cadena de distancias permite apreciar claramente la cantidad de fallos de página que habrán con
una determinada cadena de referencias usando una cantidad de marcos de memoria. Utilizando la
siguiente fórmula se puede obtener el vector F, que contiene la cantidad de fallos de página con las
condiciones dadas:
Ej:
Cadena de Distancias
C1 = 4
C2 = 4
C3 = 2
C4 = 3
C5 = 0
C6 = 2
C∞ = 6

+
=
+
=  C
C
F
n
m
k
k
m
1
m = marcos de página
n = número de páginas del proceso
F1 = 17
F2 = 13
F3 = 11
F4 = 8
F5 = 8
F6 = 6
F∞ = 6
C2 + C3 + C4 + C5 + C6 + C∞
C3 + C4 + C5 + C6 + C∞
C4 + C5 + C6 + C∞
C5 + C6 + C∞
C6 + C∞
C∞
Fallos de
página con 2
marcos
En este caso aumentar un
marco no aporta a la
disminución de fallos de página

25/03/2022
Contenido
memoria
– Memoria virtual
páginas
paginación
– Comandos para
– Archivos
– Directorios
de archivo
(Android).

25/03/2022
Aspectos de diseño de sistemas con paginación
Asignación local v/s global
- Cuando existen múltiples procesos ejecutándose, entonces nace el problema sobre si
aplicar el algoritmo de reemplazo de páginas localmente sobre el conjunto de marcos
asignados al proceso que genera el fallo de páginas, o globalmente sobre el total de los
marcos de memoria.
- El método local no permite que el conjunto de trabajo crezca, pudiendo fácilmente producir
thrashing.
- El método global permite ajustar el tamaño del working set. Introduce el uso de un nuevo
algoritmo de reemplazo de páginas: PPF: Page Fault Frequency.
- El algoritmo de Frecuencia de Fallos de Página analiza la cantidad de fallos de página por
proceso, entregando más marcos a aquellos con altas tasas de Page Fault, y quitando a
aquellos con bajo número de fallos.
Marcos de Página asignados
Fallos
de
página
Nivel Máximo
Nivel Mínimo
A2
A0
A1
B1
B0
50
50
40
15
60
Pág Ult Uso
B4
B2
B3
C1
C0
30
70
60
25
25
Seleccionada usando política local
Ej: A requiere un marco adicional
Seleccionada usando política global
Grafico análisis PPF

25/03/2022
Tamaño de la página
- Es elegido por el sistema operativo, aun cuando el hardware pueda estar diseñado para
trabajar con otro tamaño.
Ej: SO con páginas de 1Kb, HW con páginas de 512b, el SO trabajará siempre con 2
páginas de HW por cada de software.
- Reducir el tamaño de la página, reduce la fragmentación interna pues se desperdicia
menos memoria en la última página; sin embargo esto aumenta el tamaño de la tabla de
páginas haciendo más engorro el trabajo con esta.
Ej: Proceso de 25kb
13 Páginas de 2Kb 7 Páginas de 4Kb
Desperdicio: 1kb Desperdicio: 3kb
25 Páginas de 1Kb
Desperdicio: 0kb

25/03/2022
Tamaño de la página
- La memoria en juego corresponde al tamaño de la tabla de páginas y al desperdiciado en
la última página del proceso.
- Asumiendo que en promedio se pierde la mitad de la última página, se puede modelar la
cantidad esta cantidad de memoria a través de la siguiente fórmula:
Podemos minimizar entonces la cantidad de memoria en juego con el tamaño de página
como parámetro derivando e igualando a cero, dado que la segunda derivada es negativa
para cualquier valor de p entero positivo.
2
p
p
e
s
+
 Siendo: s = el tamaño promedio de los procesos
e = el tamaño de 1 entrada de la tabla de páginas
p = el tamaño de 1 página
0
2
1
2
=
+

−
p
e
s
e
s
p 
= 2

25/03/2022
Páginas Compartidas
- Si se ejecuta varias veces el mismo proceso en memoria, es muy conveniente
compartir las páginas de este, en lugar de duplicarlas.
- El problema más complejo es cuando se comparten páginas de datos, dado que 2
procesos de un mismo programa pueden tener datos diferentes por lo que se debe
permitir esta distinción.
- El mecanismo utilizado por los sistemas *nix (unix, linux, bsd, etc) es el copy on write
o copiar al escribir. Cuando se realiza la syscall fork para crear un proceso hijo:
- El SO crea una nueva tabla de páginas para este, pero no copia ninguna página,
sino que apunta a las páginas del proceso padre.
- A continuación se marcan todas las páginas de ambas tablas con read-only.
- Al intentar uno de los procesos de modificar una página, se produce un trap al SO
que duplica la página para que ambos procesos puedan trabajar de forma
independiente, se quita el read-onlyy se continúa la ejecución.

25/03/2022
Páginas Compartidas
Proceso A
2
0
1
4
3
1
3
6
2
7
Pág Marco R
0
0
1
1
1
Proceso Hijo de A
2
0
1
4
3
1
3
6
2
7
Pág Marco R
0
0
0
0
0
fork
Proceso A
2
0
1
4
3
1
3
6
2
7
Pág Marco R
0
0
0
0
0
Proceso Hijo de A
2
0
1
4
3
1
3
6
10
7
Pág Marco R
0
0
0
1
0
El proceso hijo de A intenta de
escribir en la página 3. El SO
duplica la página en otro marco y
permite la modificación

25/03/2022
Contenido
memoria
– Memoria virtual
páginas
paginación
– Comandos para
– Archivos
– Directorios
de archivo
(Android).

