so: organización de archivos
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Sistemas Operativos I
Organización de archivos
Angel Vázquez-Patiñ[email protected]
Departamento de Ciencias de la ComputaciónUniversidad de Cuenca
11 de abril de 2016
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Organización de archivos
● Se comprende rasgos de un directorio jerárquico
● Es necesario analizar la semántica● Abstracción de sistemas de archivos a
sobrevivido a todas las generaciones● Información cruda -> archivos -> directorios● Formato pertinente al tipo de información que
representa
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Organización de archivos
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Concepto de archivoOrganización de archivos
Control de accesoSistemas de archivos remotos
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Concepto de archivoOrganización de archivos
Control de accesoSistemas de archivos remotos
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Concepto de archivo
● Tipo de datos abstracto (como interfaz orientada a objetos)
● Para el usuario, unidad lógica mínima● Volumen
– Directorio● Archivo
● Identificados por una ruta (path)
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Concepto de archivo
Operaciones con archivosTablas de archivos abiertos
Acceso concurrente: bloqueo de archivosTipos de archivo
Estructura de los archivos y métodos de accesoArchivos especiales
Transferencias orientadas a bloques
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Concepto de archivo
Operaciones con archivosTablas de archivos abiertos
Acceso concurrente: bloqueo de archivosTipos de archivo
Estructura de los archivos y métodos de accesoArchivos especiales
Transferencias orientadas a bloques
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Operaciones con archivos
● Borrar● Abrir: verificar si existe o puede ser creado
(fopen()).– Descriptor de archivo: ientifica la relación entre el proceo
y el archivo en cuetión
– Las operaciones se realizan sobre el descriptor de archivo, no con su nombre o ruta
● Cerrar: (fclose())
● Leer: Pedazo a pedazo (fread() readline())
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Operaciones con archivos
● Escribir: (fwrite())
● Reposicionar: apuntador (fseek())
Operaciones no son únicas. Depende del SO.
Analogía
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Concepto de archivo
Operaciones con archivosTablas de archivos abiertos
Acceso concurrente: bloqueo de archivosTipos de archivo
Estructura de los archivos y métodos de accesoArchivos especiales
Transferencias orientadas a bloques
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Tablas de archivos abiertos
● SO y procesos mantienen tablas de archivos abiertos
● Presenta al proceso por medio del descriptor de archivo
● SO hace– Conteo de usuarios del archivo
– Modos de acceso: puede negar operaciones (inconsistencias)
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Tablas de archivos abiertos
● SO y procesos mantienen tablas de archivos abiertos
● Presenta al proceso por medio del descriptor de archivo
● SO hace– Ubicación en disco: para evitar que cada proceso
tenga que consultar las tablas de disco
– Información de bloqueo: cuando los modos de acceso del archivo requieran protección mutua
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Tablas de archivos abiertos
● SO y procesos mantienen tablas de archivos abiertos● Presenta al proceso por medio del descriptor de
archivo● Proceso necesita
– Descriptor de archivo: relación nombre de archivo abierto - identificador numérico que maneja el proceso. Un archivo abierto por varios procesos tendrá descriptores de archivo distintos en cada uno de ellos
– Permisos
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Concepto de archivo
Operaciones con archivosTablas de archivos abiertos
Acceso concurrente: bloqueo de archivosTipos de archivo
Estructura de los archivos y métodos de accesoArchivos especiales
Transferencias orientadas a bloques
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Acceso concurrente: bloqueo de archivos
● Nomenclatura– Compartido, shared lock: <=> bloqueo para lectura
– Exclusivo, exclusive lock: para un solo proceso
● Mecanismos de bloqueo– Mandatory locking: SO restringe acceso a todos los
demás procesos
– Advisory locking: manejado cooperativamente entre procesos
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Acceso concurrente: bloqueo de archivos
● No todos los SO implementan las cuatro combinaciones (compartido mandatorio, o compartido consultivo, exclusivo mandatorio y exclusivo consultivo)
● Windows: bloqueo obligatorio● Unix: bloqueo consultivo● E.g., compilación archivo LaTeX mientras el
archivo PDF está abierto
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Concepto de archivo
Operaciones con archivosTablas de archivos abiertos
Acceso concurrente: bloqueo de archivosTipos de archivo
Estructura de los archivos y métodos de accesoArchivos especiales
Transferencias orientadas a bloques
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Tipos de archivo
● Tres estrategias para que el SO reconozca el tipo de un archivo
● Extensión Windows (e.g. problema troyanos)● Números mágicos: Unix, huellas digitales
– GIF, archivo inicia con GIF87a o GIF89a
– PostScript, %!
