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El sistema de ficheros

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# El sistema de ficheros [Abrir el PDF original](<../PDF/El sistema de ficheros.pdf>) > Conversión de texto página a página. La paginación permite cotejar este archivo con el PDF original. ## Página 1 <!-- source-page: 1 --> El sistema de ficheros José Ramón Herrero Zaragoza Teodor Jové Lagunas Enric Morancho Llena PID_00169385 ## Página 2 <!-- source-page: 2 --> GNUFDL • PID_00169385 El sistema de ficheros © 2014, FUOC. Se garantiza permiso para copiar, distribuir y modificar este documento según los términos de la GNU Free Documentation License, Version 1.2 o cualquiera posterior publicada por la Free Software Foundation, sin secciones invariantes ni textos de cubierta delantera o trasera. Se dispone de una copia de la licencia en el apartado "GNU Free Documentation License" de este documento. ## Página 3 <!-- source-page: 3 --> GNUFDL • PID_00169385 El sistema de ficheros Índice Introducción............................................................................................... 5 Objetivos....................................................................................................... 6 1. Definición del sistema de ficheros................................................ 7 2. El concepto de fichero...................................................................... 8 2.1. Definición de fichero .................................................................. 8 2.2. Las propiedades de los ficheros .................................................. 8 2.3. Los tipos de ficheros ................................................................... 8 3. El espacio de nombres...................................................................... 10 3.1. La función de traducción ........................................................... 10 3.2. La estructura de los espacios de nombres ................................... 12 3.3. Las operaciones sobre el espacio de nombres ............................. 16 3.3.1. Operaciones de manipulación del SF ............................ 16 3.3.2. Operaciones de manipulación de directorios ................ 17 3.3.3. Operaciones de manipulación del directorio de trabajo ............................................................................ 20 4. La protección....................................................................................... 21 4.1. La protección: concepto y objetivos ........................................... 21 4.2. La matriz de accesos ................................................................... 23 4.3. Las listas de control de accesos (access control lists) .................... 24 4.4. Las listas de capabilities (capacidades) ......................................... 25 4.5. Mejoras y modelos combinados ................................................. 25 5. Ejemplos de sistema de ficheros y protección............................ 27 5.1. UNIX ............................................................................................ 27 5.1.1. El sistema de ficheros en UNIX ..................................... 27 5.1.2. El mecanismo de protección de UNIX .......................... 29 5.1.3. Integración al sistema de ficheros de dispositivos e información del sistema ................................................ 31 5.2. Windows ...................................................................................... 32 Resumen....................................................................................................... 34 Actividades.................................................................................................. 35 Ejercicios de autoevaluación.................................................................. 35 ## Página 4 <!-- source-page: 4 --> GNUFDL • PID_00169385 El sistema de ficheros Solucionario................................................................................................ 37 Glosario........................................................................................................ 40 Bibliografía................................................................................................. 42 ## Página 5 <!-- source-page: 5 --> GNUFDL • PID_00169385 5 El sistema de ficheros Introducción Este módulo didáctico se centra en el estudio del sistema￿de￿ficheros (SF). Con este objetivo realizamos los pasos siguientes: 1) En primer lugar, estudiaremos el concepto de fichero como dispositivo ló- gico. 2) En segundo lugar, analizaremos el sistema￿de￿ficheros como gestor de ob- jetos. 3) Finalmente, veremos el caso concreto del sistema￿de￿ficheros￿en￿UNIX,￿en Mac￿OS￿y￿en￿Windows. Los tres aspectos se estudian siempre desde la perspectiva de la asignatura, que es el punto de vista del usuario del sistema operativo. ## Página 6 <!-- source-page: 6 --> GNUFDL • PID_00169385 6 El sistema de ficheros Objetivos Los materiales didácticos de este módulo incluyen las herramientas necesarias para alcanzar los objetivos siguientes: 1. Conocer las funciones del sistema de ficheros. 2. Conocer el concepto de fichero y saber qué características pueden tener los ficheros en función de sus propiedades y de sus tipologías. 3. Entender la necesidad de facilitar el uso por parte de los usuarios. Por ello se utilizan funciones de traducción para acercar los objetos del sistema a las costumbres de los usuarios. 4. Aprender los distintos tipos de espacios de nombres y sus ventajas e in- convenientes. 5. Familiarizarse con las operaciones que ofrecen los sistemas operativos para gestionar los espacios de nombres. 6. Entender los conceptos de seguridad y protección. 7. Ser conscientes de la necesidad de ofrecer herramientas de protección que permitan llevar a cabo distintas políticas de protección en función de las necesidades de los usuarios. 8. Aprender los distintos esquemas de protección y sus ventajas e inconve- nientes. ## Página 7 <!-- source-page: 7 --> GNUFDL • PID_00169385 7 El sistema de ficheros 1.Definición del sistema de ficheros (1)Utilizamos la sigla SF como abre- El sistema￿de￿ficheros (SF1) es el encargado de gestionar el conjunto de viatura de sistema de ficheros. ficheros contenidos en un mismo dispositivo de almacenamiento. Esta gestión se concreta en los tres aspectos fundamentales que indicamos Ved también a continuación: Podéis ver los dispositivos lógi- cos en el subapartado 4.2 del 1) La definición de los dispositivos lógicos que configuran los ficheros. módulo didáctico 4. 2) El espacio de nombres, que nos servirá para poder localizar y dirigir los ficheros. 3) El control de las acciones que se pueden efectuar sobre los ficheros. Para ampliar esta definición, diremos que el SF es el encargado de proporcionar (2)Objetos gestionados por el sis- un espacio de nombres y un control de acceso a todos los dispositivos. Desde tema, como ficheros, dispositivos, procesos, espacios lógicos, etc. este punto de vista, se puede hablar tanto de ficheros como de dispositivos o, desde una óptica todavía más general, de objetos gestionados por el sistema2 y visibles por los usuarios. Es necesario darse cuenta de que cuando dividimos un disco a nivel lógico y lo formateamos para poder guardar diferentes datos o sistemas operativos, lo que hacemos es crear sistemas de ficheros independientes para cada partición. No es el objetivo de este documento entrar a discutir los formatos y las estructu- ras internas de los distintos tipos de sistemas de ficheros. No obstante, como usuarios debemos ser conscientes de que existen distintos formatos y de que en el momento en el que dividimos un disco y queremos instalar uno o varios sistemas operativos, el administrador debe indicar el tipo de sistema de fiche- ro que se quiere crear. Hay muchos tipos, que van evolucionando a lo largo de los años para proporcionar nuevas funcionalidades o permitir tamaños y sistemas de ficheros mayores. Como ejemplo, citaremos al menos uno de los utilizados en los sistemas operativos más habituales: ext4 en Linux, NTFS en Windows, o HFS+ en Mac Os. ## Página 8 <!-- source-page: 8 --> GNUFDL • PID_00169385 8 El sistema de ficheros 2.El concepto de fichero 2.1. Definición de fichero Un fichero es un dispositivo lógico formado por una agrupación lógica de información almacenada en un dispositivo físico, como un disco, un lápiz USB, o en la memoria, que puede ser manipulada como un todo. La información que incluye tiene en común un conjunto de propiedades que la caracterizan. 2.2. Las propiedades de los ficheros Un fichero tiene un conjunto de características o propiedades relacionadas con los aspectos siguientes: 1) La información relativa al contenido del fichero y a su modificación: tama- ño, fecha de creación, última fecha de acceso, última fecha de modificación, tipo de información, etc. 2) La ubicación de esta información dentro del dispositivo de almacenamien- to. Este aspecto se refiere a la información necesaria para que el sistema pueda localizar el fichero dentro del dispositivo de almacenamiento. En la dinámica general de uso de los ficheros, los usuarios del sistema no necesitan conocer esta información. 3) La accesibilidad del fichero. Este aspecto hace referencia a la información Ved también relacionada con quién es el usuario propietario del fichero y con las operacio- nes que los diferentes usuarios pueden hacer: escribir, leer, ejecutar, etc. Todas Podéis ver el concepto de pro- tección en el apartado 4 de es- estas informaciones están relacionadas con el concepto de protección. te módulo didáctico. 2.3. Los tipos de ficheros El SO puede reconocer diferentes tipos de ficheros según la estructura de la in- formación que contienen, su finalidad, las operaciones de acceso que permi- ten, etc. En este módulo didáctico nos centraremos sólo en estas tres primeras características, que están fuertemente interrelacionadas. ## Página 9 <!-- source-page: 9 --> GNUFDL • PID_00169385 9 El sistema de ficheros Así pues, en un SO podemos encontrar ficheros que contienen caracteres o Ved también información en formato binario, gráfico, etc. Podemos encontrar ficheros eje- cutables, bibliotecas, fuentes, directorios, documentos, hojas de cálculo, bases Podéis ver las operaciones que pueden tener lugar sobre los de datos, etc. La información contenida en los ficheros siempre tiene una es- dispositivos en el subapartado 5.2 del módulo didáctico 4. tructura y una finalidad. Estas dos características condicionan la manera de acceder a los ficheros y el tipo de funciones que se pueden llevar a cabo en éstos. En general, sobre los ficheros se pueden hacer el mismo conjunto de operaciones que se pueden llevar a cabo sobre cualquier dispositivo. No obs- tante, en función de la estructura y la finalidad de esta información, el sistema operativo puede ampliar o restringir el conjunto de operaciones posibles. Un caso de ampliación de operaciones es, por ejemplo, el que se produce con los ficheros￿ejecutables. Un fichero ejecutable, tal como hemos visto, contie- ne un tipo de información con una estructura muy determinada que permite al SO cargarla en la memoria como código de un proceso. Así pues, el sistema permite efectuar una acción especial sobre este fichero: la ejecución. Esta ac- ción, tal como la acabamos de definir, no tiene sentido sobre ficheros que no sean ejecutables; sin embargo, algunos sistemas pueden redefinir la acción de ejecutar si asocian en la estructura de un fichero una aplicación que pueda interpretarla y/o manipularla. Ejemplos de redefinición de la acción de ejecutar (3)El shell que debe usarse para in- A continuación presentamos un par de ejemplos en los que podéis ver la redefinición terpretar el fichero se indica en el de la acción de ejecutar: sistema UNIX en la primera línea del fichero, siguiendo el patrón #! nombre_shell. Por ejemplo, #!/bin/ a) Un ejemplo es el caso en el que al hacer clic sobre el icono de un fichero en una bash. interfaz gráfica, se inicia automáticamente la aplicación asociada capaz de entender la información que contiene el fichero. Ved también b) Otro ejemplo es el caso de los ficheros que incluyen shell-scripts. En el sistema UNIX, cuando se lleva a cabo la acción de ejecutar un shell-script, el sistema lo detecta y ejecuta el Podéis ver el shell en el shell3 que es capaz de interpretar la información del fichero que configura los comandos. subapartado 7.1.3 del módulo didáctico 4. Otro caso muy diferente son los ficheros￿directorios, los que tienen una es- Ved también tructura que consiste en una lista de parejas de nombres y números. Su fina- lidad es dar nombre a los ficheros y permitir su localización. En este caso, Podéis ver los ficheros directo- rios en el apartado 3 de este el sistema sólo nos deja acceder a los directorios mediante un conjunto muy módulo didáctico. concreto de operaciones con el fin de proteger la gestión que realiza sobre los ficheros en general. ## Página 10 <!-- source-page: 10 --> GNUFDL • PID_00169385 10 El sistema de ficheros 3.El espacio de nombres Tal como hemos visto en la introducción, una de las funciones￿propias￿del￿SF es proporcionar￿un￿espacio￿de￿nombres que permita localizar y manipular los ficheros. Esta visión es extensible a todos los objetos que el sistema gestiona y que deben ser identificados en algún momento por parte de los usuarios. Así pues, de ahora en adelante, en este apartado utilizaremos de manera indistinta los términos fichero, dispositivo u objeto. 3.1. La función de traducción (4)Algunos de los objetos que ges- En un sistema se gestionan multitud de objetos4. Para poder gestionarlos todos es necesario cumplir los requisitos siguientes: tionan los sistemas son los ficheros, los dispositivos, los procesos y los espacios lógicos. • Conocer los objetos que hay y sus características. • Poder acceder a ellos para interactuar con ellos. • Poder crearlos y destruirlos. Para conseguir efectuar estas operaciones, es necesario que los objetos tengan nombre, con el fin de que el sistema y los usuarios los puedan identificar. Den- tro del sistema, se identifica cada uno de los objetos mediante lo que podría- mos denominar nombres￿internos, que consisten en direcciones de memoria, índices de tablas o números en general. Además de los ficheros tenemos, por ejemplo, dispositivos con los que los Recordar usuarios debemos interactuar directamente. Entonces el sistema ha de propor- cionar nombres próximos a nuestros hábitos. Nos es mucho más fácil recordar En el caso del sistema opera- tivo UNIX, el nombre interno que el dispositivo con el nombre impresora es la impresora, que recordar un está compuesto por la unión de los números llamados major número de varias cifras. y minor. Afortunadamente, los usuarios no tenemos por qué saber cuáles son. El SF es el encargado de proporcionar y gestionar un espacio de nombres que nos permita alcanzar este objetivo. ## Página 11 <!-- source-page: 11 --> GNUFDL • PID_00169385 11 El sistema de ficheros Una de las funciones del SF es facilitar￿una￿función￿de￿traducción entre unos nombres a los que estamos acostumbrados los humanos y los nombres internos del sistema o, lo que es lo mismo, los objetos tal como los conoce el sistema. F: nombre→ objeto. El conjunto de todos los nombres posibles configura lo que denomina- dos espacio￿de￿nombres. La función de traducción debe ser unívoca: un nombre sólo puede hacer referencia a un, y sólo un, objeto. El SO implementa la función de traducción de los nombres mediante estruc- (5)El nombre puede ser el de un fi- turas de datos que llamamos directorios, los que, a su vez, son implementa- chero, un directorio o, en general, de un dispositivo lógico accesible dos mediante ficheros en los que el sistema almacena la estructura de datos mediante el sistema de ficheros. que da lugar a la función de traducción. Esta estructura de datos consiste en una tabla que relaciona los nombres que contiene el directorio con los nom- bres internos del SO (podéis ver la figura 1): cada entrada de la tabla asocia un nombre5 con la estructura de datos interna que representa en el objeto. Así, un directorio se puede ver como una agrupación de nombres de objetos. Dado que los SF pueden estar contenidos en dispositivos extraíbles, cada SF ha de contener toda la información que configura su espacio de nombres. Figura 1 Un sistema operativo puede ofrecer una visión de un único espacio de nom- bres para todos los objetos y SF, o de un espacio de nombres separado e inde- pendiente de los otros para cada tipo de objeto o SF. ## Página 12 <!-- source-page: 12 --> GNUFDL • PID_00169385 12 El sistema de ficheros Espacio de nombres en UNIX, Mac Os y Windows (6)Veremos operaciones para mon- Los nombres posibles para los ficheros y directorios son similares en los tres sistemas. En tar y desmontar sistemas de fiche- cambio, en UNIX y Mac Os los ficheros y los dispositivos se llaman mediante un mismo ros en el subapartado 3.3. espacio, que es gestionado por el SF. Es decir, distintos sistemas de ficheros se pueden montar6 a partir de un punto determinado de un SF ya existente, de modo que el usuario (7)A menudo se llaman volúmenes tiene la visión de un único espacio de nombres, organizado a partir de un directorio que (volumen A:, volumen C:, etc.). se llama raíz y se representa con el carácter '/'. De hecho, el sistema operativo Mac Os implementa un subsistema compatible con UNIX, con el que no encontraremos muchas diferencias con respecto a UNIX como usuarios del sistema de ficheros. El caso de Win- dows es distinto, ya que dispositivos y ficheros tienen espacios separados: • Los dispositivos tienen unos nombres prefijados, como A:, B:, etc. para los discos, y CON:, LPT1:, etc. para el resto de dispositivos. • En cambio, los ficheros se llaman con el nombre del volumen7 que los contiene se- guido del nombre del fichero, por ejemplo C:\AUTOEXEC.BAT. 3.2. La estructura de los espacios de nombres Este subapartado se centra en los distintos tipos de espacios de nombres que puede tener el SF. Podemos clasificar los espacios de nombres en espacios li- neales y jerárquicos, que, al mismo tiempo, pueden estar distribuidos en for- ma de árbol o en forma de grafo dirigido. 1)￿El￿espacio￿lineal El espacio lineal es el espacio de nombres más sencillo: tiene una sola dimensión donde todos los nombres están al mismo nivel, contenidos en un único directorio. Dicho de otra manera, no se pueden hacer cla- sificaciones de los distintos objetos. Espacios lineales en UNIX y en DOS Encontramos ejemplos de espacios lineales en los nombres de los volúmenes en Windows (A:, B: ... Z:) o en los identificadores de los procesos o PID (process identifier o process identification number) que son números enteros. Este número es gestionado por el sistema operativo pero se puede conocer y utilizar fácilmente por los usuarios en sistemas UNIX para hacer tareas de gestión de los procesos que le pertenecen. Figura 2 Los espacios lineales resultan buenos para referenciar objetos internos del sis- tema o para espacios con un número de objetos pequeños. Así pues, en un sistema monousuario en el que haya pocos ficheros y todos tengan que ser visibles para un único usuario, pueden ser un buen medio de organización. Ahora bien, cuando el número de ficheros crece, los nombres que utilizamos deben ser cada vez más complejos para poder distinguir los ## Página 13 <!-- source-page: 13 --> GNUFDL • PID_00169385 13 El sistema de ficheros distintos ficheros. Cada vez es más difícil poder recordar qué nombre tenía un fichero concreto. También resulta inadecuado cuando tenemos distintos usuarios. Teniendo en cuenta estas situaciones, el objetivo de proporcionar unos nombres próximos a las costumbres y los hábitos de los humanos es imposible si usamos un espacio lineal de nombres. Por lo tanto, hace muchos años que no se utiliza esta organización lineal para el almacenamiento de los ficheros. En resumen, con respecto a los espacios￿lineales, podemos decir que son: • Adecuados para espacios con pocos objetos, ya que se trata de una estruc- tura que permite tener una buena visión de conjunto y conseguir una lo- calización rápida de cualquier objeto. • Inadecuados cuando el número de objetos empieza a ser elevado, ya que el significado que para los humanos pueden tener los nombres puede llegar a quedar desvirtuado. 2)￿Espacio￿jerárquico Como usuarios nos gustaría poder agrupar los ficheros por tipo, traba- jos o cualquier criterio que nos ayude a organizar el SF. De esta manera sería mucho más fácil localizar los ficheros. El modo de conseguir este objetivo es dotar a los nombres del sistema de ficheros de una estruc- tura jerárquica. Para conseguir￿un￿espacio￿jerárquico, tratamos los di- rectorios como objetos con un nombre y, así, pueden formar parte de los objetos que agrupan otros directorios. Con esta idea podemos organizar los espacios jerárquicos de las dos maneras siguientes: a)￿Estructura￿de￿árbol. Es la estructura jerárquica más sencilla en la que pode- mos organizar los ficheros. Un espacio jerárquico en forma de árbol está for- mado por una jerarquía de directorios con un directorio￿raíz del que cuelgan otros directorios y/o ficheros, los que configuran las hojas￿del￿árbol. ## Página 14 <!-- source-page: 14 --> GNUFDL • PID_00169385 14 El sistema de ficheros ejercicioB.txt ejercicioA.txt ejercicio1.txt ejercicio2.txt Figura 3 Llamamos nombre￿absoluto al nombre que está formado por la ruta que va (8)En UNIX y en Mac Os el carácter desde la raíz, pasando por los diferentes subdirectorios, hasta llegar al fichero. delimitador es "/". En Windows, en cambio, el carácter delimitador es Así pues, el nombre absoluto está compuesto por una secuencia de cadenas de "\". caracteres, o componentes del nombre, contenidas en los subdirectorios que configuran la ruta de acceso al fichero. Los componentes se separan por un carácter delimitador8. Para facilitar la manipulación de los ficheros en las estructuras jerárquicas se define: • El directorio￿inicial, que es el directorio desde donde un usuario puede crear su estructura de directorios y donde colocará los ficheros que cree. • El directorio￿de￿trabajo, que es el directorio en el que se encuentran los ficheros con los que está trabajando en un instante concreto. Cuando un usuario empieza la sesión de trabajo, el directorio de trabajo es el directorio inicial. Asociado al concepto de directorio de trabajo está el concepto de nombres (9)Con lo que los nombres absolu- relativos, que son los nombres formados por el recorrido que va desde el di- tos no son iguales. rectorio de trabajo hasta el fichero. Distintos ficheros pueden tener el mismo nombre relativo, siempre que éste se obtenga a partir de directorios de trabajo diferentes9. Como ya hemos dicho, una estructura en árbol soluciona los problemas orga- nizativos que plantea la estructura lineal. No obstante, tiene los dos inconve- nientes siguientes: ## Página 15 <!-- source-page: 15 --> GNUFDL • PID_00169385 15 El sistema de ficheros • No permite compartir de una manera sencilla ficheros entre diferentes usuarios. • No permite moverse por el árbol de directorios en sentido ascendente, cambiando el directorio de trabajo. b)￿Estructura￿de￿grafo￿dirigido. Para solucionar los problemas que plantea la estructura en árbol, definimos el espacio de nombres con una estructura de grafo dirigido como la que se representa en la figura 4. Figura 4 Con la estructura de la figura 4, un fichero puede ser dirigido al mismo Ved también tiempo con los nombres absolutos /home/joan/ejercicio1.txt y /home/ma- ria/ejercicioA.txt. De esta manera puede ser compartido fácilmente por más En el subapartado 3.3.2.b in- troduciremos la operación que de un usuario. permite crear nombres, que nos servirá para este propósito. En una estructura en grafo dirigido, se puede acceder a un mismo objeto me- diante más de un nombre y, por lo tanto, también se puede acceder desde di- rectorios de trabajo distintos. Con esta estructura, el sistema genera de manera automática nombres adicio- nales para cada directorio del SF. Por ejemplo, en UNIX y en DOS, en cada directorio, figuran dos nombres especiales: el "." y el "..". • El nombre "." hace referencia al directorio que lo contiene. Se utiliza para referenciar el directorio de trabajo sin necesidad de conocer el nombre absoluto. • El nombre ".." es el nombre del directorio "padre" del directorio que lo contiene. Se utiliza para referenciar, mediante nombres relativos, objetos ## Página 16 <!-- source-page: 16 --> GNUFDL • PID_00169385 16 El sistema de ficheros que tienen como parte de su nombre subdirectorios que se encuentran por encima del directorio de trabajo. En general, los directorios "." y ".." permiten referenciar objetos mediante nom- Ejemplo de dirección bres relativos sin tener que conocer el directorio de trabajo actual. En el caso de la figura 4, si el directorio de trabajo es /ho- El principal inconveniente de los espacios con estructura de grafo dirigido es, me/maria, se puede acceder al fichero con nombre absolu- como veremos inmediatamente, su gestión. to /home/joan/ejercicio2.txt con el nombre relativo ../joan/ ejercicio2.txt. 3.3. Las operaciones sobre el espacio de nombres Una vez visto lo que es un espacio de nombres, pasamos a las operaciones que podemos realizar en él. El sistema ofrece tres tipos de operaciones: operaciones para manipular el SF como un todo, operaciones para gestionar los contenidos de los directorios y, finalmente, operaciones para manipular el directorio de trabajo. A continuación, trataremos cada uno de estos tipos de operaciones. 3.3.1. Operaciones de manipulación del SF Figura 5 a)￿Operación￿crear_SF. Como ya hemos visto, un SF está incluido dentro de un dispositivo de almacenamiento y organiza la información de este disposi- tivo en ficheros. Para que eso sea posible, se debe dotar al dispositivo de un conjunto de estructuras de datos que permitan definir los ficheros, localizarlos mediante un espacio de nombres, crear nuevos, gestionar el espacio libre, etc. La operación crear_SF es la encargada de generar todas estas estructuras que se guardarán dentro del mismo dispositivo de almacenamiento. Este hecho permitirá, en caso de que se utilice un dispositivo extraíble, transportar el SF de un sistema a otro sin que haya pérdida de información. b)￿Operación￿montar_SF. Algunos SO deben ser informados antes de acceder (10)Los tipos de acceso permitidos a un nuevo SF, tanto si es porque se acaba de introducir un volumen nuevo son de lectura y de escritura. que contiene un SF en un dispositivo extraíble, como si es porque se ha creado un SF nuevo en un dispositivo ya existente, etc. El sistema necesita inicializar una serie de estructuras de datos internos para optimizar los accesos al SF, para reconocer de qué tipo de SF se trata, para restringir el tipo de acceso10 sobre el SF o para dar, como en UNIX, una visión de un único espacio de nombres, etc. Todas estas acciones las lleva a cabo la operación montar_SF. Cabe señalar que esta operación no modifica el SF. Sólo cambia información del SO a la memoria con el fin de acceder de manera automática al punto (directorio) de montaje. ## Página 17 <!