25/03/2022
Segmentación
• Como mejorar la utilización de la memoria
– Partes de cada proceso
• Código – programa y tal vez librerías compartidas
• Datos – asignado y heap
• Stack
– Solución
• Dividir el proceso en piezas lógicas. SEGMENTACION
• Conjunto múltiple de registros límite y base
• Llamados registros de segmento
• Ventajas
– Segmentos de código no necesita ser enviado a
swap. Puede ser compartido
– Stack y heap pueden crecer – podrían requerir swap

25/03/2022
Segmentación
• No es necesario que todos los segmentos de
todos los programas tengan la misma
longitud.
• Existe una longitud máxima de segmento.
• Un dirección lógica segmentada consta de
dos partes, un número de segmento y un
desplazamiento.
• Como consecuencia del empleo de
segmentos de distinto tamaño, la
segmentación resulta similar a la partición
dinámica.

25/03/2022
Vista del Usuario para los programas

25/03/2022
Vista lógica de la segmentación
1
3
2
4
1
4
2
3
Espacio de usuario Espacio de memoria físico

25/03/2022
Segmentación

25/03/2022
Segmentación
• Dirección lógica:
<número de segmento, offset>,
• Tabla de segmentos – mapea a direcciones
físicas. Cada entrada de la tabla tiene
– Base
– Límite

25/03/2022
Búsqueda de un segmento
segmento 0
segmento 1
segmento 2
segmento 3
segmento 4
Memoria física
segmento #
+
Dirección virtual
<?
?
no
si
offset
base
limit
Tabla de segmentos
Índice del
segmento
Dirección
física

25/03/2022
Segmentación
• Protección. Cada entrada en la tabla de segmentos
incluye:
– Bit de validación = 0  segmento ilegal
– Privilegios read/write/execute
• Bits de protección asociados con segmentos; código se
puede compartir a nivel de segmento.
• Los segmentos son de tamaños distintos. Por lo tanto la
asignación de memoria corresponde a una asignación
dinámica

25/03/2022
Contenido
memoria
– Memoria virtual
páginas
paginación
– Comandos para
– Archivos
– Directorios
de archivo
(Android).

25/03/2022
TOP y HTOP
• Ambos nos permiten una mirada rápida y detallada de
nuestro sistema, mostrando una lista detallada de los
procesos en ejecución, indicándonos el consumo del CPU,
RAM, tiempo de ejecución, PID (identificador de procesos) ,
etcétera.
• Diferencias: el informe de HTOP esta potenciado, ya que
además cuenta con menús para tener un control más claro de
los procesos, opción para matar procesos sin necesidad de
salir del mismo, y más.
• TOP esta siempre presente, para usar HTOP toca hacer una
instalación extra.
TOP HTOP
1

25/03/2022
TOP y HTOP
• PR – PRI indica la prioridad del proceso.
• NI indica el valor nice del proceso, a menor valor priodidad más
alta.
• VIRT indica el uso de memoria virtual.
• RES indica la memoria física usada.
• SHR indica la memoria compartida usada en el proceso.
• S muestra el estado de un proceso, estos pueden variar entre:
• D – espera no interrumpible
• R – En ejecución
• S – en espera
• T – En seguimiento o Detenido
• Z – Proceso en estado zombie
• %CPU porcentaje de uso del CPU
• %MEM porcentaje de uso de la memoria RAM
• COMMAND comando con que se inicio el proceso
1

25/03/2022
FREE
• Sirve para determinar la cantidad de memoria y
espacio de intercambio disponible en el sistema.
Si incluimos la etiqueta -t , se podrá calcular la
cantidad total de memoria virtual.
• La columna free indica el numero de kilobytes
libres del sistema. Los valores que se encuentran
por debajo del 3% de la cantidad total indicaran
que hay problemas.
2

25/03/2022
SWAPON
• Se utiliza para determinar exactamente
que archivos y particiones se utilizan
como espacio de intercambio.
3
$ swapon -s

25/03/2022
VMSTAT
• Nos muestra información
resumida sobre la paginación
y el intercambio, además de
las interrupciones y los
bloques de I/O.
• Dado que es un comando que
se encuentra presente en
muchos sistemas UNIX y
Unix-Like (FreeBSD, Linux,
Solaris ) puede variar en
pequeñas cosas en la
sintaxis, revisen el [$man
vmstat] si fuera necesario.
4

25/03/2022
PROCINFO
• Este es un comando que mejora en mucho la
información mostrada por vmstat, el inconveniente es
que no esta presente en todas las distribuciones por
default, así que es probable que tengan que instalarlo,
en el caso de Manjaro fue así.
• procinfo no tiene un sistema especial para recopilar
información sobre el sistema , se limita a dar formato
a los datos que se encuentran en los archivos del
sistema /proc. Sin el seria difícil interpretar el
contenido de los archivos de /proc.
$ sudo pacman -S procinfo
5

25/03/2022
PROCINFO
Es de gran
ayuda ya que
de cierta
forma anula la
información
que se obtiene
de los
comandos
free, uptime y
vmstat,
digamos un
todo en uno.
5

25/03/2022
Contenido
memoria
– Memoria virtual
páginas
paginación
– Comandos para
– Archivos
– Directorios
de archivo
(Android).

