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Introducción

Los sistemas de archivos son una parte fundamental de cualquier sistema operativo, encargados de gestionar cómo se almacenan y recuperan los datos en los dispositivos de almacenamiento. En esta sección, exploraremos los conceptos básicos de los sistemas de archivos, sus estructuras y cómo funcionan.

Conceptos Básicos

¿Qué es un Sistema de Archivos?

Un sistema de archivos es una metodología y estructura de datos que un sistema operativo utiliza para controlar cómo se almacenan y recuperan los datos. Sin un sistema de archivos, la información almacenada en un medio de almacenamiento sería un gran bloque de datos sin ninguna manera de saber dónde termina un dato y comienza otro.

Funciones de un Sistema de Archivos

Organización de Datos: Proporciona una manera de organizar los datos en archivos y directorios.
Gestión de Espacio: Administra el espacio de almacenamiento disponible en el dispositivo.
Seguridad y Permisos: Controla el acceso a los archivos mediante permisos y políticas de seguridad.
Recuperación de Datos: Facilita la recuperación de datos en caso de fallos del sistema.

Tipos de Sistemas de Archivos

Sistemas de Archivos Comunes

Sistema de Archivos	Descripción	Uso Común
FAT32	Sistema de archivos antiguo, compatible con muchos sistemas operativos.	Dispositivos de almacenamiento extraíbles (USB, tarjetas SD).
NTFS	Sistema de archivos moderno con soporte para permisos y cifrado.	Windows.
ext4	Sistema de archivos extendido, común en sistemas Linux.	Distribuciones Linux.
HFS+	Sistema de archivos utilizado por macOS antes de APFS.	macOS (versiones anteriores a High Sierra).
APFS	Sistema de archivos moderno de Apple con soporte para SSD.	macOS (High Sierra y posteriores).

Comparación de Sistemas de Archivos

Característica	FAT32	NTFS	ext4	HFS+	APFS
Tamaño Máximo de Archivo	4 GB	16 TB	1 EB	8 EB	8 EB
Tamaño Máximo de Volumen	8 TB	256 TB	1 EB	8 EB	8 EB
Soporte de Permisos	No	Sí	Sí	Sí	Sí
Soporte de Cifrado	No	Sí	No	No	Sí
Compatibilidad	Alta	Media	Media	Baja	Baja

Estructura de un Sistema de Archivos

Bloques y Clusters

Bloques: La unidad mínima de almacenamiento en un sistema de archivos.
Clusters: Un grupo de bloques que se gestionan juntos. Los sistemas de archivos utilizan clusters para mejorar la eficiencia de la gestión del espacio.

Directorios y Archivos

Directorios: Estructuras que contienen referencias a archivos y otros directorios.
Archivos: Contenedores de datos que pueden ser de cualquier tipo (texto, binario, etc.).

Tabla de Asignación de Archivos (FAT)

Un ejemplo de estructura de sistema de archivos es la Tabla de Asignación de Archivos (FAT), que mantiene un registro de todos los clusters utilizados por cada archivo.

Cluster 1 -> Archivo A
Cluster 2 -> Archivo B
Cluster 3 -> Archivo A
Cluster 4 -> Archivo C
...

Inodos

En sistemas de archivos como ext4, se utilizan inodos para almacenar información sobre archivos y directorios. Un inodo contiene:

Permisos de archivo
Propietario del archivo
Tamaño del archivo
Tiempos de acceso y modificación
Punteros a los bloques de datos

Ejemplo Práctico: Creación y Montaje de un Sistema de Archivos en Linux

Paso 1: Crear un Sistema de Archivos

# Crear un archivo de 100 MB para usar como disco
dd if=/dev/zero of=disk.img bs=1M count=100

# Crear un sistema de archivos ext4 en el archivo
mkfs.ext4 disk.img

Paso 2: Montar el Sistema de Archivos

# Crear un directorio para montar el sistema de archivos
mkdir /mnt/mydisk

# Montar el archivo como un sistema de archivos
sudo mount -o loop disk.img /mnt/mydisk

Paso 3: Verificar el Montaje

# Listar el contenido del directorio montado
ls /mnt/mydisk

Paso 4: Desmontar el Sistema de Archivos

# Desmontar el sistema de archivos
sudo umount /mnt/mydisk

Ejercicio Práctico

Ejercicio 1: Crear y Montar un Sistema de Archivos

Crear un archivo de 50 MB para usar como disco.
Crear un sistema de archivos FAT32 en el archivo.
Montar el archivo en un directorio de tu elección.
Crear un archivo de texto dentro del sistema de archivos montado.
Desmontar el sistema de archivos.

Solución

# Paso 1: Crear un archivo de 50 MB
dd if=/dev/zero of=disk_fat32.img bs=1M count=50

# Paso 2: Crear un sistema de archivos FAT32
mkfs.vfat disk_fat32.img

# Paso 3: Montar el archivo
mkdir /mnt/myfat32disk
sudo mount -o loop disk_fat32.img /mnt/myfat32disk

# Paso 4: Crear un archivo de texto
echo "Hola, Sistema de Archivos FAT32!" > /mnt/myfat32disk/hola.txt

# Paso 5: Desmontar el sistema de archivos
sudo umount /mnt/myfat32disk

Conclusión

En esta sección, hemos explorado los conceptos básicos de los sistemas de archivos, sus tipos y estructuras. También hemos aprendido a crear y montar un sistema de archivos en Linux. Estos conocimientos son fundamentales para comprender cómo los sistemas operativos gestionan el almacenamiento y la recuperación de datos. En la próxima sección, profundizaremos en las estructuras de directorios y cómo se organizan los archivos dentro de un sistema de archivos.

Sistemas de Archivos