-- source-page: 17 --> GNUFDL • PID_00169385 17 El sistema de ficheros c)￿Operación￿desmontar_SF. De manera análoga al caso anterior, antes de re- tirar el volumen de un dispositivo extraíble en el que se está accediendo como SF, se debe efectuar la operación desmontar_SF con el fin de que se liberen las estructuras de datos que se han reservado en la operación de montaje y se ac- tualice el contenido del SF. Es importante que se haga correctamente porque si, por ejemplo, extraemos un lápiz USB sin desmontarlo correctamente, po- demos perder los cambios realizados. Eso sucede porque el sistema operativo puede anotar en la memoria los cambios que se deben realizar, retrasando la escritura en el disco para momentos posteriores, con el fin de aumentar el ren- dimiento, debido a que el acceso a la memoria es normalmente mucho más rápido que el acceso al disco. Si se extrae el dispositivo sin haberse materiali- zado los cambios en el dispositivo, éstos se pierden. Lo mismo puede suceder si un ordenador se queda de repente sin alimentación eléctrica. d)￿Operación￿verificar_SF. Finalmente, el sistema nos proporciona herra- mientas para verificar las estructuras de datos que configuran un SF y que están contenidas en el dispositivo mediante la operación verificar_SF. Normalmente estas herramientas no forman parte del núcleo del SO, sino que son aplicacio- nes y utilidades que se ejecutan sobre el SO. Así pues, las operaciones de manipulación del SF pueden tener la forma siguiente: • Estado = crear_SF (nombre, tipos, etc.). • Estado = montar_SF (dispositivo, tipo, modo L/E, directorio, etc.). • Estado = desmontar_SF (dispositivo). • Verificar_SF no es una llamada al sistema, sino una utilidad. 3.3.2. Operaciones de manipulación de directorios Las operaciones de manipulación de directorios nos permiten acceder a la ta- bla que implementa la función de traducción, que se encuentra almacenada dentro del fichero que configura el directorio. Ved también Podéis ver la función de tra- ducción en el subapartado 3.1 de este módulo didáctico. Figura 6 a)￿Operación￿localizar_objeto. Consiste en, dado un nombre (relativo o abso- luto), localizar el objeto al que hace referencia. Según el sistema, puede existir una llamada que efectúe directamente esta operación, o puede ser necesario realizar una búsqueda a partir de una llamada que devuelva una por una las entradas de directorio. La localización de un objeto mediante su nombre es un ## Página 18 <!-- source-page: 18 --> GNUFDL • PID_00169385 18 El sistema de ficheros procedimiento que forma parte de multitud de llamadas. En general, cualquier llamada al sistema que haga referencia a uno de los objetos contenidos en el SF debe utilizar este procedimiento. b)￿Operación￿modificar_nombre. Consiste en localizar la entrada del directo- rio que contiene el nombre que se debe modificar y, una vez verificado que el nombre nuevo es único (no existe previamente), cambiarlo por el nuevo. c)￿Operación￿crear_nombre. Es la encargada de crear un nombre nuevo para un objeto concreto. Esta acción se puede separar en diferentes operaciones en función de si el objeto ya existe y, por lo tanto, se pretende sencillamente crear un nombre nuevo, o si el objeto no existe y, por lo tanto, la creación del nombre se efectúa en el mismo instante de la creación del objeto: • La creación￿de￿nombres￿sobre￿objetos￿ya￿existentes, que se puede ver Nota como el establecimiento de un enlace entre el nombre y el objeto al que hace referencia. Desde esta óptica, la creación de un nombre nuevo con- Un hard link sólo puede apun- tar a un objeto del mismo SF. siste simplemente en añadir una línea de información a la tabla del direc- En cambio, un soft link puede apuntar a un objeto de otro torio. Antes, sin embargo, se debe localizar el objeto al que se quiere dar SF. un nombre nuevo y se debe comprobar que el nombre sea único. Este tipo de nombre se denomina enlace￿físico (hard link), en contraposición a los llamados enlaces simbólicos. Un enlace￿simbólico (symbolic link o soft link) es un enlace que no rela- ciona directamente un nombre con un objeto, sino que lo hace indirec- tamente mediante un enlace a otro fichero que contiene el nombre del objeto, como se ve en la figura 5 (que podéis ver en la página siguiente). Este tipo de nombres se utiliza fundamentalmente para dar un nombre a un objeto que se encuentra en un SF distinto de donde está el directorio que contiene el enlace simbólico. La existencia de los enlaces simbólicos provoca que la operación localizar_objeto deba saber de qué tipo es cada enlace, y actuar en consecuencia. • La creación￿de￿nombres￿junto￿con￿los￿objetos￿a￿los￿que￿hacen￿referen- (11)Un directorio es un fichero con cia, que añade la problemática propia de la creación de los objetos en con- un formato especial que permite almacenar la tabla de traducción creto. Se pueden crear ficheros, directorios o dispositivos de distintos ti- del directorio. pos. Nosotros nos centraremos en la operación de crear un subdirectorio. En este caso, el sistema ha de proporcionar una operación que, dado el nombre del directorio que se quiere crear y el del directorio desde donde debe colgar, cree el fichero11 que debe contener el directorio nuevo, su ta- bla de traducción y los enlaces "." y "..". ## Página 19 <!-- source-page: 19 --> GNUFDL • PID_00169385 19 El sistema de ficheros Figura 7 d)￿Operación￿destruir_nombre. Consiste en localizar el directorio que con- tiene el último componente del nombre que se quiere destruir y borrar la en- trada de la tabla de traducción que lo contiene. Además, si el fichero al que hacía referencia este nombre ya no tiene ningún nombre más asociado, el SO lo destruirá y liberará los recursos que ocupa. Al comprobar si el fichero tiene otro nombre, encontramos las dos situaciones siguientes: • Detectar si un fichero no tiene ningún nombre más es sencillo si nos refe- rimos a los enlaces físicos, ya que los enlaces físicos existentes están con- tabilizados en las características del fichero y están incluidos en el dispo- sitivo de almacenamiento que contiene el SF. • Por contra, la detección de enlaces simbólicos no es trivial, dado que los enlaces simbólicos del fichero que se quiere destruir no tienen por qué estar en el mismo dispositivo, y éste no ha de estar necesariamente mon- tado en el sistema. Por lo tanto, puede resultar imposible detectarlos, y el sistema ignora su existencia durante la operación de destruir. Como resultado de esto, puede ser que aparezcan enlaces simbólicos que no señalen ningún fichero existente o, todavía peor, que apunten a un fichero de destino distinto al que querían apuntar, pero que ha reutilizado el nombre del fichero destruido. Esto último, sin embargo, puede tener su utilidad práctica porque permite la instalación de nuevas versiones de los ficheros destino de manera transparente al usuario. En el caso de que se quiera destruir un directorio, es necesario que éste esté vacío. Se considera vacío si sólo tiene las entradas correspondientes al propio directorio "." y al superior ".." dentro del que se encuentra. e)￿Operación￿ver_nombres. Permite consultar el contenido de un directorio y también ver el tipo y las propiedades de los objetos a los que hace referencia. ## Página 20 <!-- source-page: 20 --> GNUFDL • PID_00169385 20 El sistema de ficheros Así pues, las operaciones de manipulación de directorios pueden quedar de la manera siguiente: • Estado = localizar_objeto (nombre, información_interna). • Estado = modificar_nombre (nombre_nuevo, nombre_viejo). • Estado = crear_nombre (directorio, nombre_nuevo, simbólico_físico, ob- jeto). • Estado = destruir_nombre (nombre). • Valores = ver_nombres (directorio). 3.3.3. Operaciones de manipulación del directorio de trabajo Figura 8 Hay dos operaciones de manipulación del directorio de trabajo: cambio_de_directorio y directorio_actual. La primera sirve para cambiar el direc- torio de trabajo. La segunda nos indica en qué directorio estamos trabajando en un instante determinado. Los parámetros que podrían tener las operaciones de manipulación del directorio de trabajo son los siguientes: • Estado = cambio_de_directorio (nuevo_directorio). • Directorio_actual = directorio_actual (). ## Página 21 <!-- source-page: 21 --> GNUFDL • PID_00169385 21 El sistema de ficheros 4.La protección Igual que en el apartado anterior, enfocaremos el tema de la protección desde el punto de vista del acceso a los ficheros, aunque los conceptos y las técnicas que estudiaremos se pueden extender fácilmente al caso general de todos los objetos gestionados por el SO. Como ya sabemos, un SO gestiona un conjunto de recursos y objetos sobre los que se pueden efectuar acciones. Es responsabilidad del sistema operativo ga- rantizar su buen funcionamiento e impedir que la dinámica de unos usuarios esté afectada por las acciones de otros o por las acciones de agentes externos al sistema computador. El concepto de protección hace referencia al primero de estos aspectos. Es el mecanismo que proporciona el sistema para autorizar o denegar los accesos que en un instante concreto solicitan los usuarios. El concepto de seguridad￿del￿sistema, en cambio, se centra básicamente en el segundo aspecto e incluye temas como la identificación y autoidentificación de los usuarios, y también cuestiones administrativas y organizativas relacio- nadas con la gestión de un sistema informático. Como es evidente, seguridad y protección son dos conceptos fuertemente re- lacionados. A pesar de ello, en este módulo nos centraremos en el mecanismo de protección y supondremos que los usuarios han estado debidamente iden- tificados y que, por lo tanto, son realmente quienes dicen que son. 4.1. La protección: concepto y objetivos El concepto de protección se refiere al control que lleva a cabo el SO sobre las distintas maneras que tienen los usuarios de acceder a los ob- jetos del sistema. Hay casos en los que no es necesaria la existencia de un mecanismo de pro- tección: a) El estudio de la protección tiene sentido desde el momento en el que hay más de un usuario en el sistema, y éstos pueden decidir cómo y con quién comparten los ficheros que crean. En consecuencia, la protección no tiene sentido en un sistema donde hay un sólo usuario. En este caso podemos admi- ## Página 22 <!-- source-page: 22 --> GNUFDL • PID_00169385 22 El sistema de ficheros tir que no es necesario ningún tipo de control sobre los accesos que se efectúan a los ficheros. Todos los ficheros pertenecen al mismo usuario y él controla el uso que hace de ellos. b) Un caso similar es el de un sistema multiusuario en el que se deja que todos los usuarios puedan acceder a todos los ficheros. No existe el concepto de propiedad de un fichero y, por lo tanto, no hay restricciones para acceder a ellos. En esta situación tampoco sería necesario un sistema de protección. En cambio, sí que se necesita un mecanismo de protección que controle la identidad de los procesos que intentan acceder a los ficheros y a su propiedad cuando cada usuario sólo puede acceder a los ficheros que ha creado, o en el caso general en el que se permite a los usuarios compartir fichero mediante un acceso controlado. Nos centraremos en este último supuesto más general para analizar los dife- rentes mecanismos de protección. Como hemos visto, puede haber diferentes necesidades a la hora de proteger un objeto, que dependen del objeto en concreto, de los usuarios que pueden acceder a él y del tipo de acciones que pueden realizar con él. Por este mo- tivo, el sistema debe proporcionar mecanismos que sean lo suficientemente flexibles a fin de que los usuarios puedan implementar diferentes políticas de protección según sus necesidades. Antes de ver los mecanismos de protección en los apartados que siguen, de- bemos analizar los diferentes elementos￿que￿intervienen￿en￿la￿protección. Son los siguientes: 1) Los objetos: son todos aquellos elementos gestionados por el SO sobre los que se pueden efectuar distintas acciones de las que deben ser protegidos. Por ejemplo, son objetos los ficheros, los dispositivos, los directorios, los procesos, etc. 2) Los dominios: son los distintos agentes activos del sistema que pueden actuar sobre un objeto. Por ejemplo, son dominios los procesos que pertenecen a un usuario o a un grupo predefinido de usuarios, etc. 3) Los derechos: son acciones permitidas por parte de un dominio sobre un objeto. Por ejemplo, son derechos leer, escribir, ejecutar, crear, destruir, etc. Los mecanismos de protección que analizaremos a continuación son maneras distintas de relacionar los derechos que cada dominio tiene sobre cada objeto. ## Página 23 <!-- source-page: 23 --> GNUFDL • PID_00169385 23 El sistema de ficheros 4.2. La matriz de accesos La matriz de accesos está formada por tantas filas como dominios (Di) hay, y tantas columnas como objetos (Oj) hay. Cada celda Dij de la matriz contiene los derechos de acceso del dominio Di sobre el objeto Oj. Matriz de accesos Domi- Objetos nios   ejercicioA.txtejercicioB.txtejercicio1.txtejercicio2.txtedit Directo- Dominio Directo- Dominio Dominio Dominio rio Joan rio María estudiantesprofesores Joan María   Leer Leer Leer Leer Leer Leer Propieta- Leer rio Joan     Escribir Escribir Eje- Escribir   Ejecutar cutar       Propietario Propietario   Ejecutar Propieta- rio   Leer Leer Leer Leer Leer Leer   Leer Propieta- rio Maria Escribir Escribir     Eje-     Escribir cutar   Propietario Propietario           Ejecutar Propieta- rio Estu- Leer Leer Leer Leer Leer Leer   Leer   Propieta- diantes Eje- Ejecutar Ejecutar rio cutar Profeso-         Leer           Propietario res Eje- cutar En esta matriz, el dominio Joan tiene derecho de lectura y escritura sobre el objeto ejercicio1.txt; sin embargo, en cambio, sólo tiene derecho de lectura so- bre el objeto ejercicioB.txt, y de lectura y ejecución sobre edit. El hecho de te- ner derechos de escritura y ejecución sobre el directorio Joan le permitirá crear nuevos ficheros en este directorio. El permiso de ejecución sobre un directorio permite llevar a cabo acciones sobre un directorio, como por ejemplo cambiar el directorio actual de trabajo de un proceso a aquel directorio y, siempre que conozcamos el nombre de los ficheros contenidos en el directorio y tengamos permiso para acceder al fichero concreto, mostrar su contenido. Si además ## Página 24 <!-- source-page: 24 --> GNUFDL • PID_00169385 24 El sistema de ficheros tenemos permiso de escritura sobre el directorio, podremos renombrarlos o crear nuevos. El permiso de lectura sobre el directorio indica que se permite pedir al sistema el contenido del directorio y éste devolverá información sobre los ficheros y subdirectorios que contiene. El derecho de propietario que tiene sobre el fichero ejercicio1.txt le permite modificar cualquier derecho que esté en la columna asociada a este fichero. Por ejemplo, puede dar el derecho de escritura al dominio Maria sobre este fichero. En la tabla vemos que los dominios aparecen como objetos. El motivo es que un dominio también es un objeto sobre el que se pueden llevar a cabo acciones y, por lo tanto, deben ser sometidas al mecanismo de control. Para simplificar, no se ha incluido en la tabla el dominio Administrador. Hay que recordar, sin embargo, que el Administrador tiene todos los derechos po- sibles sobre cualquier objeto y dominio del sistema. La matriz de accesos es una buena manera de ver las relaciones que hay entre los distintos elementos que intervienen en el mecanismo de protección. No obstante, no es una buena herramienta de trabajo por los motivos siguientes: • Su volumen crece rápidamente a medida que aumentan el número de usuarios y ficheros del sistema. • El número de objetos sobre los que un dominio tiene derecho es pequeño en relación con el número total de objetos del sistema y, por lo tanto, la matriz es una estructura muy grande con la mayoría de las celdas vacías. Para solucionar estos problemas, se han propuesto dos métodos que aparecen al partir la matriz por columnas o por filas. En los próximos subapartados analizaremos los efectos que tienen estas soluciones. 4.3. Las listas de control de accesos (access control lists) Una lista de control de accesos (LCA) es una lista de parejas (derechos, dominio) asociada a un objeto. Esta lista es el resultado de partir la matriz de accesos en columnas y eliminar todas las celdas vacías. De esta ma- nera, el sistema ahorra espacio y obtiene una estructura más dinámica. Con este esquema, como la LCA se encuentra asociada a los objetos y no a Ved también los procesos, cada vez que un proceso quiere llevar a cabo un acceso a un objeto se debe verificar si tiene derecho a ello recurriendo a la LCA. Eso quiere En el apartado 4.5 veremos có- mo se puede resolver el pro- decir que en una sesión de trabajo con un fichero se verifican los derechos en blema de la sobrecarga. cada operación de lectura o escritura que se quiere realizar. Eso representa un volumen de sobrecarga importante para el sistema. ## Página 25 <!-- source-page: 25 --> GNUFDL • PID_00169385 25 El sistema de ficheros Una ventaja de este esquema es que todos los derechos que tienen los domi- nios sobre un objeto se encuentran en un mismo lugar, la LCA. Esta circuns- tancia genera que la asignación y la revocación de derechos por parte del pro- pietario del objeto se puedan realizar de manera sencilla. 4.4. Las listas de capabilities (capacidades) Una lista de capabilities es una lista de parejas (objeto, derechos) asociada a un dominio, cada una de las cuales se denomina capability. Las listas de capabilities son el resultado de partir la matriz de accesos en filas y eliminar, igual que en las listas de control de acceso, todas las celdas vacías. Las listas de capabilities son estructuras de datos asociadas a procesos. El sistema las puede gestionar de las dos maneras siguientes: a) Protegiéndolas en su espacio y proporcionando llamadas con el fin de que los procesos las puedan utilizar. b) Dejando que los procesos las gestionen directamente. En este caso las capa- bilities se protegen mediante técnicas de cifrado que evitan que se modifiquen los derechos que contienen. En cualquiera de los dos casos, cuando un proceso accede a un objeto, ha de presentar al sistema la capability que le da derecho a llevarlo a cabo. El sistema verifica su validez y efectúa el acceso. El acceso a este mecanismo es más ágil que en las LCA. En cambio, la modificación de los derechos que tienen los dominios sobre un objeto por parte del propietario no es trivial, ya que los derechos se encuentran repartidos por todos los procesos del sistema y, por lo tanto, en el caso de querer revocar un derecho de todos los dominios, se debe realizar un recorrido por todos y eliminar las capabilities asociadas. 4.5. Mejoras y modelos combinados Como acabamos de ver, los modelos de LCA y de capabilities tienen algunos inconvenientes. Para solucionarlos, la mayoría de los sistemas utilizan una combinación de los dos modelos que permite disfrutar de las ventajas de cada esquema. Como mecanismo básico utilizan las LCA, que se suelen presentar haciendo una reducción de todos los dominios posibles a unos cuantos. Esto se consigue agrupando los dominios, como por ejemplo en UNIX, donde hay tres grupos: ## Página 26 <!-- source-page: 26 --> GNUFDL • PID_00169385 26 El sistema de ficheros el propietario (por ejemplo Joan), todos los dominios asociados al grupo de trabajo del propietario (por ejemplo Alumnos) y el resto de dominios del sis- tema. Los primeros accesos a cada objeto se verifican mediante las LCA. Este primer (12)Acceder a la capability asociada acceso se puede concretar, por ejemplo, en la operación abrir que se efectúa al al dispositivo virtual sobre la que se intenta realizar una operación de iniciar una sesión de trabajo con un fichero o un dispositivo. Hay que recor- lectura o escritura es mucho más dar que en el momento de abrir el objeto se especifica el tipo de acceso que rápido que acceder a la LCA aso- ciada al fichero. se desea realizar. Por lo tanto, es posible comprobar si el proceso que realiza la operación tiene permisos para llevar a cabo este tipo de acceso. Una vez Ved también verificado el derecho, el sistema genera una capability que se utilizará durante la sesión de trabajo. La capability generada permitirá realizar únicamente el En el módulo didáctico 4 po- déis ver la operación abrir (en tipo de operación indicado en el momento de abrir el objeto. Normalmente, el subapartado 5.2.2) y los dispositivos virtuales (en el esta capability se asocia al dispositivo virtual que se genera durante la opera- subapartado 4.3). ción abrir. Cada vez que se realiza una operación sobre el dispositivo virtual, se comprueba si la capability asociada a él lo permite. Esto, por ejemplo, permite evitar que se intente escribir un fichero que se ha abierto sólo para lectura. Una vez finalizada la sesión de trabajo, la capability se destruye con la operación cerrar. De esta manera se comprueba cada uno de los accesos de lectura y/o escritura que se realizan durante la sesión de trabajo sin necesidad de acceder a la LCA por cada acceso12. Otra mejora, en este caso en el mecanismo de capabilities, consiste en dotar- lo de una herramienta de revocación eficiente. Una posibilidad es el llamado mecanismo￿de￿cerradura￿y￿clave. En este esquema cada capability tiene aso- ciado un número denominado clave. Los objetos tienen asociada una colec- ción de números llamados cerraduras. Para que una capability sea correcta, la clave ha de coincidir con alguna de las cerraduras que tiene el objeto. Para revocar un conjunto de derechos, lo único que debe hacer el propietario del objeto es eliminar una o más cerraduras. Evidentemente, este mecanismo no tiene la flexibilidad de las LCA, pero soluciona parcialmente el problema de tener que recurrir a todos los dominios para eliminar las capabilities asociadas. Otra alternativa consiste en asociar información temporal a una capability de modo que se establezca una fecha de caducidad de ésta. ## Página 27 <!-- source-page: 27 --> GNUFDL • PID_00169385 27 El sistema de ficheros 5.Ejemplos de sistema de ficheros y protección 5.1. UNIX 5.1.1. El sistema de ficheros en UNIX En UNIX existen los tipos de ficheros siguientes: 1) Los ficheros￿ordinarios, que son los ficheros tal como los hemos estudiado en este módulo. 2) Los ficheros￿directorio, que son los que configuran la función de traduc- ción del espacio de nombres. 3) Los ficheros￿especiales o dispositivos, que como su nombre indica son los dispositivos del sistema. 4) Los soft￿links o symbolic￿links, que como su nombre indica permiten rea- lizar enlaces simbólicos a otros ficheros. El sistema operativo UNIX reconoce un único tipo de fichero ordinario que Ved también percibe todos los ficheros como una secuencia de bytes, a los que se accede mediante operaciones específicas. Esta regla sólo tiene una excepción: los fi- Podéis ver las operaciones de acceso a los ficheros en el cheros ejecutables. Un fichero ejecutable tiene una estructura muy concreta subapartado 5.2.1 del módulo didáctico 4 y los ficheros eje- que el SO reconoce y utiliza a la hora de cargar un programa en la memoria. cutables en el subapartado 1.3 UNIX utiliza los primeros bytes de esta estructura del fichero para dejar una del módulo didáctico 2. marca que distingue un fichero normal de uno ejecutable: a) El hecho de que no esté la marca garantiza que el fichero no es ejecutable. b) La existencia de la marca, sin embargo, no garantiza que el fichero sea eje- cutable, ya que puede haber ficheros binarios que por azar tengan la misma combinación de bytes al principio. El sistema de ficheros de UNIX tiene una estructura de grafo dirigido organi- Ved también zada en directorios, tal como hemos visto. Cada fichero puede tener más de un nombre utilizando el mecanismo de enlaces físicos o simbólicos. A la hora Podéis ver el SF con estruc- tura de grafo dirigido en el de dirigir un fichero se pueden utilizar nombres absolutos o relativos. Cada subapartado 3.2 de este mó- dulo didáctico. uno de los nombres de subdirectorios que componen el nombre de un fichero están separados por el carácter "/". ## Página 28 <!-- source-page: 28 --> GNUFDL • PID_00169385 28 El sistema de ficheros Cada dispositivo de almacenamiento puede contener un SF que se crea me- Ved también diante la utilidad mkfs. Esta utilidad crea dentro del dispositivo la estructura del directorio, las estructuras de datos necesarios para gestionar el espacio li- Podéis ver el mayor y el menor en el apartado 7.1 del módulo bre y también las estructuras para almacenar las características de los ficheros didáctico 4. (denominadas inodes), como el espacio que ocupará un fichero, o qué major y minor se debe utilizar para localizar un dispositivo, quién es su propietario, etc. Aunque cada dispositivo que contiene un SF tiene su propia estructura de di- rectorios, UNIX da la visión de un espacio en forma de grafo totalmente co- nectado. Ello significa que hay un único directorio raíz, y que siempre hay un camino desde este directorio raíz hasta cualquier fichero, como se ve en la figura 9. Para poder dar esta visión única, el sistema tiene un SF permanentemente (13)El SF del sistema se ha montado accesible13 sobre el que se irán añadiendo el resto de SF antes de poder acceder a en el tiempo de inicialización del sistema. él. La operación mount es la encargada de asociar el directorio raíz del SF que se quiere montar con un directorio de un SF que ya esté montado. Aparte de eso, la operación mount lleva a cabo operaciones de inicialización de estructuras internas del SO que agilizan los accesos. Figura 9 Las llamadas al sistema y los comandos que nos ofrece UNIX para gestionar el Ved también SF siguen la misma estructura que hemos descrito en el apartado del espacio de nombres. Es la que podéis ver en la tabla siguiente: Podéis ver el espacio de nom- bres en el apartado 3 de este módulo didáctico. ## Página 29 <!-- source-page: 29 --> GNUFDL • PID_00169385 29 El sistema de ficheros Operación Llamada￿al￿SO Comando Comentarios Crear_SF - mkfs - Montar_SF mount mount - Desmontar_SF umount umount - Verificar_SF - fsck - Localizar_objeto stat stat - Operación Llamada Coman- Comentarios al￿SO do Modificar_nombre rename mv - Crear_nombre link ln Crean enlaces físicos   symlink ln -s Crean enlaces simbólicos   mkdir mkdir Crean directorios   mknod mknod Crean dispositivos Destruir_nombre unlink rm Borra ficheros   rmdir rmdir Borra directorios Ver_nombres getdents ls Ver el contenido de un directorio Cambio_de_directorio chdir cd - Directorio_actual getcwd pwd - 5.1.2. El mecanismo de protección de UNIX Las protecciones de UNIX se basan en el modelo mixto que ya hemos descrito. Nosotros nos centraremos en las LCA y las operaciones que se ofrecen para gestionarlas. Dominios de protección y bits de permiso En UNIX los dominios de protección están asociados a usuarios (UID) y a gru- Ved también pos de usuarios (GID). Los grupos de usuarios son dominios en los que se or- ganizan los usuarios del sistema en función de sus características, del trabajo Podéis ver el modelo mixto en el subapartado 4.5 de este mó- que han de realizar, etc. Un usuario se identifica en el sistema mediante un dulo didáctico. nombre de usuario y una contraseña. Una vez dentro del sistema, todos sus procesos tendrán asociados los dominios de usuario y de grupo de usuarios ## Página 30 <!-- source-page: 30 --> GNUFDL • PID_00169385 30 El sistema de ficheros al que pertenezca. En un momento determinado, un usuario sólo puede per- Los dominios de los tenecer a un grupo; sin embargo, puede estar autorizado a cambiar de grupo estudiantes mediante la orden newgrp. Todos los estudiantes que es- tén dados de alta en un sis- tema tendrán un dominio de Todos los ficheros están asociados al dominio de usuario y de grupo de usua- usuario propio y podrían es- rios de su propietario. Para determinar los derechos de un usuario sobre un tar organizados en un domi- nio conjunto denominado es- fichero, UNIX utiliza una LCA con tres dominios: el usuario propietario del fi- tudiantes. chero, los usuarios que pertenecen al mismo grupo que el propietario y, final- mente, cualquier otro usuario. Para cada uno prevé básicamente tres derechos diferentes: de lectura, de escritura y de ejecución. La visualización de las LCA se lleva a cabo mediante tres grupos de tres carac- teres cada uno, uno para cada derecho, como se muestra en la figura 10. El primer grupo hace referencia al propietario; el segundo, al grupo del propie- tario, y el tercero, al resto. Las letras r, w y x (lectura, escritura y ejecución) determinan si se tiene el derecho. El comando chmod permite al propietario conceder o revocar este derecho. Figura 10 El derecho de ejecución puede ser reforzado con el derecho setuid o con el derecho setgid, que permiten que durante la ejecución de un programa el pro- ceso que lo ejecuta cambie respectivamente al dominio del usuario propietario o al del grupo del usuario propietario del fichero ejecutable. Estos derechos permiten construir aplicaciones que acceden de manera controlada a bases de datos o ficheros en general sobre los que no se quiere dar un derecho de escri- tura generalizado. Como hemos comentado en el apartado 4.2, el significado de los derechos r, w y x varía si el fichero es un directorio. En este caso, el derecho de lectura permite visualizar los nombres contenidos en el directorio, el derecho de escri- ## Página 31 <!