25/03/2022
Introducción
Relativo a la perduración de la información, un Sistema Operativo debería proveer
funcionalidades para:
• Almacenar una cantidad muy grande de información
• La información debe sobrevivir a la terminación del proceso que la usa
• Existir la capacidad de que múltiples procesos accedan a la información de forma concurrente.
Los sistemas de archivos son aquellos que deben proveer estas capacidades al S.O. Para su
comprensión, se pueden dividir en 2 partes:
Perspectiva del usuario: la forma en que se muestran y estructuran los archivos en cuanto a
su uso y manipulación (archivos, directorios, funciones de administración, etc).
Implementación: como se escriben los datos realmente a la unidad de almacenamiento.
S.O.
/home/usuario/archivo.txt
open(“archivo.txt”)
C:windowscalc.exe
Dispositivo
I/O
Usuario Implementación

25/03/2022
Contenido
memoria
– Memoria virtual
páginas
paginación
– Comandos para
– Archivos
– Directorios
de archivo
(Android).

25/03/2022
Definición – Archivos
“Mecanismo de abstracción que permite almacenar información en un dispositivo y leerla
después (…) de tal modo que el usuario no tenga que enterarse de los detalles de cómo y
dónde está almacenada la información, y de cómo funcionan en realidad los discos”
-- A. Tannenbaum
NombreDeArchivo.extensión
-El nombre de archivo puede estar restringido a un largo máximo, por ejemplo:
- MSDOS: 8 para el nombre, 3 para la extensión
- NTFS y ext*: 255 en el total (nombre + extensión)
-La extensión “puede” ser usada para determinar el tipo de archivo:
-En sistemas windows determina el contenido del archivo y la aplicación encargada de
manejarlo. Aquí se suele tener solo 1 extensión: archivo.zip.
-En linux y similares es un ayuda a los usuario para determinar el contenido, pero no es
estricto ni establecido por sistema. Aquí se suele tener varias extensiones: archivo.tar.gz
-En general se acepta cualquier carácter en el nombre excepto NUL (0), aunque algunos
sistemas restringen el conjunto aunque la implementación del sistema de archivos lo soporte.

25/03/2022
Estructura - Archivos
Los archivos internamente pueden ser estructurados o libres.
Libres
Los archivos son simplemente secuencia de bytes. Permite la mayor versatilidad, dado que
cada usuario puede establecer como desea almacenar los datos.
Estructurados
Los archivos tienen una organización interna a través de la cual deben ser accedidos los
datos. Útil cuando el sistema de archivos maneja siempre los datos en estructuras rígidas,
dado que acelera el proceso, pero poco conveniente porque amarra al usuario a dicha
estructura.
Sucesión
de bytes
Sucesión
de registros
F M T
C N O
A
Árbol

25/03/2022
Ejecutables - Archivos
La estructura de los archivos ejecutables varia dependiendo del sistema en el que
sea compilado y linkeado el programa.
Una estructura ejemplo de un archivo ejecutable puede ser:
El número mágico permite al S.O determinar si el ejecutable es válido, comparándolo con el o los
valores que tiene el sistema como válido. En NachOS por ejemplo es el binario 0xbadfad.
Número Mágico
Tamaño de código
Tamaño de datos
Tamaño de BSS
Tamaño de tabla de símbolos
Punto de ingreso
Tabla de Símbolos
Datos
Encabezado
(Header)
Tamaño en bytes que mide el segmento de código
Tamaño en bytes que mide el segmento de datos embedidos en el ejecutable
Tamaño en bytes que mide el segmento de variables no inicializadas (Ej: int a[1000] )
Tamaño en bytes que tiene la tabla de símbolos
Posición del Program Counter al inicio (punto de inicio del programa)
Segmento de código. Contiene las instrucciones que son ejecutadas por la CPU.
Segmento de datos. Contiene datos que están embedidos en el archivo ejecutable que son
utilizados por este.
Código
La tabla de símbolos es un elemento opcional que sirve al debug de un proceso. Contiene el listado
de identificadores del programa (variables, procesos), los cuales permiten depurar un programa en
ejecución.

25/03/2022
Atributos - Archivos
Los sistemas de archivos guardan, además del nombre del archivo y sus datos, información
como fecha, hora, usuario, permisos, etc; los cuales se denominan atributos.
Algunos de los atributos que puede guardar un sistema de archivos son:
Protección Permisos que el dueño del archivo establece sobre el archivo.
En linux los permisos básicos se establecen en la terna XXX para el usuario,
grupo y otros respectivamente con los valores {0: nada, 1: ejecución,
2: escritura, 4: lectura} que se suman para combinar permisos.
Password Clave de protección del archivo
Dueño Usuario del sistema dueño del archivo
Oculto Bit que indica si el archivo figura en la lista normal de archivos.
Temporal Bit que indica si eliminar el archivo al terminar el proceso que lo creo.
Indicadores de Bloqueo Permiten establecer protecciones sobre parte o todo el archivo para que
modificaciones concurrentes de varios procesos se hagan de forma
adecuada.
Longitud del registro En archivos con registros, indica el largo de cada registro
Tamaño actual Tamaño actual del archivo en bytes.