– PDF, %PDF
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Tipos de archivo
● Tres estrategias para que el SO reconozca el tipo de un archivo
● Extensión Windows (e.g. problema troyanos)● Números mágicos: Unix, huellas digitales
– Caso especial, hashbang (#!), como ejecutable usando como intérprete al comando indicado inmediatamente después
SO invoca al programa/usr/bin/bash, y leespecifica como argumentoal archivo en cuestión
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Tipos de archivo
● Tres estrategias para que el SO reconozca el tipo de un archivo
● Extensión Windows (e.g. problema troyanos)● Números mágicos: Unix, huellas digitales● Metadatos externos
– Apple separaba en dos forks (diferente en la actualidad)
– 1) data fork
– 2) resource fork, información del archivo
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Concepto de archivo
Operaciones con archivosTablas de archivos abiertos
Acceso concurrente: bloqueo de archivosTipos de archivo
Estructura de los archivos y métodos de acceso
Archivos especialesTransferencias orientadas a bloques
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Estructura de los archivos y métodos de acceso
● Acceso secuencial– Típicamente se emplea este mecanismo de lectura
para leer a memoria código (programas o bibliotecas) o documentos, sean enteros o fracciones de los mismos
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Estructura de los archivos y métodos de acceso
● Acceso aleatorio– SQLite
– Seek()
– Eficiencia
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Estructura de los archivos y métodos de acceso
● Acceso relativo a índice– Tamaño variable
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Concepto de archivo
Operaciones con archivosTablas de archivos abiertos
Acceso concurrente: bloqueo de archivosTipos de archivo
Estructura de los archivos y métodos de accesoArchivos especiales
Transferencias orientadas a bloques
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Archivos especiales
● Abstracción de archivo, fácil manejo y compresión● Se comenzó a usar para otras cosas● Unix, todo es un archivo
– Archivo estándar
– Objetos del sistema de archivos: información acerca del sistema de archivos
– Dispositivos
– Comunicación entre procesos: intercambio de información entre procesos
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Concepto de archivo
Operaciones con archivosTablas de archivos abiertos
Acceso concurrente: bloqueo de archivosTipos de archivo
Estructura de los archivos y métodos de accesoArchivos especiales
Transferencias orientadas a bloques
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Transferencias orientadas a bloques
● Un sistema de archivos es la representación que se da a un conjunto de archivos y directorios sobre un dispositivo de bloques (i.e. para cualquier transferencia desde o hacia él, responderá con un bloque de tamaño predefinido)
● Todas las transferencias de datos desde cualquiera de los discos serán de un múltiplo del tamaño de bloques, definido por el hardware (típicamente 512 bytes).
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Transferencias orientadas a bloques
● Al leer solamente un registro de 75 bytes (e.g.), el SO lee el bloque completo y probablemente lo mantiene en un caché en la memoria principal
● Si en vez de una lectura, la operación fue una escritura, y el sector a modificar no ha sido leído aún a memoria (o fue leído hace mucho), el sistema tendrá que leerlo nuevamente, modificarlo en memoria, y volver a guardarlo a disco
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Concepto de archivoOrganización de archivos
Control de accesoSistemas de archivos remotos
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Organización de archivos
● Decenas de miles de archivos● Organización
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Organización de archivos
Evolución del concepto de directorioOperaciones con directorios
Montaje de directorios
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Organización de archivos
Evolución del concepto de directorioOperaciones con directorios
Montaje de directorios
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Evolución del concepto de directorio
● Es común identificar directorios jerárquicos● No siempre fue así
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Evolución del concepto de directorio
Convenciones de nomenclatura● Unix (MacOS, Android): /● Windows: \● MacOS (antes): :
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Evolución del concepto de directorio
Sistema de archivos plano● Debido al limitado espacio de almacenamiento● Y no se tenían concepto de separación,
permisos y privilegios● Aún no ha desaparecido, Amazon S3: objetos y
cubetas.● Sistemas que simulaban “ramas” con etiquetas
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Evolución del concepto de directorio
Directorios de profundidad fija● Un solo nivel● Raíz: MFD (master file directory)● Directorios derivados: UFD (user file directory)
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Evolución del concepto de directorio
Directorios estructurados en árbol● Jerarquía ilimitada● Nacen las search path
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Evolución del concepto de directorio
Directorio como grafo dirigido● En Unix se implementa por dos mecanismos
1)Enlaces duros
2)Enlaces simbólicos
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Evolución del concepto de directorio
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Evolución del concepto de directorio
● Dos entradas especiales en todo directorio para mantener navegabilidad
1) .2) ..