-- source-page: 31 --> GNUFDL • PID_00169385 31 El sistema de ficheros tura (condicionado a tener también permiso de ejecución sobre el directorio) permite añadir nombres nuevos al directorio, renombrar ficheros o borrarlos y, finalmente, el derecho de ejecución posibilita que el usuario utilice el direc- torio como un directorio de trabajo. Por defecto, el valor de los bits asignados a un fichero o directorio en el mo- mento de su creación corresponde a los bits resultantes de aplicar una máscara llamada umask que forma parte del entorno en ejecución de cada proceso y que puede ser consultada y/o modificada mediante el comando umask y la llamada al sistema homónimo. Posteriormente, los bits que controlan los per- misos pueden ser modificados, si se tienen derechos para hacerlo, mediante la llamada y el comando chmod. LCA de POSIX El estándar POSIX define también LCA, que es un superconjunto de los per- misos especificados por los bits de permiso asociados a los ficheros para los dominios propietario, grupo y resto de usuarios. Por una parte, hay una co- rrespondencia directa con respecto a los permisos indicados por los bits de permiso al propietario, su grupo y el resto de usuarios. Un cambio en uno de ellos deriva en la modificación de las entradas de la LCA de POSIX y viceversa. Pero, por otra parte, las LCA de POSIX permiten especificar de manera mucho más fina los permisos que el propietario de un fichero o directorio quiere con- ceder a otros usuarios o grupos concretos. 5.1.3. Integración al sistema de ficheros de dispositivos e información del sistema Existen algunos objetos que aparecen en el SF de algunas variantes del sistema operativo UNIX que tienen apariencia de ser ficheros ordinarios pero que en realidad no lo son. Por ejemplo, muchos dispositivos pueden ser accedidos y manipulados en UNIX mediante unos ficheros especiales llamados ficheros de dispositivo (device files). Estos ficheros de dispositivo se encuentran en el di- rectorio /dev y permiten acceder al código gestor del dispositivo (device driver) utilizando llamadas al sistema de Entrada/Salida. Se puede acceder a dispositi- vos que existen físicamente, por ejemplo particiones de un disco (como puede ser /dev/sdal), una impresora (como puede ser /dev/lp0) o un terminal (/dev/ tty1). Y también se puede acceder a pseudo-dispositivos que no existen física- mente pero que sirven para proporcionar una determinada funcionalidad. Por ejemplo, el dispositivo nulo /dev/null que acepta y descarta todo aquello que se le envía, o el dispositivo /dev/zero, que genera ceros. A menudo existe el pseudo-sistema de ficheros procfs, que permite obtener información, y en algunos casos manipular, sobre los procesos del sistema. Mediante los subdirectorios y ficheros que se encuentran a partir de /proc el usuario puede acceder a mucha información sobre los procesos que se están ## Página 32 <!-- source-page: 32 --> GNUFDL • PID_00169385 32 El sistema de ficheros ejecutando en la máquina. Hay que advertir que todos estos directorios y fi- cheros no se almacenan en ningún disco, sino que se trata de información que proporciona el sistema operativo en el momento en el que se solicita. Otro caso de interés es el sysfs, que permite configurar distintos aspectos del sistema, principalmente en lo referente a drivers y dispositivos mediante los directorios que aparecen a partir de /sys. En este caso tampoco se guarda nada en el disco, sino que todo está almacenado en la memoria. 5.2. Windows Existen distintos formatos para almacenar la información en un sistema Win- dows. El más habitual hoy día en los discos de los ordenadores que usan Win- dows es el formato NTFS. Sigue usándose bastante el formato FAT, pero sobre todo para memorias USB, ya que este formato puede ser utilizado en muchos dispositivos multimedia. El formato FAT es más simple que NTFS: permite ta- maños de ficheros más pequeños que NTFS y no incorpora demasiados meca- nismos de protección. Aunque algunas características son comunes a los dos formatos, en este apartado asumimos que trabajamos con NTFS. A diferencia de UNIX, en el caso de Windows el usuario no tiene la visión de un único sistema de ficheros. Existe un espacio de nombres lineal para indicar diferentes volúmenes, donde un volumen da acceso a un dispositivo concreto. Los nombres posibles se identifican con una letra mayúscula seguida del carácter ":". Por ejemplo A:, C:, etc. El usuario indica explícitamente el volumen en el que quiere trabajar. Figura 11 Los nombres posibles para los ficheros y directorios son similares al caso de UNIX. En Windows, sin embargo, los directorios se separan por el carácter "\". Por ejemplo C:\Windows\Documents and Settings. Es posible crear enlaces físicos (hard links) con el comando fsutil o la llamada CreateHardLink del API estándar de Windows. Se pueden crear enlaces simbó- licos (soft links) creando accesos directos (shortcuts) utilizando la opción que aparece en los menús contextuales. Los sistemas de protecciones de ficheros y directorios (carpetas) está basado en LCA. Se puede manipular desde el intérprete de comandos con el comando cacls o mediante la pestaña correspondiente a la configuración de seguridad ## Página 33 <!-- source-page: 33 --> GNUFDL • PID_00169385 33 El sistema de ficheros a partir de las propiedades de un fichero o directorio. El administrador puede también definir cuotas de disco con el fin de limitar el espacio de disco máxi- mo que un usuario puede llegar a ocupar. NTFS incorpora también compresión y cifrado de ficheros, que se pueden en- (14)Muchos sistemas de ficheros de contrar accediendo a las opciones avanzadas de las propiedades de los ficheros. Linux también soportan Journaling. Otros aspectos incluidos son el tratamiento de ficheros dispersos con el fin de reducir el espacio ocupado del disco cuando hay cadenas muy largas de ceros y la implementación de mecanismos de Journaling14 que mejoran la consistencia y recuperación del sistema de ficheros en caso de fallos o caídas del sistema, como cuando se produce una interrupción del suministro eléctrico. ## Página 34 <!-- source-page: 34 --> GNUFDL • PID_00169385 34 El sistema de ficheros Resumen En este módulo hemos estudiado el concepto de sistema￿de￿ficheros, median- te el que hemos visto que el SO ofrece a los usuarios los aspectos siguientes: • El concepto de fichero. • La gestión de los nombres de los ficheros. • El mecanismo de protección que los ficheros tienen asociado. Estos dos últimos puntos los hemos extendido a todos los objetos que son gestionados por el SO. Con respecto a los ficheros, hemos visto que el SO puede distinguir los distintos tipos de ficheros y que las operaciones de acceso que se pueden realizar no siempre son las mismas. Hemos visto que la misión básica de los espacios de nombres es implementar una función de traducción que permita utilizar nombres estructurados y pró- ximos a nuestras costumbres. Para conseguirlo, podemos utilizar básicamente dos esquemas: el espacio￿lineal y el espacio￿jerárquico. Éste último es el más utilizado en su variante de grafo dirigido. Finalmente, hemos analizado dos mecanismos￿de￿protección: las listas de control de accesos (LCA) y las capabilities. Hemos visto que los dos mecanismos presentan inconvenientes y que la mejor solución es combinarlos, utilizando la LCA para abrir un fichero y generando una capability asociada al canal (file descriptor) abierto para posteriores comprobaciones al realizar operaciones de lectura o escritura. Hemos visto también que mediante el sistema de ficheros a veces se puede acceder a ciertos dispositivos, a información sobre los procesos e incluso a configurar el sistema. Finalmente, hemos comentado algunos aspectos concretos de los sistemas de ficheros más habituales de los sistemas UNIX y Windows. ## Página 35 <!-- source-page: 35 --> GNUFDL • PID_00169385 35 El sistema de ficheros Actividades 1. Estudiad en el manual qué tipos de SF soporta LINUX. 2. Analizad y probad los comandos de UNIX que hemos presentado en este módulo. 3. Pensad qué llamadas al SO tenemos que utilizar y cómo debemos hacer los comandos analizados en la actividad anterior. 4. Como usuarios de Windows, analizad qué espacio de nombres y qué operaciones tenéis para acceder al sistema de ficheros. 5. Probad a crear un directorio y algún fichero dentro. Utilizando el comando chmod acti- vad y desactivad los bits de protección r, w y x del directorio para el propietario. Para cada combinación de valores intentad leer el directorio, ved el contenido de un fichero contenido en el directorio del que conocemos el nombre, cread nuevos ficheros, movedlos o borradlos, o cambiad el directorio de trabajo a aquel directorio. 6. En un sistema Linux consultad la información disponible sobre las LCA de POSIX en el manual en línea haciendo man acl. 7. En un sistema Windows y trabajando como administrador, definid un nuevo usuario a partir del Panel de Control y Cuentas de Usuario. Cambiad de usuario yendo al menú de Inicio y yendo a la parte de Cambio de Usuario. Por defecto el directorio de login propio de cada usuario está protegido de manera que el resto de los usuarios no pueden acceder a su cuenta. Si el administrador desactiva la Opción Use simple file sharing de las opciones de carpeta, entonces los usuarios pueden activar o desactivar los permisos de acceso a usuarios concretos mediante la pestaña correspondiente a la configuración de seguridad a partir de las propiedades de un fichero o directorio. Ejercicios de autoevaluación 1. ¿Cuáles son las características o propiedades principales de un fichero? Comentad cuáles pueden ser sus funciones. 2. Basándoos en lo que hemos visto en este módulo didáctico y en vuestra experiencia, decid qué tipo de espacio de nombres tienen los sistemas de ficheros de los SO siguientes: a) Windows. b) UNIX. 3. ¿Qué tipo de enlace representan los ficheros que tienen la característica "acceso directo" de Windows? Justificad la respuesta. 4. En MS-DOS los directorios, aparte de la función de traducción, contenían información con respecto a las características de los ficheros a los que hacen referencia, como el número de caracteres que contiene el fichero. ¿Qué inconvenientes podía tener este hecho? 5. ¿Qué tipo de espacio de nombres creéis que es el más adecuado para los tipos de objetos siguientes? a) Ficheros. b) Dispositivos físicos o lógicos. c) Dispositivos virtuales. d) Procesos. e) Usuarios. 6. ¿Cómo sería la matriz de accesos siguiente si... a) cada usuario sólo pudiera acceder a sus ficheros con todos los derechos (lectura, escritura y ejecución)? b) todos los usuarios pudieran acceder con todos los derechos a todos los ficheros? ## Página 36 <!-- source-page: 36 --> GNUFDL • PID_00169385 36 El sistema de ficheros Domi- Objetos nios Fichero￿A Fichero￿B Fichero￿C Fichero￿D Fichero￿E Fichero￿F Fichero￿G Fichero￿H Joan Propietario Propietario Maria     Propietario Propietario Josep         Propietario Propietario Marta             Propietario Propietario 7. ¿En los dos casos del ejercicio 6, es necesario tener un mecanismo de protección? Y en caso de que haga falta, ¿tiene sentido el derecho de propietario? Justificad la respuesta. 8. Decid entre qué momentos de una sesión de trabajo con un fichero se verifican los dere- chos de acceso si tenemos un sistema operativo con un sistema de protección basado en... a) LCA. b) listas de capabilities. Justificad las respuestas. 9. ¿Qué restricciones tiene el mecanismo de protección de UNIX basado en dominios de pro- tección y bits de permiso respecto a un mecanismo de LCA en el que cada usuario constituye en sí mismo un dominio? Justificad la respuesta. ## Página 37 <!-- source-page: 37 --> GNUFDL • PID_00169385 37 El sistema de ficheros Solucionario Ejercicios de autoevaluación 1. Un fichero tiene un conjunto de características o propiedades que hacen referencia a los aspectos siguientes: a) La información relativa al contenido del fichero y a su modificación: tamaño del fichero, fecha de creación, última fecha de acceso, última fecha de modificación, tipo de información, etc. Su función es básicamente estadística, a excepción del tamaño del fichero y del tipo de información. El sistema utiliza el tamaño del fichero para determinar cuándo debe dar la marca de final de fichero durante los accesos de lectura. El tipo de información que contiene el fichero puede condicionar las operaciones que se pueden realizar en él. b) La ubicación de esta información dentro del dispositivo de almacenamiento. Contiene información necesaria para que el sistema pueda localizar el fichero dentro del dispositivo de almacenamiento. c) La accesibilidad del fichero. Contiene información relacionada con el usuario propietario del fichero y las operaciones que se pueden hacer en él: escribir, leer, ejecutar, etc. Todas estas informaciones están relacionadas con el mecanismo de protección. 2.a) Windows tiene un espacio de nombres en forma de grafo dirigido donde se pueden formar ciclos porque un fichero puede tener más de un nombre gracias a los enlaces. El espacio es disjunto: cada dispositivo que contiene un sistema de ficheros tiene un espacio de nombres separado. b) UNIX tiene un espacio de nombres con características similares a las de Windows, con la diferencia de que en UNIX el espacio no es disjunto, sino que hay un único espacio que une todos los dispositivos activos que contienen un sistema de fichero. 3. Los ficheros de acceso directo de Windows presentan enlaces simbólicos. Estos enlaces hacen referencia a un fichero mediante otro nombre del espacio de nombres. Cuando se borra el fichero mediante un enlace físico, los accesos directos se mantienen, ya que no se pueden localizar fácilmente a partir del fichero borrado. Cuando se accede por el nombre de acceso directo, el sistema se da cuenta de que ya no existe el fichero y avisa de esta circunstancia. 4. El principal inconveniente de este hecho es que se mezcla el concepto de función de tra- ducción con la estructura del fichero. Eso provoca que el espacio de nombres pierda flexibi- lidad. Con un sistema de estas características no se puede asignar más de un nombre a un fichero, ya que en caso de hacerlo se duplica la información, con el riesgo o el coste de man- tenerla coherente. Por ejemplo, en MS-DOS se guardaba el número de caracteres en el direc- torio. Si tenemos dos nombres para el mismo fichero, tendremos dos copias de este número, y si éste se actualiza en función del nombre por el que se accede al fichero, nos podemos encontrar con informaciones incoherentes. 5. Todas las decisiones dependerán en gran medida del volumen de objetos que se quiere dirigir mediante los espacios de nombres y del tipo de usuario de estos objetos. a) Ficheros: tal como hemos visto en el módulo, el más adecuado es un espacio jerárquico en forma de grafo, que da la máxima flexibilidad a la hora de organizar los objetos. Los nombres deben estar formados por cadenas de caracteres a fin de que se puedan adaptar a nuestras necesidades, ya que, en general, los usuarios somos las personas y el volumen de ficheros que se quiere dirigir es importante. b) Dispositivos físicos o lógicos: en este caso puede ser suficiente un espacio con estructura en árbol o un espacio lineal, ya que las necesidades de organización de los objetos no son tan importantes como en el caso anterior porque el volumen de objetos es mucho más pequeño. Como los usuarios somos las personas, igual que en el caso anterior, sería conveniente que los nombres los formaran cadenas de caracteres. c) Dispositivos virtuales: el espacio más indicado es el espacio lineal con nombres sencillos, como números, a causa del hecho de que los usuarios de este tipo de dispositivos son los procesos; además, los dispositivos virtuales que son visibles desde un proceso no necesitan ser visibles desde los otros. Se trata de un conjunto de objetos reducido y con unas necesidades de organización muy bajas. d) Procesos: con un espacio lineal con nombres sencillos, como números, hay suficiente, ya que, como en el caso anterior, nos encontramos con un conjunto de objetos dirigidos casi exclusivamente por el SO o por los procesos. El número de objetos puede ser importante, pero no tienen necesidades de organización. ## Página 38 <!-- source-page: 38 --> GNUFDL • PID_00169385 38 El sistema de ficheros e) Usuarios: el más adecuado es un espacio lineal. Los nombres deberían estar formados por cadenas de caracteres en consideración a los usuarios humanos, ya que en este caso los usuarios son los objetos dominio y los usuarios de estos objetos dominio pueden ser las personas y el sistema. El número de objetos puede ser muy grande, pero la necesidad de organización es pequeña. Finalmente, se debe tener presente que, en todos los casos en los que se ha propuesto un es- pacio con nombres formados por cadenas de caracteres, es necesario disponer de un segundo espacio de nombres interno, generalmente lineal y con nombres basados en números, pró- ximos a las necesidades de gestión del SO. Los nombres de este espacio interno son aquéllos a los que hace referencia la función de traducción una vez traducido un nombre del espacio externo. 6.a) Si cada usuario sólo pudiera acceder a sus ficheros con todos los derechos (lectura, escri- tura y ejecución), la matriz de accesos sería la siguiente: Domi- Objetos nios Fichero￿A Fichero￿B Fichero￿C Fichero￿D Fichero￿E Fichero￿F Fichero￿G Fichero￿H Joan Propietario Propietario Lectura Lectura Escritura Escritura Ejecución Ejecución Maria     Propietario Propietario Lectura Lectura Escritura Escritura Ejecución Ejecución Josep         Propietario Propietario Lectura Lectura Escritura Escritura Ejecución Ejecución Marta             Propietario Propietario Lectura Lectura Escritura Escritura Ejecución Ejecución b) Si todos los usuarios pudieran acceder con todos los derechos a todos los ficheros, la matriz de accesos sería la siguiente: Domi- Objetos nios   Fichero￿A Fichero￿B Fichero￿C Fichero￿D Fichero￿E Fichero￿F Fichero￿G Fichero￿H Joan Propietario Propietario Lectura Lectura Lectura Lectura Lectura Lectura Lectura Lectura Escritura Escritura Escritura Escritura Escritura Escritura Escritura Escritura Ejecución Ejecución Ejecución Ejecución Ejecución Ejecución Ejecución Ejecución Maria Lectura Lectura Propietario Propietario Lectura Lectura Lectura Lectura Escritura Escritura Lectura Lectura Escritura Escritura Escritura Escritura Ejecución Ejecución Escritura Escritura Ejecución Ejecución Ejecución Ejecución Ejecución Ejecución Josep Lectura Lectura Lectura Lectura Propietario Propietario Lectura Lectura Escritura Escritura Escritura Escritura Lectura Lectura Escritura Escritura Ejecución Ejecución Ejecución Ejecución Escritura Escritura Ejecución Ejecución Ejecución Ejecución ## Página 39 <!-- source-page: 39 --> GNUFDL • PID_00169385 39 El sistema de ficheros Domi- Objetos nios   Fichero￿A Fichero￿B Fichero￿C Fichero￿D Fichero￿E Fichero￿F Fichero￿G Fichero￿H Marta Lectura Lectura Lectura Lectura Lectura Lectura Propietario Propietario Escritura Escritura Escritura Escritura Escritura Escritura Lectura Lectura Ejecución Ejecución Ejecución Ejecución Ejecución Ejecución Escritura Escritura Ejecución Ejecución 7.a) En el caso de que cada usuario sólo pueda acceder a sus ficheros con todos los derechos (lectura, escritura y ejecución), efectivamente hace falta un mecanismo de protección. Sería tan restrictivo como fuera posible: no hay ninguna posibilidad de compartir ficheros entre usuarios. Por lo tanto, el derecho de propietario está implícito en la estructura del mecanismo propuesto, y, por consiguiente, su existencia explícita no es importante. b) En el caso de que todos los usuarios puedan acceder con todos los derechos a todos los ficheros, no hay ningún mecanismo de protección, ya que todos los usuarios pueden hacer lo que quieren sobre cualquier fichero. Así, como no es necesario ningún mecanismo de protección, tampoco se necesita el derecho de propietario. 8.a) En el caso de LCA, la verificación de derechos se realiza en cada acceso al dispositivo, ya que la información de protección se encuentra físicamente en el dispositivo. Esto quiere decir que, en un SO con un mecanismo de protección basado exclusivamente en LCA, todos los accesos al fichero de una sesión de trabajo deben ser verificados. b) En el caso de las listas de capabilities, la verificación de derechos está asociada al proceso que quiere efectuar los accesos. Esta verificación se lleva a cabo de acuerdo con la existencia o no de la capability asociada al objeto. Así pues, en un SO basado exclusivamente en capabilities, en una sesión de trabajo sólo se debe verificar el derecho de acceso en la operación de abrir, que es la encargada de verificar la existencia de la capability. De todos modos, se puede generar una nueva capability y asociarla al canal para que se pueda comprobar rápidamente si se tiene derecho a leer o escribir sobre el canal cuando se intenta hacer la operación en cuestión. 9. En un mecanismo como el de UNIX los dominios que recogen las LCA se han restringido en los tres siguientes: propietario, grupo del propietario y el resto de usuarios. Esta simplificación de todos los dominios posibles permite a UNIX efectuar una gestión de las protecciones más eficiente respecto al espacio y al tiempo de gestión. No obstante, esta simplificación restringe la flexibilidad a la hora de especificar los derechos individuales de cada usuario. Por ejemplo, con UNIX no es posible distinguir entre los usuarios que pertenecen al grupo del propietario y, por lo tanto, no se les puede dotar de derechos distintos. Sucede lo mismo con los usuarios que pertenecen al dominio "el resto de usuarios". De todas maneras, esta restricción se puede suavizar con una buena política de definición de grupos de usuarios, ya que un usuario de UNIX puede estar autorizado, dentro de un conjunto predeterminado, a cambiar de grupo de usuarios. ## Página 40 <!-- source-page: 40 --> GNUFDL • PID_00169385 40 El sistema de ficheros Glosario directorio  m  Ficheros donde se almacena la estructura de datos que da lugar a la función de traducción. directorio de trabajo  m  Directorio donde se encuentran los ficheros con los que un usuario está trabajando en un instante concreto. Cuando un usuario empieza la sesión de trabajo, el directorio de trabajo es el directorio inicial. directorio inicial  m  Directorio desde donde un usuario puede crear su estructura de di- rectorios y donde colocará los ficheros que él cree. dominio  m  Agentes activos del sistema que pueden actuar sobre un objeto. derecho  m  Acciones permitidas por parte de un dominio sobre un objeto. enlace físico (hard link)  m  Enlace que relaciona directamente un nombre del sistema de ficheros con el objeto al que hace referencia. O, lo que es lo mismo, relaciona directamente un nombre del sistema de ficheros con el nombre interno del SO del objeto al que hace referencia. enlace simbólico (symbolic link o soft link)  m  Enlace que no relaciona directamente un nombre del sistema de ficheros con un objeto, sino que lo hace indirectamente mediante un enlace a otro nombre del sistema de ficheros desde el que se puede localizar el objeto. Este tipo de enlaces se utilizan fundamentalmente para dar un nombre a un objeto que se encuentra en un dispositivo de almacenamiento distinto de aquél donde está el directorio que contiene el enlace simbólico. espacio de nombres  m  Espacio configurado por el conjunto de todos los nombres posibles de un objeto. espacio de nombres jerárquicos  m  Espacio formado por una jerarquía de directorios, con un directorio raíz del que cuelgan otros directorios o ficheros que configuran las hojas del árbol. Los espacios jerárquicos pueden tener forma de árbol o, más generalmente, de grafo dirigido. espacio de nombres lineales  m  Espacio de nombres, con una sola dimensión, donde todos los nombres están al mismo nivel, en un único directorio. En este tipo de espacio no se pueden hacer clasificaciones entre los distintos objetos. fichero  m  Dispositivo lógico formado por una agrupación lógica de información almace- nada en un dispositivo físico, como un disco, un lápiz USB o la memoria, y que puede ser manipulada como un todo. La información que incluye tiene en común un conjunto de propiedades que la caracterizan. función de traducción  f  Función unívoca que relaciona un nombre con un objeto. journaling  m  Técnica utilizada en sistemas de ficheros con el fin de evitar la corrupción del SF. Se basa en guardar información en un lugar determinado, sea interno o externo al SF, sobre todo un conjunto de cambios que se realizarán sobre el SF. Esta información se guarda antes de realizar los cambios. Eso permite que en el caso de que se produzca un fallo se pueda detectar el punto en el que se ha producido y se pueda recuperar la consistencia del SF. lista de capabilities  f  Lista de parejas (objeto, derechos) asociada a un dominio. Cada una de estas parejas se denomina capability. Las listas de capabilities son el resultado de partir la matriz de accesos en filas y eliminar, igual que en las listas de control de acceso, todas las celdas vacías. lista de control de accesos (LCA)  f  Lista de parejas (derechos, dominio) asociada a un objeto. Esta lista es el resultado de partir la matriz de accesos en columnas y eliminar todas las celdas vacías. matriz de accesos  f  Matriz formada por tantas filas como dominios (Di), y tantas colum- nas como objetos (Oj), donde cada celda Dij contiene los derechos de acceso del dominio Di sobre el objeto Oj. nombre absoluto  m  Nombre formado por la ruta que va desde la raíz, pasando por los distintos subdirectorios, hasta llegar al fichero. Así pues, el nombre absoluto está compuesto por una secuencia de cadenas de caracteres, o componentes del nombre, que están conteni- das en los subdirectorios que configuran la ruta. Los componentes están separados por un carácter delimitador. ## Página 41 <!-- source-page: 41 --> GNUFDL • PID_00169385 41 El sistema de ficheros nombre relativo  m  Nombres formados por el recorrido que va desde el directorio de trabajo hasta el fichero. Distintos ficheros pueden tener el mismo nombre relativo, siempre que éste se obtenga a partir de directorios de trabajo distintos. objeto  m  Elemento gestionado por el SO sobre el que se pueden llevar a cabo acciones en función de unos derechos. cerradura y clave  m  Mecanismo de protección basado en el uso de unas parejas de nú- meros llamadas cerradura y clave que han de coincidir con el fin de dar por válido un derecho. Si estos números no coinciden, el derecho queda invalidado. sistema de ficheros  m  Sistema encargado de gestionar el conjunto de ficheros contenidos en un mismo dispositivo de almacenamiento. ## Página 42 <!-- source-page: 42 --> GNUFDL • PID_00169385 42 El sistema de ficheros Bibliografía Bibliografía básica Silberschatz, A.; Galvin, P.; Gagne, G. (2008). Operating Systems Concepts (8.ª edición). John Wiley & Sons. Tanembaum, A. (2009). Modern Operating Systems. Prentice-Hall.
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# El sistema de ficheros