25/03/2022
Accediendo a un archivo
• Acceso Secuencial
– Leer todos los bytes/registros desde el inicio
– Sin saltarse a otros lugares
• Pero, se puede volver al inicio del archivo
– Convenientes para cintas magnéticas
– Usado a menudo cuando se necesita todo el archivo
• Acceso Aleatorio
– Leer bytes (o registros) en cualquier orden
– Esencial para las BD
– Leer puede ser …
• Mover el marcador de archivo (buscar), luego leer o …
• Leer y entonces mover el marcador de archivo

25/03/2022
File operations
• Create: make a new file
• Delete: remove an
existing file
• Open: prepare a file to
be accessed
• Close: indicate that a
file is no longer being
accessed
• Read: get data from a
file
• Write: put data to a file
• Append: like write, but
only at the end of the
file
• Seek: move the
“current” pointer
elsewhere in the file
• Get attributes: retrieve
attribute information
• Set attributes: modify
attribute information
• Rename: change a
file’s name

25/03/2022
Using file system calls

25/03/2022
Using file system calls, continued

25/03/2022
Contenido
memoria
– Memoria virtual
páginas
paginación
– Comandos para
– Archivos
– Directorios
de archivo
(Android).

25/03/2022
Directorios
De manera de poder organizar los archivos, muchos
sistemas de archivos tienen directorios o carpetas; los
cuales también pueden ser archivos.
De su utilización se derivan los conceptos de:
-Directorio Raíz: aquel que contiene al resto del
sistema de archivos. En linux es explicito (/), en
windows está escondido detrás de las unidades lógicas
(??)
-Directorio de trabajo: directorio en el cual se esta
ejecutando un proceso, como por ejemplo el interprete
de comandos. Este se simboliza con un punto (.).
-Ruta absoluta: ubicación de un archivo o directorio
indicando su posición explicitando todos los directorios
desde el directorio raíz al elemento. Ej:
/usr/local/nachos/code/build.linux/nachos.
-Ruta relativa: ubicación de un archivo o directorio
indicando su posición respecto al directorio de trabajo
actual.
Ej: ../build.linux/nachos
-Directorio Padre: aquel en el cual es contenido un
directorio. Se simboliza con punto doble (..).
Estilo
Unix
/
usr/
home/
local/
share/
jmakuc/
cmolina/
??
C: D:
Documents And Settings
Temp
Windows
Videos
mp3
Películas
Estilo
Windows
Las entradas X: se
denominan unidades
y representan a
particiones de los
discos

25/03/2022
Single-level directory systems
• One directory in the file system
• Example directory
– Contains 4 files (foo, bar, baz, blah)
– owned by 3 different people: A, B, and C
• Problem: what if user B wants to create a file called foo?
Root
directory
A
foo
A
bar
B
baz
C
blah

25/03/2022
Two-level directory system
• Solves naming problem: each user has her own directory
• Multiple users can use the same file name
• By default, users access files in their own directories
• Extension: allow users to access files in others’ directories
Root
directory
A
foo
A
bar
B
foo
B
baz
A B C
C
bar
C
foo
C
blah

25/03/2022
Hierarchical directory system
Root
directory
A
foo
A
Mom
B
foo
B
foo.tex
A B C
C
bar
C
foo
C
blah
A
Papers
A
Photos
A
Family
A
sunset
A
sunset
A
os.tex
A
kids
B
Papers
B
foo.ps

25/03/2022
Unix directory tree

25/03/2022
What’s in a directory?
• Two types of information
– File names
– File metadata (size, timestamps, etc.)
• Basic choices for directory information
– Store all information in directory
• Fixed size entries
• Disk addresses and attributes in directory entry
– Store names & pointers to index nodes (i-nodes)
games attributes
mail attributes
news attributes
research attributes
games
mail
news
research
attributes
attributes
attributes
attributes
Storing all information
in the directory
Using pointers to
index nodes

25/03/2022
Directory structure
• Structure
– Linear list of files (often itself stored in a file)
• Simple to program
• Slow to run
• Increase speed by keeping it sorted (insertions are slower!)
– Hash table: name hashed and looked up in file
• Decreases search time: no linear searches!
• May be difficult to expand
• Can result in collisions (two files hash to same location)
– Tree
• Fast for searching
• Easy to expand
• Difficult to do in on-disk directory
• Name length
– Fixed: easy to program
– Variable: more flexible, better for users

25/03/2022
Handling long file names in a directory

25/03/2022
Sharing files
Root
directory
A
foo
?
???
B
foo
A B C
C
bar
C
foo
C
blah
A
Papers
A
Photos
A
Family
A
sunset
A
sunset
A
os.tex
A
kids
B
Photos
B
lake

25/03/2022
Solution: use links
• A creates a file, and inserts into her directory
• B shares the file by creating a link to it
• A unlinks the file
– B still links to the file
– Owner is still A (unless B explicitly changes it)
a.tex
Owner: A
Count: 1
a.tex
Owner: A
Count: 2
b.tex
Owner: A
Count: 1
b.tex
A A B B

25/03/2022
Operations on directories
• Create: make a new
directory
• Delete: remove a
directory (usually must
be empty)
• Opendir: open a
directory to allow
searching it
• Closedir: close a
directory (done
searching)
• Readdir: read a
directory entry
• Rename: change the
name of a directory
– Similar to renaming a file
• Link: create a new entry
in a directory to link to
an existing file
• Unlink: remove an entry
in a directory
– Remove the file if this is
the last link to this file

25/03/2022
Contenido
memoria
– Memoria virtual
páginas
paginación
– Comandos para
– Archivos
– Directorios
de archivo
(Android).