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Evolución del concepto de directorio
Ubicación actual: usr2Referenciar a test.c../usr1/test.c
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Organización de archivos
Evolución del concepto de directorioOperaciones con directorios
Montaje de directorios
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Operaciones con directorios
● También tipos de datos abstractos con algunas operaciones definidas
● Abrir y cerrar: opendir(), closedir()● Listado de archivos: readdir()● Buscar un elemento● Crear, eliminar o renombrar un elemento: fopen(), remove() y rename()
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Operaciones con directorios
Recorrido de directorios● Diferencias de referenciación, archivos planos,
estructura jerárquica● Pueden haber ciclos infinitos
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Operaciones con directorios
Recorrido de directorios
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Operaciones con directorios
Recorrido de directorios● Por ejemplo para respaldar /home/jose/proyecto
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Operaciones con directorios
Recorrido de directorios● Solución
– Indexado basado en i-nodo (número único por volumen)– Identifica sin ambigüedad a cada archivo
si el i-nodo de jose fuera 105, al consultar a los miembros de miembros, el sistema encontrará que su primer entrada apunta al i-nodo 105, por lo cual la registraría sólo como un apuntador a datos ya archivados, y continuaría con la segunda entrada del directorio (pedro).
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Organización de archivos
Evolución del concepto de directorioOperaciones con directorios
Montaje de directorios
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Montaje de directorios
● Para usar un directorio● Montar: ubicarlo en algún punto del árbol de
archivos visible al sistema y usuario● Razones (distintos sistemas de archivos)
– Distintos medios físicos
– Diferentes usos esperados
– Abstracciones de sistemas no-físicos
– Razones administrativas
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Montaje de directorios
● En sistemas Unix● Puntos de montaje
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Montaje de directorios
● En sistemas Windows● Cada volumen identificado tiene su propio
identificador de volumen
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Montaje de directorios
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Concepto de archivoOrganización de archivos
Control de accesoSistemas de archivos remotos
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Control de acceso
● Qué puede y que no puede hacerse● Usuarios y clases de usuarios (grupos)● Muchos esquemas, tres se analizarán
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Control de acceso
Sistemas FATModelo tradicional Unix
Listas de control de acceso
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Control de acceso
Sistemas FATModelo tradicional Unix
Listas de control de acceso
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Sistemas FAT
● File Allocation Table● Uno de los más usados● Simple y para dispositivos limitados
– Volúmenes de 150 KB a 10s de GB
● En cada entrada de un directorio FAT el byte número 12 guarda información para el control de acceso
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Sistemas FAT
● En cada entrada de un directorio FAT el byte número 12 guarda información para el control de acceso– Oculto
– Sólo lectura
– Sistema: fragmentación. Indica al SO que no debe mover ni fragmentar el archivo
– Archivado: MS-DOS. Cuando se modificaba el atributo se retiraba
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Sistema FAT
● El byte fue extendido en algunos casos para más necesidades
● En MS-DOS no se hacía diferencia entre lectura y ejecución– MS-DOS basa su ejecución en la extensión
– Sistema concebido como monousuario (sin sentido condicionar a sólo lectura)
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Control de acceso
Sistemas FATModelo tradicional Unix
Listas de control de acceso
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Modelo tradicional Unix
● Unix: un usuario puede ser de uno o más grupos● Cada objeto describe sus permisos de acceso
por 9 bits, y con el identificador de su usuario y grupo propietarios
● Tres grupos (de tres bits cada uno):1)Usuario (rwx; lectura, escritura y ejecución)
2)Grupo
3)Otros
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Modelo tradicional Unix
● El bit anterior a los 9 que controlan el acceso:● - archivo normal
● d directory
● l link
● s sockets
● p pipes
● b dispositivos de bloque
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Modelo tradicional Unix
● Para directorios el mismo sistema de permisos– Escritura: quiénes pueden crear o eliminar archivos
dentro del directorio
– Lectura: quiénes pueden ver la lista de archivos
– Ejecución: quiénes pueden entrar al directorio
Vea los comandoschmod y chattr
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Control de acceso
Sistemas FATModelo tradicional Unix
Listas de control de acceso
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Listas de control de acceso
● Desventaja del modelo Unix– El administrador debe indicar los permisos
● Windows derivados de NT
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Listas de control de acceso
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Listas de control de acceso
Desventajas● Todos los permisos guardados junto con el i-nodo
(acceso ligeramente mayor)● Más difícil presentar listado compacto y completo de
permisos de archivos (complejo para administrador)● Ambigüedades: política de resolución a priori. E.g.,
usuario de dos grupos, para un grupo aprobación de escritura y para el otro grupo no, ¿qué hacer?