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El sistema de
ficheros



José Ramón Herrero Zaragoza
Teodor Jové Lagunas
Enric Morancho Llena


PID_00169385

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GNUFDL • PID_00169385                                                                                                                                                                                                             El sistema de ficheros



















































































































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 este documento.

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GNUFDL • PID_00169385                                                                                                                                                                                                             El sistema de ficheros

Índice






Introducción...............................................................................................                        5

Objetivos.......................................................................................................                   6

1.     Definición del sistema de ficheros................................................                                          7

2.     El concepto de fichero......................................................................                                8
       2.1.       Definición de fichero ..................................................................                         8
       2.2.       Las propiedades de los ficheros ..................................................                               8
       2.3.       Los tipos de ficheros ...................................................................                        8

3.     El espacio de nombres......................................................................                               10
       3.1.       La función de traducción ...........................................................                           10
       3.2.       La estructura de los espacios de nombres ...................................                                   12
       3.3.       Las operaciones sobre el espacio de nombres .............................                                      16
                  3.3.1.       Operaciones de manipulación del SF ............................                                   16
                  3.3.2.       Operaciones de manipulación de directorios ................                                       17
                  3.3.3.       Operaciones de manipulación del directorio de
                               trabajo ............................................................................              20

4.     La protección.......................................................................................                      21
       4.1.       La protección: concepto y objetivos ...........................................                                21
       4.2.       La matriz de accesos ...................................................................                       23
       4.3.       Las listas de control de accesos (access control lists) ....................                                   24
       4.4.       Las listas de capabilities (capacidades) .........................................                             25
       4.5.       Mejoras y modelos combinados .................................................                                 25

5.     Ejemplos de sistema de ficheros y protección............................                                                  27
       5.1.       UNIX ............................................................................................              27
                  5.1.1.       El sistema de ficheros en UNIX .....................................                              27
                  5.1.2.       El mecanismo de protección de UNIX ..........................                                     29
                  5.1.3.       Integración al sistema de ficheros de dispositivos e
                               información del sistema ................................................                          31
       5.2.       Windows ......................................................................................                 32

Resumen.......................................................................................................                   34

Actividades..................................................................................................                    35

Ejercicios de autoevaluación..................................................................                                   35

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GNUFDL • PID_00169385                                                                                                                                                                                                             El sistema de ficheros

Solucionario................................................................................................                                                            37

Glosario........................................................................................................                                                        40

Bibliografía.................................................................................................                                                           42

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GNUFDL • PID_00169385                                                                                   5                                                                                                          El sistema de ficheros

Introducción







Este módulo didáctico se centra en el estudio del sistema￿de￿ficheros (SF).
Con este objetivo realizamos los pasos siguientes:


1) En primer lugar, estudiaremos el concepto de fichero como dispositivo ló-
gico.