25/03/2022
Organización del Sist. Archivos - Implementación
En sistemas de archivos de discos, estos deben considerar la estructura básica: particiones o
volúmenes.
Disco entero
MBR Partición 1 Partición 2 Partición 3 Partición 4
Partición: división lógica de una unidad de disco, también denominada volúmen en sistemas Windows.
MBR: Master Boot Record o Registro Maestro de Arranque. Es leído y ejecutado por la BIOS al encenderse el
computador.
Tabla de Particiones: Contiene la información de donde comienza y termina cada partición en el disco. Cada
partición puede tener un sistema de archivos diferente.
Bloque de arranque: primer bloque de cada partición. Contiene la información de cómo arrancar el Sistema
Operativo contenido en ella. Al ejecutarse el MBR, este busca los bloques de arranque para ejecutarlos. Si no
existe S.O. en una partición, se deja el bloque en blanco por provisión.
Físicamente podemos distinguir:
Cilindro: disco físico. Ej: 1 diskette tiene 1 cilindro, mientras que un disco duro puede tener varios.
Pistas: divisiones concéntricas del disco. Un disco removible de 3.5” tiene en formato simple 18 pistas.
Sectores: unidad atómica en la que se divide un disco para acceder a él en múltiplos de esta. Ej: 512b
Bloques: agrupación de sectores que realiza el sistema operativo, denominado cluster en sistemas Windows.
El acceso al disco que realiza el S.O. se hace en esta unidad.
Tabla de particiones

25/03/2022
Físicamente se puede distinguir:
Cilindro: disco físico. Ej: 1 diskette tiene 1 cilindro, mientras que un disco duro puede tener varios.
Pistas: divisiones concéntricas del disco. Un disco removible de 3.5” tiene en formato simple 18 pistas.
Sectores: unidad atómica en la que se divide un disco para acceder a él en múltiplos de esta. Ej: 512b
Bloques: agrupación de sectores que realiza el sistema operativo, denominado cluster en sistemas
Windows. El acceso al disco que realiza el S.O. se hace en esta unidad.
Fuente: http://maettig.com/?page=Studium/FAT32

25/03/2022
En sistemas de archivos de discos, estos deben considerar la estructura básica: particiones o volúmenes.
Disco entero
MBR Partición 1 Partición 2 Partición 3 Partición 4
Cada partición debe contener la información de todos los archivos (y directorios si corresponde) que
alberga. Esta información es almacenada en sectores al inicio del volúmen, cuya estructura varía
considerablemente entre sistemas de archivos, aunque conceptualmente se puede graficar como sigue.
Tabla de particiones
Bloque de arranque Metadatos Archivos y Directorios
El sector de metadatos
contiene la información
respecto de donde y como
están almacenados los
archivos en la partición.
Número Mágico que
identifica sistema de
archivos que contiene
la partición

25/03/2022
Implementación de archivos - Implementación
Asignación Contigua
Se entrega espacio continuo en el disco a los archivos. Su ventaja es la implementación
simple y el buen desempeño en lectura. La desventaja es el fragmentación excesiva y
compleja dado que se DEBE escribir cada archivo como un todo cada vez. Si se elimina
un archivo se requiere otro de igual tamaño para no desperdiciar lugar, o reubicar los
archivos para hacer espacio a un archivo más grande.
Asignación por Lista Enlazada
Los archivos se mantienen como una lista enlazada de bloques en el disco. Permite que un archivo no
deba estar contiguo en el disco y elimina la fragmentación del disco dado que se pueden utilizar todos
los bloques. Su mayor problema es el acceso aleatorio, pues el S.O. debe ir buscando nodo por nodo la
dirección del siguiente, hasta llegar al que necesita. Por otra parte ahora la cantidad de datos
almacenada en un bloque ya no es potencia de 2, complicando el panorama para la implementación de
página, por ejemplo.
Arch. A Arch. B Arch. C Arch.D Arch. A Arch. C Arch.D
Bloque 0 Bloque 1 Bloque 2 Bloque 3
Bloque 7 en disco Bloque 1 en disco Bloque 5 en disco Bloque 2 en disco