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Concepto de archivoOrganización de archivos
Control de accesoSistemas de archivos remotos
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Sistemas de archivos remotos
● Principal y primeros usos de red: transferencia de archivos (programas parecidos a ftp)
● Mediados 80s: implícito y automático, sistemas de archivos sobre red
● SO: presentar como si archivos fueran locales
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Sistemas de archivos remotos
Network File System (NFS)Common Internet File System (CIFS)
Sistemas de archivos distribuidos: Andrew File System
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Sistemas de archivos remotos
Network File System (NFS)
Common Internet File System (CIFS)
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Sistemas de archivos remotos
Network File System (NFS)Common Internet File System (CIFS)
Sistemas de archivos distribuidos: Andrew File System
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Network File System (NFS)
● Sun Microsystems● 1984, parte de su sistema operativo (SunOS,
luego Solaris)● Gracias al éxito, implementada en todo sistema
Unix
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Network File System (NFS)
● Funciona sobre RPC (Remote Procedure Call)● Comparable con DCE/RPC, DCOM, SOAP y
XML-RCP● Permite al programador delegar un servicio el
manejo de las conexiones de red– Persistencia de sesiones
– Limitar su atención a una conexión virtual establecida
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Network File System (NFS)
● Motivación para creación: aprovechar el HW ya común en dicha época, centralizar administración
● Ofrecer las facilidades para contar con redes donde hubiera un servidor de archivos, y donde las estaciones de trabajo tuvieran únicamente una instalación básica, y el entorno de usuario completo estuviera disponible en cualquiera de las estaciones
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Network File System (NFS)
● Cumple una semántica Unix– Montar y usar como local
– Todo el resto se maneja como si fueran archivos locales
● Protocolo ligero: no implementa cifrado ni verificaciones adicionales
● Sun ofrecía NIS (Network Information System)– Autenticación y listas de usuarios
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Network File System (NFS)
● Desventaja sin NIS– Permisos según identificador numérico de usuario
– El mismo usuario en diferentes sistemas tiene distintos identificadores
– Autenticación por IP, usurpación de identidad
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Sistemas de archivos remotos
Network File System (NFS)Common Internet File System (CIFS)
Sistemas de archivos distribuidos: Andrew File System
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Common Internet File System (CIFS)
● Equivalente NFS en Windows (primero como SMB)● Para tener acceso a un volumen
– NET USE W:\\servidor\directorio
– Aparecerá directorio en el equipo conocido como servidor en el árbol Mi PC
● Implementación en Unix, SAMBA– Ingeniería inversa
– Implementación de referencia
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Sistemas de archivos remotos
Network File System (NFS)Common Internet File System (CIFS)
Sistemas de archivos distribuidos: Andrew File System
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Sistemas de archivos distribuidos: Andrew File System
● Los dos sistemas anteriores están basados en Cliente-Servidor
● AFS pretende que todos los clientes se compartan información entre sí (robustez)
● Autenticación con tickets Kerberos– Pide archivo, copia local
– Guardar, aviso a los demás usuarios del archivo
● Cambios no visibles de inmediato
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Términos importantes
● Enlaces duros y simbólicos● Operaciones con directorios● Montaje de directorios● Control de acceso en sistemas basados en
Unix
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Revisar
● Wolf, G., Ruiz, E., Bergero, F., Meza, E., 2015. Fundamentos de Sistemas Operativos, 1st ed. Universidad Nacional Autónoma de México, México D.F., México. Ejercicios del capítulo 6.
● Enlaces duros y simbólicos en Unix● Control de acceso en GNU/Linux● Montaje de directorios
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Trabajos de investigación
● Sistemas de archivos distribuidos
● Se entrega● Documento de máximo dos páginas● Presentación oral de máximo 20 minutos
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Fuente
● Wolf, G., Ruiz, E., Bergero, F., Meza, E., 2015. Fundamentos de Sistemas Operativos, 1st ed. Universidad Nacional Autónoma de México, México D.F., México.