2) En segundo lugar, analizaremos el sistema￿de￿ficheros como gestor de ob-
jetos.


3) Finalmente, veremos el caso concreto del sistema￿de￿ficheros￿en￿UNIX,￿en
Mac￿OS￿y￿en￿Windows.


Los tres aspectos se estudian siempre desde la perspectiva de la asignatura, que
es el punto de vista del usuario del sistema operativo.

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GNUFDL • PID_00169385                                                                                   6                                                                                                          El sistema de ficheros

Objetivos







Los materiales didácticos de este módulo incluyen las herramientas necesarias
para alcanzar los objetivos siguientes:



1.  Conocer las funciones del sistema de ficheros.


2.  Conocer el concepto de fichero y saber qué características pueden tener
     los ficheros en función de sus propiedades y de sus tipologías.


3.  Entender la necesidad de facilitar el uso por parte de los usuarios. Por ello
     se utilizan funciones de traducción para acercar los objetos del sistema a
     las costumbres de los usuarios.


4.  Aprender los distintos tipos de espacios de nombres y sus ventajas e in-
     convenientes.


5.  Familiarizarse con las operaciones que ofrecen los sistemas operativos para
     gestionar los espacios de nombres.


6.  Entender los conceptos de seguridad y protección.


7.  Ser conscientes de la necesidad de ofrecer herramientas de protección que
     permitan llevar a cabo distintas políticas de protección en función de las
     necesidades de los usuarios.


8.  Aprender los distintos esquemas de protección y sus ventajas e inconve-
     nientes.

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GNUFDL • PID_00169385                                                                                   7                                                                                                          El sistema de ficheros

1.Definición del sistema de ficheros











                                                                                                           (1)Utilizamos la sigla SF como abre-
    El sistema￿de￿ficheros (SF1) es el encargado de gestionar el conjunto de                               viatura de sistema de ficheros.
    ficheros contenidos en un mismo dispositivo de almacenamiento. Esta
    gestión se concreta en los tres aspectos fundamentales que indicamos                                     Ved también

    a continuación:                                                                                            Podéis ver los dispositivos lógi-
                                                                                                               cos en el subapartado 4.2 del
    1) La definición de los dispositivos lógicos que configuran los ficheros.                                  módulo didáctico 4.


    2) El espacio de nombres, que nos servirá para poder localizar y dirigir
    los ficheros.

    3) El control de las acciones que se pueden efectuar sobre los ficheros.


Para ampliar esta definición, diremos que el SF es el encargado de proporcionar                            (2)Objetos gestionados por el sis-
un espacio de nombres y un control de acceso a todos los dispositivos. Desde                               tema, como ficheros, dispositivos,
                                                                                                           procesos, espacios lógicos, etc.
este punto de vista, se puede hablar tanto de ficheros como de dispositivos o,
desde una óptica todavía más general, de objetos gestionados por el sistema2
y visibles por los usuarios.


Es necesario darse cuenta de que cuando dividimos un disco a nivel lógico y lo
formateamos para poder guardar diferentes datos o sistemas operativos, lo que
hacemos es crear sistemas de ficheros independientes para cada partición. No
es el objetivo de este documento entrar a discutir los formatos y las estructu-
ras internas de los distintos tipos de sistemas de ficheros. No obstante, como
usuarios debemos ser conscientes de que existen distintos formatos y de que
en el momento en el que dividimos un disco y queremos instalar uno o varios
sistemas operativos, el administrador debe indicar el tipo de sistema de fiche-
ro que se quiere crear. Hay muchos tipos, que van evolucionando a lo largo
de los años para proporcionar nuevas funcionalidades o permitir tamaños y
sistemas de ficheros mayores. Como ejemplo, citaremos al menos uno de los
utilizados en los sistemas operativos más habituales: ext4 en Linux, NTFS en
Windows, o HFS+ en Mac Os.

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GNUFDL • PID_00169385                                                                                   8                                                                                                          El sistema de ficheros

2.El concepto de fichero








2.1.  Definición de fichero



    Un fichero es un dispositivo lógico formado por una agrupación lógica
    de información almacenada en un dispositivo físico, como un disco, un
    lápiz USB, o en la memoria, que puede ser manipulada como un todo. La
    información que incluye tiene en común un conjunto de propiedades
    que la caracterizan.



2.2.  Las propiedades de los ficheros


Un fichero tiene un conjunto de características o propiedades relacionadas
con los aspectos siguientes:


1) La información relativa al contenido del fichero y a su modificación: tama-
ño, fecha de creación, última fecha de acceso, última fecha de modificación,
tipo de información, etc.


2) La ubicación de esta información dentro del dispositivo de almacenamien-
to. Este aspecto se refiere a la información necesaria para que el sistema pueda
localizar el fichero dentro del dispositivo de almacenamiento. En la dinámica
general de uso de los ficheros, los usuarios del sistema no necesitan conocer
esta información.


3) La accesibilidad del fichero. Este aspecto hace referencia a la información                              Ved también
relacionada con quién es el usuario propietario del fichero y con las operacio-
nes que los diferentes usuarios pueden hacer: escribir, leer, ejecutar, etc. Todas                            Podéis ver el concepto de pro-
                                                                                                              tección en el apartado 4 de es-
estas informaciones están relacionadas con el concepto de protección.                                         te módulo didáctico.


2.3.  Los tipos de ficheros


El SO puede reconocer diferentes tipos de ficheros según la estructura de la in-
formación que contienen, su finalidad, las operaciones de acceso que permi-
ten, etc. En este módulo didáctico nos centraremos sólo en estas tres primeras
características, que están fuertemente interrelacionadas.

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GNUFDL • PID_00169385                                                                                   9                                                                                                          El sistema de ficheros

Así pues, en un SO podemos encontrar ficheros que contienen caracteres o                                        Ved también
información en formato binario, gráfico, etc. Podemos encontrar ficheros eje-
cutables, bibliotecas, fuentes, directorios, documentos, hojas de cálculo, bases                                  Podéis ver las operaciones que
                                                                                                                  pueden tener lugar sobre los
de datos, etc. La información contenida en los ficheros siempre tiene una es-                                     dispositivos en el subapartado
                                                                                                                  5.2 del módulo didáctico 4.
tructura y una finalidad. Estas dos características condicionan la manera de
acceder a los ficheros y el tipo de funciones que se pueden llevar a cabo en
éstos. En general, sobre los ficheros se pueden hacer el mismo conjunto de
operaciones que se pueden llevar a cabo sobre cualquier dispositivo. No obs-
tante, en función de la estructura y la finalidad de esta información, el sistema
operativo puede ampliar o restringir el conjunto de operaciones posibles.


Un caso de ampliación de operaciones es, por ejemplo, el que se produce con
los ficheros￿ejecutables. Un fichero ejecutable, tal como hemos visto, contie-
ne un tipo de información con una estructura muy determinada que permite
al SO cargarla en la memoria como código de un proceso. Así pues, el sistema
permite efectuar una acción especial sobre este fichero: la ejecución. Esta ac-
ción, tal como la acabamos de definir, no tiene sentido sobre ficheros que no
sean ejecutables; sin embargo, algunos sistemas pueden redefinir la acción de
ejecutar si asocian en la estructura de un fichero una aplicación que pueda
interpretarla y/o manipularla.


    Ejemplos de redefinición de la acción de ejecutar                                                          (3)El shell que debe usarse para in-
    A continuación presentamos un par de ejemplos en los que podéis ver la redefinición                        terpretar el fichero se indica en el
    de la acción de ejecutar:                                                                                  sistema UNIX en la primera línea
                                                                                                               del fichero, siguiendo el patrón #!
                                                                                                               nombre_shell. Por ejemplo, #!/bin/
    a) Un ejemplo es el caso en el que al hacer clic sobre el icono de un fichero en una                       bash.
    interfaz gráfica, se inicia automáticamente la aplicación asociada capaz de entender la
    información que contiene el fichero.
                                                                                                                Ved también
    b) Otro ejemplo es el caso de los ficheros que incluyen shell-scripts. En el sistema UNIX,
    cuando se lleva a cabo la acción de ejecutar un shell-script, el sistema lo detecta y ejecuta el              Podéis ver el shell en el
    shell3 que es capaz de interpretar la información del fichero que configura los comandos.                     subapartado 7.1.3 del módulo
                                                                                                                  didáctico 4.


Otro caso muy diferente son los ficheros￿directorios, los que tienen una es-                                    Ved también
tructura que consiste en una lista de parejas de nombres y números. Su fina-
lidad es dar nombre a los ficheros y permitir su localización. En este caso,                                      Podéis ver los ficheros directo-
                                                                                                                  rios en el apartado 3 de este
el sistema sólo nos deja acceder a los directorios mediante un conjunto muy                                       módulo didáctico.

concreto de operaciones con el fin de proteger la gestión que realiza sobre los
ficheros en general.

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GNUFDL • PID_00169385                                                                                  10                                                                                                        El sistema de ficheros

3.El espacio de nombres







Tal como hemos visto en la introducción, una de las funciones￿propias￿del￿SF
es proporcionar￿un￿espacio￿de￿nombres que permita localizar y manipular
los ficheros. Esta visión es extensible a todos los objetos que el sistema gestiona
y que deben ser identificados en algún momento por parte de los usuarios. Así
pues, de ahora en adelante, en este apartado utilizaremos de manera indistinta
los términos fichero, dispositivo u objeto.


3.1.  La función de traducción



                                                                                                             (4)Algunos de los objetos que ges-
En un sistema se gestionan multitud de objetos4. Para poder gestionarlos todos
es necesario cumplir los requisitos siguientes:                                                              tionan los sistemas son los ficheros,
                                                                                                             los dispositivos, los procesos y los
                                                                                                             espacios lógicos.

•    Conocer los objetos que hay y sus características.
•    Poder acceder a ellos para interactuar con ellos.
•    Poder crearlos y destruirlos.


Para conseguir efectuar estas operaciones, es necesario que los objetos tengan
nombre, con el fin de que el sistema y los usuarios los puedan identificar. Den-
tro del sistema, se identifica cada uno de los objetos mediante lo que podría-
mos denominar nombres￿internos, que consisten en direcciones de memoria,
índices de tablas o números en general.


Además de los ficheros tenemos, por ejemplo, dispositivos con los que los                                      Recordar
usuarios debemos interactuar directamente. Entonces el sistema ha de propor-
cionar nombres próximos a nuestros hábitos. Nos es mucho más fácil recordar                                     En el caso del sistema opera-
                                                                                                                tivo UNIX, el nombre interno
que el dispositivo con el nombre impresora es la impresora, que recordar un                                     está compuesto por la unión
                                                                                                                de los números llamados major
número de varias cifras.                                                                                        y minor. Afortunadamente, los
                                                                                                                usuarios no tenemos por qué
                                                                                                                saber cuáles son.
El SF es el encargado de proporcionar y gestionar un espacio de nombres que
nos permita alcanzar este objetivo.

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GNUFDL • PID_00169385                                                                                  11                                                                                                        El sistema de ficheros


    Una de las funciones del SF es facilitar￿una￿función￿de￿traducción
    entre unos nombres a los que estamos acostumbrados los humanos y
    los nombres internos del sistema o, lo que es lo mismo, los objetos tal
    como los conoce el sistema.

                                      F: nombre→ objeto.

    El conjunto de todos los nombres posibles configura lo que denomina-
    dos espacio￿de￿nombres. La función de traducción debe ser unívoca:
    un nombre sólo puede hacer referencia a un, y sólo un, objeto.



El SO implementa la función de traducción de los nombres mediante estruc-                                  (5)El nombre puede ser el de un fi-
turas de datos que llamamos directorios, los que, a su vez, son implementa-                                chero, un directorio o, en general,
                                                                                                           de un dispositivo lógico accesible
dos mediante ficheros en los que el sistema almacena la estructura de datos                                mediante el sistema de ficheros.
que da lugar a la función de traducción. Esta estructura de datos consiste en
una tabla que relaciona los nombres que contiene el directorio con los nom-
bres internos del SO (podéis ver la figura 1): cada entrada de la tabla asocia un
nombre5 con la estructura de datos interna que representa en el objeto. Así,
un directorio se puede ver como una agrupación de nombres de objetos. Dado
que los SF pueden estar contenidos en dispositivos extraíbles, cada SF ha de
contener toda la información que configura su espacio de nombres.





































Figura 1

Un sistema operativo puede ofrecer una visión de un único espacio de nom-
bres para todos los objetos y SF, o de un espacio de nombres separado e inde-
pendiente de los otros para cada tipo de objeto o SF.

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GNUFDL • PID_00169385                                                                                  12                                                                                                        El sistema de ficheros

    Espacio de nombres en UNIX, Mac Os y Windows                                                                 (6)Veremos operaciones para mon-
    Los nombres posibles para los ficheros y directorios son similares en los tres sistemas. En                  tar y desmontar sistemas de fiche-
    cambio, en UNIX y Mac Os los ficheros y los dispositivos se llaman mediante un mismo                         ros en el subapartado 3.3.

    espacio, que es gestionado por el SF. Es decir, distintos sistemas de ficheros se pueden
    montar6 a partir de un punto determinado de un SF ya existente, de modo que el usuario                       (7)A menudo se llaman volúmenes
    tiene la visión de un único espacio de nombres, organizado a partir de un directorio que                     (volumen A:, volumen C:, etc.).
    se llama raíz y se representa con el carácter '/'. De hecho, el sistema operativo Mac Os
    implementa un subsistema compatible con UNIX, con el que no encontraremos muchas
    diferencias con respecto a UNIX como usuarios del sistema de ficheros. El caso de Win-
    dows es distinto, ya que dispositivos y ficheros tienen espacios separados:

    •    Los dispositivos tienen unos nombres prefijados, como A:, B:, etc. para los discos, y
         CON:, LPT1:, etc. para el resto de dispositivos.
    •    En cambio, los ficheros se llaman con el nombre del volumen7 que los contiene se-
         guido del nombre del fichero, por ejemplo C:\AUTOEXEC.BAT.

3.2.  La estructura de los espacios de nombres


Este subapartado se centra en los distintos tipos de espacios de nombres que
puede tener el SF. Podemos clasificar los espacios de nombres en espacios li-
neales y jerárquicos, que, al mismo tiempo, pueden estar distribuidos en for-
ma de árbol o en forma de grafo dirigido.


1)￿El￿espacio￿lineal



    El espacio lineal es el espacio de nombres más sencillo: tiene una sola
    dimensión donde todos los nombres están al mismo nivel, contenidos
    en un único directorio. Dicho de otra manera, no se pueden hacer cla-
    sificaciones de los distintos objetos.



    Espacios lineales en UNIX y en DOS

    Encontramos ejemplos de espacios lineales en los nombres de los volúmenes en Windows
    (A:, B: ... Z:) o en los identificadores de los procesos o PID (process identifier o process
    identification number) que son números enteros. Este número es gestionado por el sistema
    operativo pero se puede conocer y utilizar fácilmente por los usuarios en sistemas UNIX
    para hacer tareas de gestión de los procesos que le pertenecen.

















Figura 2

Los espacios lineales resultan buenos para referenciar objetos internos del sis-
tema o para espacios con un número de objetos pequeños.


Así pues, en un sistema monousuario en el que haya pocos ficheros y todos
tengan que ser visibles para un único usuario, pueden ser un buen medio de
organización. Ahora bien, cuando el número de ficheros crece, los nombres
que utilizamos deben ser cada vez más complejos para poder distinguir los

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GNUFDL • PID_00169385                                                                                  13                                                                                                        El sistema de ficheros

distintos ficheros. Cada vez es más difícil poder recordar qué nombre tenía
un fichero concreto. También resulta inadecuado cuando tenemos distintos
usuarios. Teniendo en cuenta estas situaciones, el objetivo de proporcionar
unos nombres próximos a las costumbres y los hábitos de los humanos es
imposible si usamos un espacio lineal de nombres. Por lo tanto, hace muchos
años que no se utiliza esta organización lineal para el almacenamiento de los
ficheros.


En resumen, con respecto a los espacios￿lineales, podemos decir que son:


•  Adecuados para espacios con pocos objetos, ya que se trata de una estruc-
     tura que permite tener una buena visión de conjunto y conseguir una lo-
     calización rápida de cualquier objeto.


•  Inadecuados cuando el número de objetos empieza a ser elevado, ya que el
     significado que para los humanos pueden tener los nombres puede llegar
     a quedar desvirtuado.


2)￿Espacio￿jerárquico



    Como usuarios nos gustaría poder agrupar los ficheros por tipo, traba-
    jos o cualquier criterio que nos ayude a organizar el SF. De esta manera
    sería mucho más fácil localizar los ficheros. El modo de conseguir este
    objetivo es dotar a los nombres del sistema de ficheros de una estruc-
    tura jerárquica. Para conseguir￿un￿espacio￿jerárquico, tratamos los di-
    rectorios como objetos con un nombre y, así, pueden formar parte de
    los objetos que agrupan otros directorios.



Con esta idea podemos organizar los espacios jerárquicos de las dos maneras
siguientes:


a)￿Estructura￿de￿árbol. Es la estructura jerárquica más sencilla en la que pode-
mos organizar los ficheros. Un espacio jerárquico en forma de árbol está for-
mado por una jerarquía de directorios con un directorio￿raíz del que cuelgan
otros directorios y/o ficheros, los que configuran las hojas￿del￿árbol.

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GNUFDL • PID_00169385                                                                                  14                                                                                                        El sistema de ficheros
























 ejercicioB.txt        ejercicioA.txt           ejercicio1.txt        ejercicio2.txt















Figura 3

Llamamos nombre￿absoluto al nombre que está formado por la ruta que va                                        (8)En UNIX y en Mac Os el carácter
desde la raíz, pasando por los diferentes subdirectorios, hasta llegar al fichero.                            delimitador es "/". En Windows, en
                                                                                                              cambio, el carácter delimitador es
Así pues, el nombre absoluto está compuesto por una secuencia de cadenas de                                   "\".
caracteres, o componentes del nombre, contenidas en los subdirectorios que
configuran la ruta de acceso al fichero. Los componentes se separan por un
carácter delimitador8.


Para facilitar la manipulación de los ficheros en las estructuras jerárquicas se
define:


•    El directorio￿inicial, que es el directorio desde donde un usuario puede
     crear su estructura de directorios y donde colocará los ficheros que cree.


•    El directorio￿de￿trabajo, que es el directorio en el que se encuentran los
     ficheros con los que está trabajando en un instante concreto. Cuando un
     usuario empieza la sesión de trabajo, el directorio de trabajo es el directorio
     inicial.

Asociado al concepto de directorio de trabajo está el concepto de nombres                                     (9)Con lo que los nombres absolu-
relativos, que son los nombres formados por el recorrido que va desde el di-                                  tos no son iguales.

rectorio de trabajo hasta el fichero. Distintos ficheros pueden tener el mismo
nombre relativo, siempre que éste se obtenga a partir de directorios de trabajo
diferentes9.


Como ya hemos dicho, una estructura en árbol soluciona los problemas orga-
nizativos que plantea la estructura lineal. No obstante, tiene los dos inconve-
nientes siguientes:

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GNUFDL • PID_00169385                                                                                  15                                                                                                        El sistema de ficheros

•    No permite compartir de una manera sencilla ficheros entre diferentes
     usuarios.
•    No permite moverse por el árbol de directorios en sentido ascendente,
     cambiando el directorio de trabajo.


b)￿Estructura￿de￿grafo￿dirigido. Para solucionar los problemas que plantea
la estructura en árbol, definimos el espacio de nombres con una estructura de
grafo dirigido como la que se representa en la figura 4.
















































Figura 4

Con la estructura de la figura 4, un fichero puede ser dirigido al mismo                                     Ved también
tiempo con los nombres absolutos /home/joan/ejercicio1.txt y /home/ma-
ria/ejercicioA.txt. De esta manera puede ser compartido fácilmente por más                                     En el subapartado 3.3.2.b in-
                                                                                                               troduciremos la operación que
de un usuario.                                                                                                 permite crear nombres, que
                                                                                                               nos servirá para este propósito.