25/03/2022
Implementación de archivos - Implementación
Nodos-i
Consiste en asociar a cada archivo una estructura de
datos llamada “i-node” (nodo índice).
Esta estructura contiene las direcciones de los
bloques en disco que componen al archivo.
La mayor ventaja es que solo es necesario tener en
memoria las estructuras de los archivos abiertos,
pues estas son las únicas que se necesitan para el
acceso aleatorio. Para solucionar el problema de que
la cantidad de bloques de un archivo no queda en un
solo i-node, se agrega al final de este la posibilidad
de enlazar en la última posición a un bloque que
contenga más direcciones (solo direcciones)
Asignación por Lista Enlazada empleando tabla en
la memoria
Toma el apuntador que antes estaba dentro del bloque
en disco, y lo traslada a una tabla exclusivamente para
ese efecto. De esta forma el bloque se llena de datos y
poder acceder aleatoriamente al archivo es más
simple pues no requiere de accesos a disco dado que
todos los datos están juntos en memoria
A esto se le conoce como FAT, File Allocation Table.
Bloque Físico Sgte Bloque
0
1 5
2 -1
3
4
5 2
6
7 1
Inicio del
archivo
Término del
archivo
Atributos del archivo
Dirección del bloque 0
Dirección bloque con más direcc.
Bloque de disco

25/03/2022
Control de bloques libres - Implementación
Mapas de bits
Se crea un mapa donde se representa a cada bloque disponible
con 1 bit. Es muy eficiente en espacio dado que utiliza 1 bit en
lugar de 1 palabra, excepto cuando el disco esta lleno, caso en
el cual la lista es más pequeña. Al igual que la lista, se puede
dejar solo una porción del mapa en memoria y el resto en disco;
teniendo una ventaja adicional, puesto que las asignaciones
realizadas con el bloque en memoria serán a bloques cercanos,
reduciendo el overhead de acceso a disco.
Uno de los problema importantes que debe tratar el sistema de archivos, es la
administración de los bloques libres. Sin importar cual método se emplee, se suelen usar
bloques libres del disco para colocar la estructura que los maneja.
Listas Enlazadas Libres
Se utiliza una lista enlazada de bloques de disco que contienen
números de bloques libres. Se almacenan tantos números como
se pueda en cada bloque. Para agilizar el proceso de búsqueda
de un bloque libre, se mantiene uno o más bloques en memoria,
dejando el resto en disco. La desventaja es que cuando el bloque
esta por llenarse puede provocar muchas operaciones de I/O al
buscar otro bloque, producto de una seguidilla de creaciones y
eliminaciones de archivos y directorios.
387
123
32
33
433
766
7
56
321
3
54
55
56
57
77
9
12
987
976
765
433
654
543
21
0 1 0 0 0
0
0
0
0 0 1 1 1 1
0 0
0 1
0
0 1 1 0
0 1 1 0
1
0 0
1
0 0
1
0 0
1
0 0
1
0 0
0
0 1
0 0
0 1 1
0
0 1
0
0
1 1 1
0 0
0
0 1
0 0
0 0 1 1
1 0
0 1
0 0
1
1
0 0
1
0 0
0
0 0
0
0
0 1
0 0 0 1
1 1 0

25/03/2022
Contenido
memoria
– Memoria virtual
páginas
paginación
– Comandos para
– Archivos
– Directorios
de archivo
(Android).

25/03/2022
Administración del espacio en disco
• Por lo general los archivos se almacenan en disco, así que la
administración del espacio en disco es una cuestión
importante para los diseñadores de sistemas de archivos.
• Hay dos estrategias generales posibles para almacenar un
archivo de n bytes:
– (a) se asignan n bytes consecutivos de espacio en disco, o
– (b) el archivo se divide en varios bloques (no necesariamente)
contiguos
• El caso (a) tiene el problema obvio de que si un archivo crece,
probablemente tendrá que moverse en el disco
• Por esta razón, casi todos los sistemas de archivos dividen los
archivos en bloques de tamaño fijo que no necesitan ser
adyacentes, es decir, el caso (b)

25/03/2022
Tamaño de bloque
• Tener un tamaño de bloque grande significa que
cada archivo (incluso un archivo de 1 byte) ocupa
un cilindro completo. También significa que los
pequeños archivos desperdician una gran
cantidad de espacio en disco.
• Por otro lado, un tamaño de bloque pequeño
significa que la mayoría de los archivos abarcarán
varios bloques y por ende, necesitan varias
búsquedas y retrasos rotacionales para leerlos, lo
cual reduce el rendimiento.
• Por ende, si la unidad de asignación es
demasiado grande, desperdiciamos espacio; si es
demasiado pequeña, desperdiciamos tiempo

25/03/2022
Administrar el espacio en disco
• La curva sólida (escala del lado izquierdo) da la velocidad de datos del
disco.
• La curva punteada (escala del lado derecho) da la eficiencia del
espacio de disco.
• Todos los archivos son de 4 KB.
El tamaño más cercano al
punto en el que se cruzan
las dos curvas es 64 KB,
pero la velocidad de datos
es de sólo 6.6 MB/seg y la
eficiencia del espacio es de
aproximadamente 7%;
ninguno de estos dos
valores son buenos.