En una estructura en grafo dirigido, se puede acceder a un mismo objeto me-
diante más de un nombre y, por lo tanto, también se puede acceder desde di-
rectorios de trabajo distintos.


Con esta estructura, el sistema genera de manera automática nombres adicio-
nales para cada directorio del SF. Por ejemplo, en UNIX y en DOS, en cada
directorio, figuran dos nombres especiales: el "." y el "..".


•    El nombre "." hace referencia al directorio que lo contiene. Se utiliza para
     referenciar el directorio de trabajo sin necesidad de conocer el nombre
     absoluto.


•    El nombre ".." es el nombre del directorio "padre" del directorio que lo
     contiene. Se utiliza para referenciar, mediante nombres relativos, objetos

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GNUFDL • PID_00169385                                                                                  16                                                                                                        El sistema de ficheros

     que tienen como parte de su nombre subdirectorios que se encuentran por
     encima del directorio de trabajo.


En general, los directorios "." y ".." permiten referenciar objetos mediante nom-                           Ejemplo de dirección
bres relativos sin tener que conocer el directorio de trabajo actual.
                                                                                                             En el caso de la figura 4, si el
                                                                                                             directorio de trabajo es /ho-
El principal inconveniente de los espacios con estructura de grafo dirigido es,                              me/maria, se puede acceder
                                                                                                             al fichero con nombre absolu-
como veremos inmediatamente, su gestión.                                                                     to /home/joan/ejercicio2.txt
                                                                                                             con el nombre relativo ../joan/
                                                                                                             ejercicio2.txt.
3.3.  Las operaciones sobre el espacio de nombres


Una vez visto lo que es un espacio de nombres, pasamos a las operaciones que
podemos realizar en él. El sistema ofrece tres tipos de operaciones: operaciones
para manipular el SF como un todo, operaciones para gestionar los contenidos
de los directorios y, finalmente, operaciones para manipular el directorio de
trabajo. A continuación, trataremos cada uno de estos tipos de operaciones.


3.3.1.  Operaciones de manipulación del SF
















Figura 5

a)￿Operación￿crear_SF. Como ya hemos visto, un SF está incluido dentro de
un dispositivo de almacenamiento y organiza la información de este disposi-
tivo en ficheros. Para que eso sea posible, se debe dotar al dispositivo de un
conjunto de estructuras de datos que permitan definir los ficheros, localizarlos
mediante un espacio de nombres, crear nuevos, gestionar el espacio libre, etc.
La operación crear_SF es la encargada de generar todas estas estructuras que
se guardarán dentro del mismo dispositivo de almacenamiento. Este hecho
permitirá, en caso de que se utilice un dispositivo extraíble, transportar el SF
de un sistema a otro sin que haya pérdida de información.

b)￿Operación￿montar_SF. Algunos SO deben ser informados antes de acceder                                  (10)Los tipos de acceso permitidos
a un nuevo SF, tanto si es porque se acaba de introducir un volumen nuevo                                 son de lectura y de escritura.

que contiene un SF en un dispositivo extraíble, como si es porque se ha creado
un SF nuevo en un dispositivo ya existente, etc. El sistema necesita inicializar
una serie de estructuras de datos internos para optimizar los accesos al SF, para
reconocer de qué tipo de SF se trata, para restringir el tipo de acceso10 sobre el
SF o para dar, como en UNIX, una visión de un único espacio de nombres, etc.
Todas estas acciones las lleva a cabo la operación montar_SF. Cabe señalar que
esta operación no modifica el SF. Sólo cambia información del SO a la memoria
con el fin de acceder de manera automática al punto (directorio) de montaje.

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GNUFDL • PID_00169385                                                                                  17                                                                                                        El sistema de ficheros

c)￿Operación￿desmontar_SF. De manera análoga al caso anterior, antes de re-
tirar el volumen de un dispositivo extraíble en el que se está accediendo como
SF, se debe efectuar la operación desmontar_SF con el fin de que se liberen las
estructuras de datos que se han reservado en la operación de montaje y se ac-
tualice el contenido del SF. Es importante que se haga correctamente porque
si, por ejemplo, extraemos un lápiz USB sin desmontarlo correctamente, po-
demos perder los cambios realizados. Eso sucede porque el sistema operativo
puede anotar en la memoria los cambios que se deben realizar, retrasando la
escritura en el disco para momentos posteriores, con el fin de aumentar el ren-
dimiento, debido a que el acceso a la memoria es normalmente mucho más
rápido que el acceso al disco. Si se extrae el dispositivo sin haberse materiali-
zado los cambios en el dispositivo, éstos se pierden. Lo mismo puede suceder
si un ordenador se queda de repente sin alimentación eléctrica.


d)￿Operación￿verificar_SF. Finalmente, el sistema nos proporciona herra-
mientas para verificar las estructuras de datos que configuran un SF y que están
contenidas en el dispositivo mediante la operación verificar_SF. Normalmente
estas herramientas no forman parte del núcleo del SO, sino que son aplicacio-
nes y utilidades que se ejecutan sobre el SO.



    Así pues, las operaciones de manipulación del SF pueden tener la forma
    siguiente:

    •    Estado = crear_SF (nombre, tipos, etc.).
    •    Estado = montar_SF (dispositivo, tipo, modo L/E, directorio, etc.).
    •    Estado = desmontar_SF (dispositivo).
    •    Verificar_SF no es una llamada al sistema, sino una utilidad.



3.3.2.  Operaciones de manipulación de directorios


Las operaciones de manipulación de directorios nos permiten acceder a la ta-
bla que implementa la función de traducción, que se encuentra almacenada
dentro del fichero que configura el directorio.



                                                                                                           Ved también

                                                                                                            Podéis ver la función de tra-
                                                                                                            ducción en el subapartado 3.1
                                                                                                            de este módulo didáctico.




Figura 6

a)￿Operación￿localizar_objeto. Consiste en, dado un nombre (relativo o abso-
luto), localizar el objeto al que hace referencia. Según el sistema, puede existir
una llamada que efectúe directamente esta operación, o puede ser necesario
realizar una búsqueda a partir de una llamada que devuelva una por una las
entradas de directorio. La localización de un objeto mediante su nombre es un

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GNUFDL • PID_00169385                                                                                  18                                                                                                        El sistema de ficheros

procedimiento que forma parte de multitud de llamadas. En general, cualquier
llamada al sistema que haga referencia a uno de los objetos contenidos en el
SF debe utilizar este procedimiento.


b)￿Operación￿modificar_nombre. Consiste en localizar la entrada del directo-
rio que contiene el nombre que se debe modificar y, una vez verificado que el
nombre nuevo es único (no existe previamente), cambiarlo por el nuevo.


c)￿Operación￿crear_nombre. Es la encargada de crear un nombre nuevo para
un objeto concreto. Esta acción se puede separar en diferentes operaciones
en función de si el objeto ya existe y, por lo tanto, se pretende sencillamente
crear un nombre nuevo, o si el objeto no existe y, por lo tanto, la creación del
nombre se efectúa en el mismo instante de la creación del objeto:


•    La creación￿de￿nombres￿sobre￿objetos￿ya￿existentes, que se puede ver                                 Nota
     como el establecimiento de un enlace entre el nombre y el objeto al que
     hace referencia. Desde esta óptica, la creación de un nombre nuevo con-                                Un hard link sólo puede apun-
                                                                                                            tar a un objeto del mismo SF.
     siste simplemente en añadir una línea de información a la tabla del direc-                             En cambio, un soft link puede
                                                                                                            apuntar a un objeto de otro
     torio. Antes, sin embargo, se debe localizar el objeto al que se quiere dar                            SF.
     un nombre nuevo y se debe comprobar que el nombre sea único. Este tipo
     de nombre se denomina enlace￿físico (hard link), en contraposición a los
     llamados enlaces simbólicos.
     Un enlace￿simbólico (symbolic link o soft link) es un enlace que no rela-
     ciona directamente un nombre con un objeto, sino que lo hace indirec-
     tamente mediante un enlace a otro fichero que contiene el nombre del
     objeto, como se ve en la figura 5 (que podéis ver en la página siguiente).
     Este tipo de nombres se utiliza fundamentalmente para dar un nombre a
     un objeto que se encuentra en un SF distinto de donde está el directorio
     que contiene el enlace simbólico. La existencia de los enlaces simbólicos
     provoca que la operación localizar_objeto deba saber de qué tipo es cada
     enlace, y actuar en consecuencia.

•    La creación￿de￿nombres￿junto￿con￿los￿objetos￿a￿los￿que￿hacen￿referen-                               (11)Un directorio es un fichero con
     cia, que añade la problemática propia de la creación de los objetos en con-                         un formato especial que permite
                                                                                                         almacenar la tabla de traducción
     creto. Se pueden crear ficheros, directorios o dispositivos de distintos ti-                        del directorio.
     pos. Nosotros nos centraremos en la operación de crear un subdirectorio.
     En este caso, el sistema ha de proporcionar una operación que, dado el
     nombre del directorio que se quiere crear y el del directorio desde donde
     debe colgar, cree el fichero11 que debe contener el directorio nuevo, su ta-
     bla de traducción y los enlaces "." y "..".

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GNUFDL • PID_00169385                                                                                  19                                                                                                        El sistema de ficheros
































Figura 7

d)￿Operación￿destruir_nombre. Consiste en localizar el directorio que con-
tiene el último componente del nombre que se quiere destruir y borrar la en-
trada de la tabla de traducción que lo contiene. Además, si el fichero al que
hacía referencia este nombre ya no tiene ningún nombre más asociado, el SO
lo destruirá y liberará los recursos que ocupa. Al comprobar si el fichero tiene
otro nombre, encontramos las dos situaciones siguientes:


•    Detectar si un fichero no tiene ningún nombre más es sencillo si nos refe-
     rimos a los enlaces físicos, ya que los enlaces físicos existentes están con-
     tabilizados en las características del fichero y están incluidos en el dispo-
     sitivo de almacenamiento que contiene el SF.


•    Por contra, la detección de enlaces simbólicos no es trivial, dado que los
     enlaces simbólicos del fichero que se quiere destruir no tienen por qué
     estar en el mismo dispositivo, y éste no ha de estar necesariamente mon-
     tado en el sistema. Por lo tanto, puede resultar imposible detectarlos, y el
     sistema ignora su existencia durante la operación de destruir.


Como resultado de esto, puede ser que aparezcan enlaces simbólicos que no
señalen ningún fichero existente o, todavía peor, que apunten a un fichero de
destino distinto al que querían apuntar, pero que ha reutilizado el nombre del
fichero destruido. Esto último, sin embargo, puede tener su utilidad práctica
porque permite la instalación de nuevas versiones de los ficheros destino de
manera transparente al usuario.


En el caso de que se quiera destruir un directorio, es necesario que éste esté
vacío. Se considera vacío si sólo tiene las entradas correspondientes al propio
directorio "." y al superior ".." dentro del que se encuentra.


e)￿Operación￿ver_nombres. Permite consultar el contenido de un directorio y
también ver el tipo y las propiedades de los objetos a los que hace referencia.

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    Así pues, las operaciones de manipulación de directorios pueden quedar
    de la manera siguiente:

    •    Estado = localizar_objeto (nombre, información_interna).
    •    Estado = modificar_nombre (nombre_nuevo, nombre_viejo).
    •    Estado = crear_nombre (directorio, nombre_nuevo, simbólico_físico, ob-
         jeto).
    •    Estado = destruir_nombre (nombre).
    •    Valores = ver_nombres (directorio).



3.3.3.  Operaciones de manipulación del directorio de trabajo


















Figura 8

Hay   dos   operaciones   de   manipulación   del   directorio   de   trabajo:
cambio_de_directorio y directorio_actual. La primera sirve para cambiar el direc-
torio de trabajo. La segunda nos indica en qué directorio estamos trabajando
en un instante determinado.



    Los parámetros que podrían tener las operaciones de manipulación del
    directorio de trabajo son los siguientes:

    •    Estado = cambio_de_directorio (nuevo_directorio).
    •    Directorio_actual = directorio_actual ().

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4.La protección







Igual que en el apartado anterior, enfocaremos el tema de la protección desde
el punto de vista del acceso a los ficheros, aunque los conceptos y las técnicas
que estudiaremos se pueden extender fácilmente al caso general de todos los
objetos gestionados por el SO.


Como ya sabemos, un SO gestiona un conjunto de recursos y objetos sobre los
que se pueden efectuar acciones. Es responsabilidad del sistema operativo ga-
rantizar su buen funcionamiento e impedir que la dinámica de unos usuarios
esté afectada por las acciones de otros o por las acciones de agentes externos
al sistema computador.


El concepto de protección hace referencia al primero de estos aspectos. Es el
mecanismo que proporciona el sistema para autorizar o denegar los accesos
que en un instante concreto solicitan los usuarios.


El concepto de seguridad￿del￿sistema, en cambio, se centra básicamente en el
segundo aspecto e incluye temas como la identificación y autoidentificación
de los usuarios, y también cuestiones administrativas y organizativas relacio-
nadas con la gestión de un sistema informático.


Como es evidente, seguridad y protección son dos conceptos fuertemente re-
lacionados. A pesar de ello, en este módulo nos centraremos en el mecanismo
de protección y supondremos que los usuarios han estado debidamente iden-
tificados y que, por lo tanto, son realmente quienes dicen que son.


4.1.  La protección: concepto y objetivos



    El concepto de protección se refiere al control que lleva a cabo el SO
    sobre las distintas maneras que tienen los usuarios de acceder a los ob-
    jetos del sistema.



Hay casos en los que no es necesaria la existencia de un mecanismo de pro-
tección:


a) El estudio de la protección tiene sentido desde el momento en el que hay
más de un usuario en el sistema, y éstos pueden decidir cómo y con quién
comparten los ficheros que crean. En consecuencia, la protección no tiene
sentido en un sistema donde hay un sólo usuario. En este caso podemos admi-

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GNUFDL • PID_00169385                                                                                  22                                                                                                        El sistema de ficheros

tir que no es necesario ningún tipo de control sobre los accesos que se efectúan
a los ficheros. Todos los ficheros pertenecen al mismo usuario y él controla el
uso que hace de ellos.


b) Un caso similar es el de un sistema multiusuario en el que se deja que todos
los usuarios puedan acceder a todos los ficheros. No existe el concepto de
propiedad de un fichero y, por lo tanto, no hay restricciones para acceder a
ellos. En esta situación tampoco sería necesario un sistema de protección.


En cambio, sí que se necesita un mecanismo de protección que controle la
identidad de los procesos que intentan acceder a los ficheros y a su propiedad
cuando cada usuario sólo puede acceder a los ficheros que ha creado, o en el
caso general en el que se permite a los usuarios compartir fichero mediante
un acceso controlado.


Nos centraremos en este último supuesto más general para analizar los dife-
rentes mecanismos de protección.


Como hemos visto, puede haber diferentes necesidades a la hora de proteger
un objeto, que dependen del objeto en concreto, de los usuarios que pueden
acceder a él y del tipo de acciones que pueden realizar con él. Por este mo-
tivo, el sistema debe proporcionar mecanismos que sean lo suficientemente
flexibles a fin de que los usuarios puedan implementar diferentes políticas de
protección según sus necesidades.


Antes de ver los mecanismos de protección en los apartados que siguen, de-
bemos analizar los diferentes elementos￿que￿intervienen￿en￿la￿protección.
Son los siguientes:


1) Los objetos: son todos aquellos elementos gestionados por el SO sobre los
que se pueden efectuar distintas acciones de las que deben ser protegidos. Por
ejemplo, son objetos los ficheros, los dispositivos, los directorios, los procesos,
etc.


2) Los dominios: son los distintos agentes activos del sistema que pueden
actuar sobre un objeto. Por ejemplo, son dominios los procesos que pertenecen
a un usuario o a un grupo predefinido de usuarios, etc.


3) Los derechos: son acciones permitidas por parte de un dominio sobre un
objeto. Por ejemplo, son derechos leer, escribir, ejecutar, crear, destruir, etc.


Los mecanismos de protección que analizaremos a continuación son maneras
distintas de relacionar los derechos que cada dominio tiene sobre cada objeto.

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GNUFDL • PID_00169385                                                                                  23                                                                                                        El sistema de ficheros

4.2.  La matriz de accesos



    La matriz de accesos está formada por tantas filas como dominios (Di)
    hay, y tantas columnas como objetos (Oj) hay. Cada celda Dij de la matriz
    contiene los derechos de acceso del dominio Di sobre el objeto Oj.




                                                                   Matriz de accesos

Domi-                                                                           Objetos
nios

            ejercicioA.txtejercicioB.txtejercicio1.txtejercicio2.txtedit         Directo-    Dominio     Directo-    Dominio     Dominio      Dominio
                                                                                 rio         Joan        rio         María       estudiantesprofesores
                                                                                 Joan                    María

            Leer           Leer           Leer           Leer           Leer     Leer        Propieta-   Leer
                                                                                             rio

Joan                                      Escribir       Escribir       Eje-     Escribir                Ejecutar
                                                                        cutar

                                          Propietario    Propietario             Ejecutar
                                                                                 Propieta-
                                                                                 rio



            Leer           Leer           Leer           Leer           Leer     Leer                    Leer        Propieta-
                                                                                                                     rio

Maria       Escribir       Escribir                                     Eje-                             Escribir
                                                                        cutar

            Propietario    Propietario                                                                   Ejecutar
                                                                                                         Propieta-
                                                                                                         rio



Estu-       Leer           Leer           Leer           Leer           Leer     Leer                    Leer                    Propieta-
diantes                                                                 Eje-     Ejecutar                Ejecutar                rio
                                                                        cutar



Profeso-                                                                Leer                                                                  Propietario
res                                                                     Eje-
                                                                        cutar


En esta matriz, el dominio Joan tiene derecho de lectura y escritura sobre el
objeto ejercicio1.txt; sin embargo, en cambio, sólo tiene derecho de lectura so-
bre el objeto ejercicioB.txt, y de lectura y ejecución sobre edit. El hecho de te-
ner derechos de escritura y ejecución sobre el directorio Joan le permitirá crear
nuevos ficheros en este directorio. El permiso de ejecución sobre un directorio
permite llevar a cabo acciones sobre un directorio, como por ejemplo cambiar
el directorio actual de trabajo de un proceso a aquel directorio y, siempre que
conozcamos el nombre de los ficheros contenidos en el directorio y tengamos
permiso para acceder al fichero concreto, mostrar su contenido. Si además

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GNUFDL • PID_00169385                                                                                  24                                                                                                        El sistema de ficheros

tenemos permiso de escritura sobre el directorio, podremos renombrarlos o
crear nuevos. El permiso de lectura sobre el directorio indica que se permite
pedir al sistema el contenido del directorio y éste devolverá información sobre
los ficheros y subdirectorios que contiene. El derecho de propietario que tiene
sobre el fichero ejercicio1.txt le permite modificar cualquier derecho que esté
en la columna asociada a este fichero. Por ejemplo, puede dar el derecho de
escritura al dominio Maria sobre este fichero.


En la tabla vemos que los dominios aparecen como objetos. El motivo es que
un dominio también es un objeto sobre el que se pueden llevar a cabo acciones
y, por lo tanto, deben ser sometidas al mecanismo de control.


Para simplificar, no se ha incluido en la tabla el dominio Administrador. Hay
que recordar, sin embargo, que el Administrador tiene todos los derechos po-
sibles sobre cualquier objeto y dominio del sistema.


La matriz de accesos es una buena manera de ver las relaciones que hay entre
los distintos elementos que intervienen en el mecanismo de protección. No
obstante, no es una buena herramienta de trabajo por los motivos siguientes:


•    Su volumen crece rápidamente a medida que aumentan el número de
     usuarios y ficheros del sistema.


•    El número de objetos sobre los que un dominio tiene derecho es pequeño
     en relación con el número total de objetos del sistema y, por lo tanto, la
     matriz es una estructura muy grande con la mayoría de las celdas vacías.


Para solucionar estos problemas, se han propuesto dos métodos que aparecen
al partir la matriz por columnas o por filas. En los próximos subapartados
analizaremos los efectos que tienen estas soluciones.


4.3.  Las listas de control de accesos (access control lists)



    Una lista de control de accesos (LCA) es una lista de parejas (derechos,
    dominio) asociada a un objeto. Esta lista es el resultado de partir la matriz
    de accesos en columnas y eliminar todas las celdas vacías. De esta ma-
    nera, el sistema ahorra espacio y obtiene una estructura más dinámica.



Con este esquema, como la LCA se encuentra asociada a los objetos y no a                                  Ved también
los procesos, cada vez que un proceso quiere llevar a cabo un acceso a un
objeto se debe verificar si tiene derecho a ello recurriendo a la LCA. Eso quiere                          En el apartado 4.5 veremos có-
                                                                                                           mo se puede resolver el pro-
decir que en una sesión de trabajo con un fichero se verifican los derechos en                             blema de la sobrecarga.

cada operación de lectura o escritura que se quiere realizar. Eso representa un
volumen de sobrecarga importante para el sistema.

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GNUFDL • PID_00169385                                                                                  25                                                                                                        El sistema de ficheros

Una ventaja de este esquema es que todos los derechos que tienen los domi-
nios sobre un objeto se encuentran en un mismo lugar, la LCA. Esta circuns-
tancia genera que la asignación y la revocación de derechos por parte del pro-
pietario del objeto se puedan realizar de manera sencilla.


4.4.  Las listas de capabilities (capacidades)



    Una lista de capabilities es una lista de parejas (objeto, derechos) asociada
    a un dominio, cada una de las cuales se denomina capability. Las listas
    de capabilities son el resultado de partir la matriz de accesos en filas y
    eliminar, igual que en las listas de control de acceso, todas las celdas
    vacías.



Las listas de capabilities son estructuras de datos asociadas a procesos. El sistema
las puede gestionar de las dos maneras siguientes:


a) Protegiéndolas en su espacio y proporcionando llamadas con el fin de que
los procesos las puedan utilizar.


b) Dejando que los procesos las gestionen directamente. En este caso las capa-
bilities se protegen mediante técnicas de cifrado que evitan que se modifiquen
los derechos que contienen.


En cualquiera de los dos casos, cuando un proceso accede a un objeto, ha de
presentar al sistema la capability que le da derecho a llevarlo a cabo. El sistema
verifica su validez y efectúa el acceso. El acceso a este mecanismo es más ágil
que en las LCA.


En cambio, la modificación de los derechos que tienen los dominios sobre un
objeto por parte del propietario no es trivial, ya que los derechos se encuentran
repartidos por todos los procesos del sistema y, por lo tanto, en el caso de
querer revocar un derecho de todos los dominios, se debe realizar un recorrido
por todos y eliminar las capabilities asociadas.


4.5.  Mejoras y modelos combinados


Como acabamos de ver, los modelos de LCA y de capabilities tienen algunos
inconvenientes. Para solucionarlos, la mayoría de los sistemas utilizan una
combinación de los dos modelos que permite disfrutar de las ventajas de cada
esquema.


Como mecanismo básico utilizan las LCA, que se suelen presentar haciendo
una reducción de todos los dominios posibles a unos cuantos. Esto se consigue
agrupando los dominios, como por ejemplo en UNIX, donde hay tres grupos:

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GNUFDL • PID_00169385                                                                                  26                                                                                                        El sistema de ficheros

el propietario (por ejemplo Joan), todos los dominios asociados al grupo de
trabajo del propietario (por ejemplo Alumnos) y el resto de dominios del sis-
tema.

Los primeros accesos a cada objeto se verifican mediante las LCA. Este primer                              (12)Acceder a la capability asociada
acceso se puede concretar, por ejemplo, en la operación abrir que se efectúa al                            al dispositivo virtual sobre la que se
                                                                                                           intenta realizar una operación de
iniciar una sesión de trabajo con un fichero o un dispositivo. Hay que recor-                              lectura o escritura es mucho más
dar que en el momento de abrir el objeto se especifica el tipo de acceso que                               rápido que acceder a la LCA aso-
                                                                                                           ciada al fichero.
se desea realizar. Por lo tanto, es posible comprobar si el proceso que realiza
la operación tiene permisos para llevar a cabo este tipo de acceso. Una vez                                  Ved también
verificado el derecho, el sistema genera una capability que se utilizará durante
la sesión de trabajo. La capability generada permitirá realizar únicamente el                                 En el módulo didáctico 4 po-
                                                                                                              déis ver la operación abrir (en
tipo de operación indicado en el momento de abrir el objeto. Normalmente,                                     el subapartado 5.2.2) y los
                                                                                                              dispositivos virtuales (en el
esta capability se asocia al dispositivo virtual que se genera durante la opera-                              subapartado 4.3).
ción abrir. Cada vez que se realiza una operación sobre el dispositivo virtual, se
comprueba si la capability asociada a él lo permite. Esto, por ejemplo, permite
evitar que se intente escribir un fichero que se ha abierto sólo para lectura. Una
vez finalizada la sesión de trabajo, la capability se destruye con la operación
cerrar. De esta manera se comprueba cada uno de los accesos de lectura y/o
escritura que se realizan durante la sesión de trabajo sin necesidad de acceder
a la LCA por cada acceso12.


Otra mejora, en este caso en el mecanismo de capabilities, consiste en dotar-
lo de una herramienta de revocación eficiente. Una posibilidad es el llamado
mecanismo￿de￿cerradura￿y￿clave. En este esquema cada capability tiene aso-
ciado un número denominado clave. Los objetos tienen asociada una colec-
ción de números llamados cerraduras. Para que una capability sea correcta,
la clave ha de coincidir con alguna de las cerraduras que tiene el objeto. Para
revocar un conjunto de derechos, lo único que debe hacer el propietario del
objeto es eliminar una o más cerraduras. Evidentemente, este mecanismo no
tiene la flexibilidad de las LCA, pero soluciona parcialmente el problema de
tener que recurrir a todos los dominios para eliminar las capabilities asociadas.


Otra alternativa consiste en asociar información temporal a una capability de
modo que se establezca una fecha de caducidad de ésta.

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GNUFDL • PID_00169385                                                                                  27                                                                                                        El sistema de ficheros

5.Ejemplos de sistema de ficheros y protección








5.1.  UNIX



5.1.1.  El sistema de ficheros en UNIX


En UNIX existen los tipos de ficheros siguientes:


1) Los ficheros￿ordinarios, que son los ficheros tal como los hemos estudiado
en este módulo.


2) Los ficheros￿directorio, que son los que configuran la función de traduc-
ción del espacio de nombres.


3) Los ficheros￿especiales o dispositivos, que como su nombre indica son los
dispositivos del sistema.


4) Los soft￿links o symbolic￿links, que como su nombre indica permiten rea-
lizar enlaces simbólicos a otros ficheros.


El sistema operativo UNIX reconoce un único tipo de fichero ordinario que                                  Ved también
percibe todos los ficheros como una secuencia de bytes, a los que se accede
mediante operaciones específicas. Esta regla sólo tiene una excepción: los fi-                               Podéis ver las operaciones
                                                                                                             de acceso a los ficheros en el
cheros ejecutables. Un fichero ejecutable tiene una estructura muy concreta                                  subapartado 5.2.1 del módulo
                                                                                                             didáctico 4 y los ficheros eje-
que el SO reconoce y utiliza a la hora de cargar un programa en la memoria.                                  cutables en el subapartado 1.3
UNIX utiliza los primeros bytes de esta estructura del fichero para dejar una                                del módulo didáctico 2.

marca que distingue un fichero normal de uno ejecutable:


a) El hecho de que no esté la marca garantiza que el fichero no es ejecutable.


b) La existencia de la marca, sin embargo, no garantiza que el fichero sea eje-
cutable, ya que puede haber ficheros binarios que por azar tengan la misma
combinación de bytes al principio.


El sistema de ficheros de UNIX tiene una estructura de grafo dirigido organi-                              Ved también
zada en directorios, tal como hemos visto. Cada fichero puede tener más de
un nombre utilizando el mecanismo de enlaces físicos o simbólicos. A la hora                                 Podéis ver el SF con estruc-
                                                                                                             tura de grafo dirigido en el
de dirigir un fichero se pueden utilizar nombres absolutos o relativos. Cada                                 subapartado 3.2 de este mó-
                                                                                                             dulo didáctico.
uno de los nombres de subdirectorios que componen el nombre de un fichero
están separados por el carácter "/".

## Página 28

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GNUFDL • PID_00169385                                                                                  28                                                                                                        El sistema de ficheros

Cada dispositivo de almacenamiento puede contener un SF que se crea me-                                         Ved también
diante la utilidad mkfs. Esta utilidad crea dentro del dispositivo la estructura
del directorio, las estructuras de datos necesarios para gestionar el espacio li-                                Podéis ver el mayor y el menor
                                                                                                                 en el apartado 7.1 del módulo
bre y también las estructuras para almacenar las características de los ficheros                                 didáctico 4.

(denominadas inodes), como el espacio que ocupará un fichero, o qué major y
minor se debe utilizar para localizar un dispositivo, quién es su propietario, etc.


Aunque cada dispositivo que contiene un SF tiene su propia estructura de di-
rectorios, UNIX da la visión de un espacio en forma de grafo totalmente co-
nectado. Ello significa que hay un único directorio raíz, y que siempre hay
un camino desde este directorio raíz hasta cualquier fichero, como se ve en
la figura 9.

Para poder dar esta visión única, el sistema tiene un SF permanentemente                                      (13)El SF del sistema se ha montado
accesible13 sobre el que se irán añadiendo el resto de SF antes de poder acceder a                            en el tiempo de inicialización del
                                                                                                              sistema.
él. La operación mount es la encargada de asociar el directorio raíz del SF que se
quiere montar con un directorio de un SF que ya esté montado. Aparte de eso,
la operación mount lleva a cabo operaciones de inicialización de estructuras
internas del SO que agilizan los accesos.





















































    Figura 9

Las llamadas al sistema y los comandos que nos ofrece UNIX para gestionar el                                    Ved también
SF siguen la misma estructura que hemos descrito en el apartado del espacio
de nombres. Es la que podéis ver en la tabla siguiente:                                                          Podéis ver el espacio de nom-
                                                                                                                 bres en el apartado 3 de este
                                                                                                                 módulo didáctico.

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GNUFDL • PID_00169385                                                                                  29                                                                                                        El sistema de ficheros


Operación                    Llamada￿al￿SO          Comando        Comentarios

Crear_SF                     -                      mkfs           -

Montar_SF                    mount                  mount          -

Desmontar_SF                 umount                 umount         -

Verificar_SF                 -                      fsck           -

Localizar_objeto             stat                   stat           -



Operación                      Llamada    Coman-      Comentarios
                               al￿SO      do

Modificar_nombre               rename     mv          -

Crear_nombre                   link       ln          Crean enlaces físicos

                               symlink    ln -s       Crean enlaces simbólicos

                               mkdir      mkdir       Crean directorios

                               mknod      mknod       Crean dispositivos

Destruir_nombre                unlink     rm          Borra ficheros

                               rmdir      rmdir       Borra directorios

Ver_nombres                    getdents   ls          Ver el contenido de un directorio

Cambio_de_directorio           chdir      cd          -

Directorio_actual              getcwd     pwd         -


5.1.2.  El mecanismo de protección de UNIX


Las protecciones de UNIX se basan en el modelo mixto que ya hemos descrito.
Nosotros nos centraremos en las LCA y las operaciones que se ofrecen para
gestionarlas.


Dominios de protección y bits de permiso


En UNIX los dominios de protección están asociados a usuarios (UID) y a gru-                                      Ved también
pos de usuarios (GID). Los grupos de usuarios son dominios en los que se or-
ganizan los usuarios del sistema en función de sus características, del trabajo                                    Podéis ver el modelo mixto en
                                                                                                                   el subapartado 4.5 de este mó-
que han de realizar, etc. Un usuario se identifica en el sistema mediante un                                       dulo didáctico.

nombre de usuario y una contraseña. Una vez dentro del sistema, todos sus
procesos tendrán asociados los dominios de usuario y de grupo de usuarios

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GNUFDL • PID_00169385                                                                                  30                                                                                                        El sistema de ficheros

al que pertenezca. En un momento determinado, un usuario sólo puede per-                                     Los dominios de los
tenecer a un grupo; sin embargo, puede estar autorizado a cambiar de grupo                                   estudiantes
mediante la orden newgrp.                                                                                      Todos los estudiantes que es-
                                                                                                               tén dados de alta en un sis-
                                                                                                               tema tendrán un dominio de
Todos los ficheros están asociados al dominio de usuario y de grupo de usua-                                   usuario propio y podrían es-
rios de su propietario. Para determinar los derechos de un usuario sobre un                                    tar organizados en un domi-
                                                                                                               nio conjunto denominado es-
fichero, UNIX utiliza una LCA con tres dominios: el usuario propietario del fi-                                tudiantes.

chero, los usuarios que pertenecen al mismo grupo que el propietario y, final-
mente, cualquier otro usuario. Para cada uno prevé básicamente tres derechos
diferentes: de lectura, de escritura y de ejecución.


La visualización de las LCA se lleva a cabo mediante tres grupos de tres carac-
teres cada uno, uno para cada derecho, como se muestra en la figura 10. El
primer grupo hace referencia al propietario; el segundo, al grupo del propie-
tario, y el tercero, al resto. Las letras r, w y x (lectura, escritura y ejecución)
determinan si se tiene el derecho. El comando chmod permite al propietario
conceder o revocar este derecho.














































Figura 10

El derecho de ejecución puede ser reforzado con el derecho setuid o con el
derecho setgid, que permiten que durante la ejecución de un programa el pro-
ceso que lo ejecuta cambie respectivamente al dominio del usuario propietario
o al del grupo del usuario propietario del fichero ejecutable. Estos derechos
permiten construir aplicaciones que acceden de manera controlada a bases de
datos o ficheros en general sobre los que no se quiere dar un derecho de escri-
tura generalizado.


Como hemos comentado en el apartado 4.2, el significado de los derechos r,
w y x varía si el fichero es un directorio. En este caso, el derecho de lectura
permite visualizar los nombres contenidos en el directorio, el derecho de escri-

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GNUFDL • PID_00169385                                                                                  31                                                                                                        El sistema de ficheros

tura (condicionado a tener también permiso de ejecución sobre el directorio)
permite añadir nombres nuevos al directorio, renombrar ficheros o borrarlos
y, finalmente, el derecho de ejecución posibilita que el usuario utilice el direc-
torio como un directorio de trabajo.


Por defecto, el valor de los bits asignados a un fichero o directorio en el mo-
mento de su creación corresponde a los bits resultantes de aplicar una máscara
llamada umask que forma parte del entorno en ejecución de cada proceso y
que puede ser consultada y/o modificada mediante el comando umask y la
llamada al sistema homónimo. Posteriormente, los bits que controlan los per-
misos pueden ser modificados, si se tienen derechos para hacerlo, mediante
la llamada y el comando chmod.


LCA de POSIX


El estándar POSIX define también LCA, que es un superconjunto de los per-
misos especificados por los bits de permiso asociados a los ficheros para los
dominios propietario, grupo y resto de usuarios. Por una parte, hay una co-
rrespondencia directa con respecto a los permisos indicados por los bits de
permiso al propietario, su grupo y el resto de usuarios. Un cambio en uno de
ellos deriva en la modificación de las entradas de la LCA de POSIX y viceversa.
Pero, por otra parte, las LCA de POSIX permiten especificar de manera mucho
más fina los permisos que el propietario de un fichero o directorio quiere con-
ceder a otros usuarios o grupos concretos.


5.1.3.  Integración al sistema de ficheros de dispositivos e
          información del sistema


Existen algunos objetos que aparecen en el SF de algunas variantes del sistema
operativo UNIX que tienen apariencia de ser ficheros ordinarios pero que en
realidad no lo son. Por ejemplo, muchos dispositivos pueden ser accedidos y
manipulados en UNIX mediante unos ficheros especiales llamados ficheros de
dispositivo (device files). Estos ficheros de dispositivo se encuentran en el di-
rectorio /dev y permiten acceder al código gestor del dispositivo (device driver)
utilizando llamadas al sistema de Entrada/Salida. Se puede acceder a dispositi-
vos que existen físicamente, por ejemplo particiones de un disco (como puede
ser /dev/sdal), una impresora (como puede ser /dev/lp0) o un terminal (/dev/
tty1). Y también se puede acceder a pseudo-dispositivos que no existen física-
mente pero que sirven para proporcionar una determinada funcionalidad. Por
ejemplo, el dispositivo nulo /dev/null que acepta y descarta todo aquello que
se le envía, o el dispositivo /dev/zero, que genera ceros.


A menudo existe el pseudo-sistema de ficheros procfs, que permite obtener
información, y en algunos casos manipular, sobre los procesos del sistema.
Mediante los subdirectorios y ficheros que se encuentran a partir de /proc el
usuario puede acceder a mucha información sobre los procesos que se están

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GNUFDL • PID_00169385                                                                                  32                                                                                                        El sistema de ficheros

ejecutando en la máquina. Hay que advertir que todos estos directorios y fi-
cheros no se almacenan en ningún disco, sino que se trata de información que
proporciona el sistema operativo en el momento en el que se solicita.


Otro caso de interés es el sysfs, que permite configurar distintos aspectos del
sistema, principalmente en lo referente a drivers y dispositivos mediante los
directorios que aparecen a partir de /sys. En este caso tampoco se guarda nada
en el disco, sino que todo está almacenado en la memoria.


5.2.  Windows


Existen distintos formatos para almacenar la información en un sistema Win-
dows. El más habitual hoy día en los discos de los ordenadores que usan Win-
dows es el formato NTFS. Sigue usándose bastante el formato FAT, pero sobre
todo para memorias USB, ya que este formato puede ser utilizado en muchos
dispositivos multimedia. El formato FAT es más simple que NTFS: permite ta-
maños de ficheros más pequeños que NTFS y no incorpora demasiados meca-
nismos de protección. Aunque algunas características son comunes a los dos
formatos, en este apartado asumimos que trabajamos con NTFS.


A diferencia de UNIX, en el caso de Windows el usuario no tiene la visión
de un único sistema de ficheros. Existe un espacio de nombres lineal para
indicar diferentes volúmenes, donde un volumen da acceso a un dispositivo
concreto. Los nombres posibles se identifican con una letra mayúscula seguida
del carácter ":". Por ejemplo A:, C:, etc. El usuario indica explícitamente el
volumen en el que quiere trabajar.
















Figura 11

Los nombres posibles para los ficheros y directorios son similares al caso de
UNIX. En Windows, sin embargo, los directorios se separan por el carácter "\".
Por ejemplo C:\Windows\Documents and Settings.


Es posible crear enlaces físicos (hard links) con el comando fsutil o la llamada
CreateHardLink del API estándar de Windows. Se pueden crear enlaces simbó-
licos (soft links) creando accesos directos (shortcuts) utilizando la opción que
aparece en los menús contextuales.


Los sistemas de protecciones de ficheros y directorios (carpetas) está basado
en LCA. Se puede manipular desde el intérprete de comandos con el comando
cacls o mediante la pestaña correspondiente a la configuración de seguridad

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GNUFDL • PID_00169385                                                                                  33                                                                                                        El sistema de ficheros

a partir de las propiedades de un fichero o directorio. El administrador puede
también definir cuotas de disco con el fin de limitar el espacio de disco máxi-
mo que un usuario puede llegar a ocupar.

NTFS incorpora también compresión y cifrado de ficheros, que se pueden en-                                         (14)Muchos sistemas de ficheros de
contrar accediendo a las opciones avanzadas de las propiedades de los ficheros.                                    Linux también soportan Journaling.

Otros aspectos incluidos son el tratamiento de ficheros dispersos con el fin de
reducir el espacio ocupado del disco cuando hay cadenas muy largas de ceros y
la implementación de mecanismos de Journaling14 que mejoran la consistencia
y recuperación del sistema de ficheros en caso de fallos o caídas del sistema,
como cuando se produce una interrupción del suministro eléctrico.

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GNUFDL • PID_00169385                                                                                  34                                                                                                        El sistema de ficheros

Resumen







En este módulo hemos estudiado el concepto de sistema￿de￿ficheros, median-
te el que hemos visto que el SO ofrece a los usuarios los aspectos siguientes:


•    El concepto de fichero.
•    La gestión de los nombres de los ficheros.
•    El mecanismo de protección que los ficheros tienen asociado.


Estos dos últimos puntos los hemos extendido a todos los objetos que son
gestionados por el SO. Con respecto a los ficheros, hemos visto que el SO puede
distinguir los distintos tipos de ficheros y que las operaciones de acceso que
se pueden realizar no siempre son las mismas.


Hemos visto que la misión básica de los espacios de nombres es implementar
una función de traducción que permita utilizar nombres estructurados y pró-
ximos a nuestras costumbres. Para conseguirlo, podemos utilizar básicamente
dos esquemas: el espacio￿lineal y el espacio￿jerárquico. Éste último es el más
utilizado en su variante de grafo dirigido.