25/03/2022
Administrar el espacio en disco
• Las dos curvas se pueden comprender de la siguiente
manera.
– El tiempo de acceso para un bloque está completamente
dominado por el tiempo de búsqueda y el retraso rotacional,
dado que se van a requerir 9 mseg para acceder a un bloque,
entre más datos se obtengan será mejor.
– En consecuencia, la velocidad de datos aumenta casi en
forma lineal con el tamaño de bloque (hasta que las
transferencias tardan tanto que el tiempo de transferencia
empieza a ser importante).
– Además, los bloques pequeños son malos para el
rendimiento pero buenos para el uso del espacio en el
disco.
• Históricamente, los sistemas de archivos han elegido
tamaños en el rango de 1 KB a 4 KB, pero con discos que
ahora exceden a 1 TB, podría ser mejor incrementar el
tamaño de bloque a 64 KB y aceptar el espacio en disco
desperdiciado.
– El espacio en disco ya no escasea en estos días

25/03/2022
Cuotas de disco
• Para evitar que los usuarios ocupen demasiado
espacio en disco, los sistemas operativos multiusuario
proporcionan un mecanismo para imponer las cuotas
de disco.
• La idea es que el administrador del sistema asigne a
cada usuario una cantidad máxima de archivos y
bloques y que el sistema operativo se asegure de que
los usuarios no excedan sus cuotas.
• Cuando un usuario abre un archivo, los atributos y las
direcciones de disco se localizan y se colocan en una
tabla de archivos abiertos en la memoria principal.
– Entre los atributos hay una entrada que indica quién es el
propietario. Cualquier aumento en el tamaño del archivo
se tomará de la cuota del propietario.

25/03/2022
Cuotas de disco
• Una segunda tabla contiene el registro de
cuotas para cada usuario con un archivo
actualmente abierto, aun si el archivo fue
abierto por alguien más.
– Esta tabla es un extracto de un archivo de
cuotas en el disco para los usurarios cuyos
archivos están actualmente abiertos.
– Cuando todos los archivos se cierran, el
registro se escribe de vuelta en el archivo de
cuotas.

25/03/2022
Cuotas de disco
• El registro de cuotas se lleva en una tabla de
cuotas, usuario por usuario

25/03/2022
Desfragmentación de discos
• Cuando el sistema operativo se instala por primera vez, los
programas y archivos que necesita se instalan en forma
consecutiva, empezando al principio del disco, cada uno
siguiendo directamente del anterior.
• A medida que transcurre el tiempo se crean y eliminan archivos,
generalmente el disco se fragmenta mucho, con archivos y
huecos esparcidos por todas partes.
• Como consecuencia, cuando se crea un nuevo archivo, los
bloques que se utilizan para éste pueden estar esparcidos por
todo el disco, lo cual produce un rendimiento pobre.
• El rendimiento se puede restaurar moviendo archivos para
hacerlos contiguos y colocando todo el espacio libre (o al menos
la mayoría) en una o más regiones contiguas en el disco.
– Windows tiene un programa llamado defrag, el cual realiza esto. Los
usuarios de Windows deben ejecutarlo en forma regular.

25/03/2022
Desfragmentación de discos
• La desfragmentación funciona mejor en los sistemas de
archivos que tienen una buena cantidad de espacio libre en
una región continua al final de la partición.
– Este espacio permite al programa de desfragmentación
seleccionar archivos fragmentados cerca del inicio de la
partición, copiando todos sus bloques al espacio libre.
• Esta acción libera un bloque contiguo de espacio cerca del
inicio de la partición en la que se pueden colocar los archivos
originales u otros en forma contigua.
– Después, el proceso se puede repetir con el siguiente pedazo
de espacio en el disco y así en lo sucesivo.
– Algunos archivos no se pueden mover, incluyendo el archivo de
paginación, el de hibernación y el registro por bitácora, ya que la
administración requerida para ello es más problemática de lo
que ayuda
• Los sistemas de archivos de Linux (en especial ext2 y ext3)
por lo general sufren menos por la desfragmentación que los
sistemas Windows debido a la forma en que se seleccionan
los bloques de disco, por lo que raras veces se requiere una
desfragmentación manual.

25/03/2022
Contenido
memoria
– Memoria virtual
páginas
paginación
– Comandos para
– Archivos
– Directorios
de archivo
(Android).

25/03/2022
Introducción - NTFS
NTFS o New Technology File System, es el sistema de archivos de la línea NT de los sistema MS Windows.
Fue diseñado desde cero, pensado para reemplazar a la familia de FAT eliminando todas las limitaciones de
este, y pensando en poder extenderlo fácilmente en el futuro.
Conceptualmente NTFS ve todo en el sistema como un archivo, incluyendo a los metadatos. El corazón de
tal esquema es la MFT (Master File Table) que contiene la información de donde están los archivos y sus
atributos. Aunque esta respaldada en un %, si se daña los datos de todo el volumen se perderán.
Utiliza bitmaps para determinar los bloques (clusters) libres en el disco, e indexa los directorios a través de
árboles B+.
Tamaño máximo de volumen 16EiB (Exibibyte – 1060)
Tamaño máximo de archivo Teórico 16EiB
Tamaño máximo de archivo implementación
actual
16TiB (Tebibye – 1040)
Número máximo de archivo 232 – 1
Largo nombre de archivo 255 caracteres
Fechas 01/01/1601 – 28/05/60056
Compresión de datos LZ77 (zip) desde WinNT 3.51
Encriptación de datos XDES (Win2000), 3DES (WinXP), AES
(Win2003)

25/03/2022
Esquema General - NTFS
Ejemplo Esquema partición NTFS
Partition
Boot Record
MFT
Archivos
de Sistema
Área de archivos
Boot Partition Record
En los primeros 8kb se contiene la información sobre el volumen (tipo de partición, largo,
etc), junto con el bloque de código básico para iniciar al sistema operativo. Contiene tambien
un puntero a la MFT.
MFT – Master File Table
La Tabla Maestra de archivos contiene el donde y como están almacenados los archivos,
junto con todos los atributos asociados a estos.
Archivos de Sistema
Contienen la información sobre los datos y operaciones que se realizan sobre el sistema de
archivos: espacio libre, log de transaccionalidad, etc.
Área de archivos
Donde realmente se almacenan los datos del usuario.