Finalmente, hemos analizado dos mecanismos￿de￿protección: las listas de
control de accesos (LCA) y las capabilities. Hemos visto que los dos mecanismos
presentan inconvenientes y que la mejor solución es combinarlos, utilizando
la LCA para abrir un fichero y generando una capability asociada al canal (file
descriptor) abierto para posteriores comprobaciones al realizar operaciones de
lectura o escritura.


Hemos visto también que mediante el sistema de ficheros a veces se puede
acceder a ciertos dispositivos, a información sobre los procesos e incluso a
configurar el sistema.


Finalmente, hemos comentado algunos aspectos concretos de los sistemas de
ficheros más habituales de los sistemas UNIX y Windows.

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GNUFDL • PID_00169385                                                                                  35                                                                                                        El sistema de ficheros

Actividades

1. Estudiad en el manual qué tipos de SF soporta LINUX.

2. Analizad y probad los comandos de UNIX que hemos presentado en este módulo.

3. Pensad qué llamadas al SO tenemos que utilizar y cómo debemos hacer los comandos
analizados en la actividad anterior.

4. Como usuarios de Windows, analizad qué espacio de nombres y qué operaciones tenéis
para acceder al sistema de ficheros.

5. Probad a crear un directorio y algún fichero dentro. Utilizando el comando chmod acti-
vad y desactivad los bits de protección r, w y x del directorio para el propietario. Para cada
combinación de valores intentad leer el directorio, ved el contenido de un fichero contenido
en el directorio del que conocemos el nombre, cread nuevos ficheros, movedlos o borradlos,
o cambiad el directorio de trabajo a aquel directorio.

6. En un sistema Linux consultad la información disponible sobre las LCA de POSIX en el
manual en línea haciendo man acl.

7. En un sistema Windows y trabajando como administrador, definid un nuevo usuario a
partir del Panel de Control y Cuentas de Usuario. Cambiad de usuario yendo al menú de
Inicio y yendo a la parte de Cambio de Usuario. Por defecto el directorio de login propio
de cada usuario está protegido de manera que el resto de los usuarios no pueden acceder a
su cuenta. Si el administrador desactiva la Opción Use simple file sharing de las opciones de
carpeta, entonces los usuarios pueden activar o desactivar los permisos de acceso a usuarios
concretos mediante la pestaña correspondiente a la configuración de seguridad a partir de
las propiedades de un fichero o directorio.


Ejercicios de autoevaluación

1. ¿Cuáles son las características o propiedades principales de un fichero? Comentad cuáles
pueden ser sus funciones.

2. Basándoos en lo que hemos visto en este módulo didáctico y en vuestra experiencia, decid
qué tipo de espacio de nombres tienen los sistemas de ficheros de los SO siguientes:

a) Windows.

b) UNIX.

3. ¿Qué tipo de enlace representan los ficheros que tienen la característica "acceso directo"
de Windows? Justificad la respuesta.

4. En MS-DOS los directorios, aparte de la función de traducción, contenían información
con respecto a las características de los ficheros a los que hacen referencia, como el número
de caracteres que contiene el fichero. ¿Qué inconvenientes podía tener este hecho?

5. ¿Qué tipo de espacio de nombres creéis que es el más adecuado para los tipos de objetos
siguientes?

a) Ficheros.

b) Dispositivos físicos o lógicos.

c) Dispositivos virtuales.

d) Procesos.

e) Usuarios.

6. ¿Cómo sería la matriz de accesos siguiente si...

a) cada usuario sólo pudiera acceder a sus ficheros con todos los derechos (lectura, escritura
y ejecución)?

b) todos los usuarios pudieran acceder con todos los derechos a todos los ficheros?

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GNUFDL • PID_00169385                                                                                  36                                                                                                        El sistema de ficheros


Domi-                                                                                      Objetos
nios

               Fichero￿A           Fichero￿B           Fichero￿C           Fichero￿D           Fichero￿E           Fichero￿F            Fichero￿G           Fichero￿H

Joan           Propietario         Propietario

Maria                                                  Propietario         Propietario

Josep                                                                                          Propietario         Propietario

Marta                                                                                                                                   Propietario         Propietario



7. ¿En los dos casos del ejercicio 6, es necesario tener un mecanismo de protección? Y en
caso de que haga falta, ¿tiene sentido el derecho de propietario? Justificad la respuesta.

8. Decid entre qué momentos de una sesión de trabajo con un fichero se verifican los dere-
chos de acceso si tenemos un sistema operativo con un sistema de protección basado en...

a) LCA.

b) listas de capabilities.

Justificad las respuestas.

9. ¿Qué restricciones tiene el mecanismo de protección de UNIX basado en dominios de pro-
tección y bits de permiso respecto a un mecanismo de LCA en el que cada usuario constituye
en sí mismo un dominio? Justificad la respuesta.

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GNUFDL • PID_00169385                                                                                  37                                                                                                        El sistema de ficheros

Solucionario

Ejercicios de autoevaluación

1. Un fichero tiene un conjunto de características o propiedades que hacen referencia a los
aspectos siguientes:

a) La información relativa al contenido del fichero y a su modificación: tamaño del fichero,
fecha de creación, última fecha de acceso, última fecha de modificación, tipo de información,
etc. Su función es básicamente estadística, a excepción del tamaño del fichero y del tipo de
información. El sistema utiliza el tamaño del fichero para determinar cuándo debe dar la
marca de final de fichero durante los accesos de lectura. El tipo de información que contiene
el fichero puede condicionar las operaciones que se pueden realizar en él.

b) La ubicación de esta información dentro del dispositivo de almacenamiento. Contiene
información necesaria para que el sistema pueda localizar el fichero dentro del dispositivo
de almacenamiento.

c) La accesibilidad del fichero. Contiene información relacionada con el usuario propietario
del fichero y las operaciones que se pueden hacer en él: escribir, leer, ejecutar, etc. Todas estas
informaciones están relacionadas con el mecanismo de protección.

2.a) Windows tiene un espacio de nombres en forma de grafo dirigido donde se pueden
formar ciclos porque un fichero puede tener más de un nombre gracias a los enlaces. El
espacio es disjunto: cada dispositivo que contiene un sistema de ficheros tiene un espacio
de nombres separado.

b) UNIX tiene un espacio de nombres con características similares a las de Windows, con la
diferencia de que en UNIX el espacio no es disjunto, sino que hay un único espacio que une
todos los dispositivos activos que contienen un sistema de fichero.

3. Los ficheros de acceso directo de Windows presentan enlaces simbólicos. Estos enlaces
hacen referencia a un fichero mediante otro nombre del espacio de nombres. Cuando se borra
el fichero mediante un enlace físico, los accesos directos se mantienen, ya que no se pueden
localizar fácilmente a partir del fichero borrado. Cuando se accede por el nombre de acceso
directo, el sistema se da cuenta de que ya no existe el fichero y avisa de esta circunstancia.

4. El principal inconveniente de este hecho es que se mezcla el concepto de función de tra-
ducción con la estructura del fichero. Eso provoca que el espacio de nombres pierda flexibi-
lidad. Con un sistema de estas características no se puede asignar más de un nombre a un
fichero, ya que en caso de hacerlo se duplica la información, con el riesgo o el coste de man-
tenerla coherente. Por ejemplo, en MS-DOS se guardaba el número de caracteres en el direc-
torio. Si tenemos dos nombres para el mismo fichero, tendremos dos copias de este número,
y si éste se actualiza en función del nombre por el que se accede al fichero, nos podemos
encontrar con informaciones incoherentes.

5. Todas las decisiones dependerán en gran medida del volumen de objetos que se quiere
dirigir mediante los espacios de nombres y del tipo de usuario de estos objetos.

a) Ficheros: tal como hemos visto en el módulo, el más adecuado es un espacio jerárquico en
forma de grafo, que da la máxima flexibilidad a la hora de organizar los objetos. Los nombres
deben estar formados por cadenas de caracteres a fin de que se puedan adaptar a nuestras
necesidades, ya que, en general, los usuarios somos las personas y el volumen de ficheros
que se quiere dirigir es importante.

b) Dispositivos físicos o lógicos: en este caso puede ser suficiente un espacio con estructura
en árbol o un espacio lineal, ya que las necesidades de organización de los objetos no son tan
importantes como en el caso anterior porque el volumen de objetos es mucho más pequeño.
Como los usuarios somos las personas, igual que en el caso anterior, sería conveniente que
los nombres los formaran cadenas de caracteres.

c) Dispositivos virtuales: el espacio más indicado es el espacio lineal con nombres sencillos,
como números, a causa del hecho de que los usuarios de este tipo de dispositivos son los
procesos; además, los dispositivos virtuales que son visibles desde un proceso no necesitan ser
visibles desde los otros. Se trata de un conjunto de objetos reducido y con unas necesidades
de organización muy bajas.

d) Procesos: con un espacio lineal con nombres sencillos, como números, hay suficiente, ya
que, como en el caso anterior, nos encontramos con un conjunto de objetos dirigidos casi
exclusivamente por el SO o por los procesos. El número de objetos puede ser importante,
pero no tienen necesidades de organización.

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GNUFDL • PID_00169385                                                                                  38                                                                                                        El sistema de ficheros

e) Usuarios: el más adecuado es un espacio lineal. Los nombres deberían estar formados
por cadenas de caracteres en consideración a los usuarios humanos, ya que en este caso los
usuarios son los objetos dominio y los usuarios de estos objetos dominio pueden ser las
personas y el sistema. El número de objetos puede ser muy grande, pero la necesidad de
organización es pequeña.

Finalmente, se debe tener presente que, en todos los casos en los que se ha propuesto un es-
pacio con nombres formados por cadenas de caracteres, es necesario disponer de un segundo
espacio de nombres interno, generalmente lineal y con nombres basados en números, pró-
ximos a las necesidades de gestión del SO. Los nombres de este espacio interno son aquéllos
a los que hace referencia la función de traducción una vez traducido un nombre del espacio
externo.

6.a) Si cada usuario sólo pudiera acceder a sus ficheros con todos los derechos (lectura, escri-
tura y ejecución), la matriz de accesos sería la siguiente:


Domi-                                                                                  Objetos
nios

               Fichero￿A          Fichero￿B          Fichero￿C           Fichero￿D          Fichero￿E          Fichero￿F          Fichero￿G          Fichero￿H

Joan           Propietario        Propietario
               Lectura            Lectura
               Escritura          Escritura
               Ejecución          Ejecución

Maria                                                Propietario          Propietario
                                                     Lectura                 Lectura
                                                     Escritura              Escritura
                                                     Ejecución             Ejecución

Josep                                                                                       Propietario        Propietario
                                                                                            Lectura            Lectura
                                                                                            Escritura          Escritura
                                                                                            Ejecución          Ejecución

Marta                                                                                                                             Propietario        Propietario
                                                                                                                                  Lectura            Lectura
                                                                                                                                  Escritura          Escritura
                                                                                                                                  Ejecución          Ejecución



b) Si todos los usuarios pudieran acceder con todos los derechos a todos los ficheros, la matriz
de accesos sería la siguiente:


   Domi-       Objetos
    nios

               Fichero￿A          Fichero￿B          Fichero￿C           Fichero￿D          Fichero￿E          Fichero￿F          Fichero￿G          Fichero￿H

Joan           Propietario        Propietario        Lectura             Lectura            Lectura            Lectura            Lectura            Lectura
               Lectura            Lectura            Escritura           Escritura          Escritura          Escritura          Escritura          Escritura
               Escritura          Escritura          Ejecución           Ejecución          Ejecución          Ejecución          Ejecución          Ejecución
               Ejecución          Ejecución

Maria          Lectura            Lectura            Propietario         Propietario        Lectura            Lectura            Lectura            Lectura
               Escritura          Escritura          Lectura             Lectura            Escritura          Escritura          Escritura          Escritura
               Ejecución          Ejecución          Escritura           Escritura          Ejecución          Ejecución          Ejecución          Ejecución
                                                     Ejecución           Ejecución

Josep          Lectura            Lectura            Lectura             Lectura            Propietario        Propietario        Lectura            Lectura
               Escritura          Escritura          Escritura           Escritura          Lectura            Lectura            Escritura          Escritura
               Ejecución          Ejecución          Ejecución           Ejecución          Escritura          Escritura          Ejecución          Ejecución
                                                                                            Ejecución          Ejecución

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GNUFDL • PID_00169385                                                                                  39                                                                                                        El sistema de ficheros


   Domi-       Objetos
    nios

               Fichero￿A          Fichero￿B          Fichero￿C          Fichero￿D          Fichero￿E         Fichero￿F          Fichero￿G          Fichero￿H

Marta          Lectura            Lectura            Lectura            Lectura            Lectura           Lectura            Propietario        Propietario
               Escritura          Escritura          Escritura          Escritura          Escritura         Escritura          Lectura            Lectura
               Ejecución          Ejecución          Ejecución          Ejecución          Ejecución         Ejecución          Escritura          Escritura
                                                                                                                                Ejecución          Ejecución


7.a) En el caso de que cada usuario sólo pueda acceder a sus ficheros con todos los derechos
(lectura, escritura y ejecución), efectivamente hace falta un mecanismo de protección. Sería
tan restrictivo como fuera posible: no hay ninguna posibilidad de compartir ficheros entre
usuarios. Por lo tanto, el derecho de propietario está implícito en la estructura del mecanismo
propuesto, y, por consiguiente, su existencia explícita no es importante.

b) En el caso de que todos los usuarios puedan acceder con todos los derechos a todos los
ficheros, no hay ningún mecanismo de protección, ya que todos los usuarios pueden hacer
lo que quieren sobre cualquier fichero. Así, como no es necesario ningún mecanismo de
protección, tampoco se necesita el derecho de propietario.

8.a) En el caso de LCA, la verificación de derechos se realiza en cada acceso al dispositivo,
ya que la información de protección se encuentra físicamente en el dispositivo. Esto quiere
decir que, en un SO con un mecanismo de protección basado exclusivamente en LCA, todos
los accesos al fichero de una sesión de trabajo deben ser verificados.

b) En el caso de las listas de capabilities, la verificación de derechos está asociada al proceso que
quiere efectuar los accesos. Esta verificación se lleva a cabo de acuerdo con la existencia o no
de la capability asociada al objeto. Así pues, en un SO basado exclusivamente en capabilities,
en una sesión de trabajo sólo se debe verificar el derecho de acceso en la operación de abrir,
que es la encargada de verificar la existencia de la capability. De todos modos, se puede generar
una nueva capability y asociarla al canal para que se pueda comprobar rápidamente si se tiene
derecho a leer o escribir sobre el canal cuando se intenta hacer la operación en cuestión.

9. En un mecanismo como el de UNIX los dominios que recogen las LCA se han restringido en
los tres siguientes: propietario, grupo del propietario y el resto de usuarios. Esta simplificación
de todos los dominios posibles permite a UNIX efectuar una gestión de las protecciones más
eficiente respecto al espacio y al tiempo de gestión. No obstante, esta simplificación restringe
la flexibilidad a la hora de especificar los derechos individuales de cada usuario. Por ejemplo,
con UNIX no es posible distinguir entre los usuarios que pertenecen al grupo del propietario
y, por lo tanto, no se les puede dotar de derechos distintos. Sucede lo mismo con los usuarios
que pertenecen al dominio "el resto de usuarios". De todas maneras, esta restricción se puede
suavizar con una buena política de definición de grupos de usuarios, ya que un usuario de
UNIX puede estar autorizado, dentro de un conjunto predeterminado, a cambiar de grupo
de usuarios.

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Glosario

directorio  m  Ficheros donde se almacena la estructura de datos que da lugar a la función
de traducción.

directorio de trabajo  m  Directorio donde se encuentran los ficheros con los que un
usuario está trabajando en un instante concreto. Cuando un usuario empieza la sesión de
trabajo, el directorio de trabajo es el directorio inicial.

directorio inicial  m  Directorio desde donde un usuario puede crear su estructura de di-
rectorios y donde colocará los ficheros que él cree.

dominio  m  Agentes activos del sistema que pueden actuar sobre un objeto.

derecho  m  Acciones permitidas por parte de un dominio sobre un objeto.

enlace físico (hard link)  m  Enlace que relaciona directamente un nombre del sistema de
ficheros con el objeto al que hace referencia. O, lo que es lo mismo, relaciona directamente
un nombre del sistema de ficheros con el nombre interno del SO del objeto al que hace
referencia.

enlace simbólico (symbolic link o soft link)  m  Enlace que no relaciona directamente
un nombre del sistema de ficheros con un objeto, sino que lo hace indirectamente mediante
un enlace a otro nombre del sistema de ficheros desde el que se puede localizar el objeto.
Este tipo de enlaces se utilizan fundamentalmente para dar un nombre a un objeto que se
encuentra en un dispositivo de almacenamiento distinto de aquél donde está el directorio
que contiene el enlace simbólico.

espacio de nombres  m  Espacio configurado por el conjunto de todos los nombres posibles
de un objeto.

espacio de nombres jerárquicos  m  Espacio formado por una jerarquía de directorios,
con un directorio raíz del que cuelgan otros directorios o ficheros que configuran las hojas
del árbol. Los espacios jerárquicos pueden tener forma de árbol o, más generalmente, de
grafo dirigido.

espacio de nombres lineales  m  Espacio de nombres, con una sola dimensión, donde
todos los nombres están al mismo nivel, en un único directorio. En este tipo de espacio no
se pueden hacer clasificaciones entre los distintos objetos.

fichero  m  Dispositivo lógico formado por una agrupación lógica de información almace-
nada en un dispositivo físico, como un disco, un lápiz USB o la memoria, y que puede ser
manipulada como un todo. La información que incluye tiene en común un conjunto de
propiedades que la caracterizan.

función de traducción  f  Función unívoca que relaciona un nombre con un objeto.

journaling  m  Técnica utilizada en sistemas de ficheros con el fin de evitar la corrupción
del SF. Se basa en guardar información en un lugar determinado, sea interno o externo al SF,
sobre todo un conjunto de cambios que se realizarán sobre el SF. Esta información se guarda
antes de realizar los cambios. Eso permite que en el caso de que se produzca un fallo se pueda
detectar el punto en el que se ha producido y se pueda recuperar la consistencia del SF.

lista de capabilities  f  Lista de parejas (objeto, derechos) asociada a un dominio. Cada una
de estas parejas se denomina capability. Las listas de capabilities son el resultado de partir la
matriz de accesos en filas y eliminar, igual que en las listas de control de acceso, todas las
celdas vacías.

lista de control de accesos (LCA)  f  Lista de parejas (derechos, dominio) asociada a un
objeto. Esta lista es el resultado de partir la matriz de accesos en columnas y eliminar todas
las celdas vacías.

matriz de accesos  f  Matriz formada por tantas filas como dominios (Di), y tantas colum-
nas como objetos (Oj), donde cada celda Dij contiene los derechos de acceso del dominio
Di sobre el objeto Oj.

nombre absoluto  m  Nombre formado por la ruta que va desde la raíz, pasando por los
distintos subdirectorios, hasta llegar al fichero. Así pues, el nombre absoluto está compuesto
por una secuencia de cadenas de caracteres, o componentes del nombre, que están conteni-
das en los subdirectorios que configuran la ruta. Los componentes están separados por un
carácter delimitador.

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GNUFDL • PID_00169385                                                                                  41                                                                                                        El sistema de ficheros

nombre relativo  m  Nombres formados por el recorrido que va desde el directorio de
trabajo hasta el fichero. Distintos ficheros pueden tener el mismo nombre relativo, siempre
que éste se obtenga a partir de directorios de trabajo distintos.

objeto  m  Elemento gestionado por el SO sobre el que se pueden llevar a cabo acciones en
función de unos derechos.

cerradura y clave  m  Mecanismo de protección basado en el uso de unas parejas de nú-
meros llamadas cerradura y clave que han de coincidir con el fin de dar por válido un derecho.
Si estos números no coinciden, el derecho queda invalidado.

sistema de ficheros  m  Sistema encargado de gestionar el conjunto de ficheros contenidos
en un mismo dispositivo de almacenamiento.

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Bibliografía

Bibliografía básica

Silberschatz, A.; Galvin, P.; Gagne, G. (2008). Operating Systems Concepts (8.ª edición).
John Wiley & Sons.

Tanembaum, A. (2009). Modern Operating Systems. Prentice-Hall.
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