25/03/2022
Master File Table - NTFS
# Filename Nombre Descripción
0 $MFT Master File Table Puntero a si mismo para consistencia del modelo.
1 $MFTMirr Master File Tabla Mirror Puntero donde se encuentra el respaldo de la MFT. Solo se respaldan los
registros más importante. En NT3.5 se ubica a la mitad de la partición, en
versiones posteriores al final.
2 $LogFile Log File Archivo de log de transacciones sobre el volumen.
3 $Volume Volume Descriptor Contiene información crucial sobre la partición en si: versión NTFS, nombre, etc.
4 $AttrDef Attribute Definition Table Nombres y tipos de los atributos que tendrá cada archivo.
5 $ Root Directory Puntero a donde parte el directorio raíz del sistema.
6 $Bitmap Cluster Allocation Bitmap Mapa que muestra los clusters (bloques) disponibles
7 $Boot Volume Boot Code Puntero al segmento que contiene el código de arranque, en el caso de que esta
sea una partición activa (booteable)
8 $BadClus Bad Cluster File Lista de todos los bloques “malos” del disco, para no volver a utilizarlos.
9 $Secure Security File Contiene descriptores únicos para cada archivo del volumen
10 $UpCase Upper Case Table Tabla de conversiones mayúsculas/minúsculas en UNICODE.
11 $Extend NTFS Extensions Usado por varias extensiones como quotas, reparse, identif. de objeto, etc.
La MFT contiene la información sobre todos los archivos dentro del volumen. Mantiene la dirección en disco
donde esta el archivo, sus atributos, información de cómo securizar los datos, etc.
Las primeras 16 posiciones corresponden a entradas a archivos que implementan el sistema de archivos y
están reservadas. Desde la 11 a la 15 no se utilizan y están para provisión. Desde el #16 en adelante se
pueden tener entradas para archivos de usuario.

25/03/2022
Master File Table Entry - NTFS
Atributo Descripción
Información estándar Bits indicadores, marcas de hora, etc.
Nombre de archivo En UNICODE
Descriptor de Seguridad Obsoleto. Ver $Extend $Secure
Lista de atributos Ubicación de registros MFT adicionales, si se necesitan
Identificador de Objeto Identificador de archivo de 64bits (teoricamente único en el mundo)
Punto de reanálisis Para montajes y enlaces simbólicos
Nombre de Volumen Nombre de este volumen (usado por $Volumne)
Información de volumen Versión del volumen (usado por $Volume)
Raíz índice Se usa para directorios
Asignación de índice Se usa en directorios muy grandes
Mapa de bits Usado en directorios muy grandes
Flujo utilitario de registro Controla las entradas en $LogFile
Datos Datos de flujo; puede repetirse
Atributos
Básicos
Al crearse el volumen en el formato, se reserva espacio para que la
MFT pueda crecer (alrededor del 12% del disco por defecto). Este
espacio aunque esta libre, no es utilizado sino hasta que no queda más
espacio disponible en el disco. En el caso de que la MFT crezca
mucho, puede particionarse y colocar una porción en otro lugar del
disco. El tamaño de una entrada de la MFT puede variar entre 1.024 y
4.096 bytes, estando de la mano el tamaño del cluster.
Cada registro de la MFT contiene un encabezado o header que
permite identificar la entrada, junto con indicar la cantidad de bytes
usados, contador de referencias, etc
A continuación vienen una serie de atributos compuestos por un encabezado de atributo y el atributo en si. El primero indica
donde parte el atributo y cuando mide, el segundo contiene el valor
Fuente: http://dbserver.kaist.ac.kr/~yjlee/Courses/CS230/ntfs/NTFS-3.html

25/03/2022
Master File Table Entry, Atributos - NTFS
Siguiendo la misma filosofía de generizar las estructuras de datos, en un archivo todo es un atributo, hasta
los datos; los cuales pueden estar almacenados en una entrada de la MFT, en varias o incluso en “data
runs” fuera de la MFT.
Atributos residentes
Son aquellos que se encuentran en el registro inicial del archivo y no desbordan fuera de el
Atributos no Residentes
Son aquellos que no están presentes en el registro inicial del archivo dado que están o en otra entrada de la
MFT o en un data run.
Data runs o Extents (extensiones)
Conjunto de bloques (2kb – 4kb) alocados por NTFS para contener atributos que son muy largos para estar
en un registro de la MFT.
Fuente: http://dbserver.kaist.ac.kr/~yjlee/Courses/CS230/ntfs/NTFS-3.html

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