Prácticamente para todos los efectos, un directorio se comporta como un archivo, con la característica de que sus registros son de longitud fija. A pesar de lo comentado anteriormente, el contenido de los directorios no apunta directamente a los bloques de datos de los archivos o subdirectorios que dependen de él, sino a unas tablas (i-nodos) separadas de la estructura. Es desde estas tablas desde las que se apunta a los bloques físicos de los archivos dentro del disco.

      Cada registro en el directorio tiene una longitud de 16 bytes de los que:

• Los dos primeros contienen un apuntador (en binario) a la tabla de los i-nodos (i-number).
• Los catorce restantes contienen el nombre del archivo o subdirectorio (el número bytes por registro depende de la versión del UNIX, ya que hay versiones en que la longitud del nombre de un archivo puede llegar a 255 bytes).

      Cualquier directorio contiene un mínimo de dos entradas:
• Una referencia a sí mismo (.).
• Una referencia al directorio de que dependo o directorio padre (..), salvo en el directorio raíz que, al ser el comienzo de la estructura, esta referencia es también sobre sí mismo.

      El conjunto formado por la estructura de archivos y directorios y las tablas de inodos, se denomina Sistema de Archivos o File System. Cada sistema de archivos está residente en un soporte físico, normalmente disco magnético, pero si el disco es de gran capacidad puede dividirse en varios discos lógicos o "particiones", cada uno de los cuales sería un sistema de archivos independiente. En el caso de que el sistema disponga más de un disco físico, cada uno será forzosamente un file system. Por lo tanto se puede asociar el concepto de sistema de archivos al de disco lógico o partición de disco.

      Es importante no perder la idea de que, aparte de otros componentes que se verán más adelante, cada sistema de archivos dispondrá de su propia tabla de i-nodos que apuntarán a los bloques de datos de los archivos y directorios contenidos en él.

      El sistema de archivos que contiene el directorio raíz (normalmente el primer disco o la primera partición del primer disco en su caso) es el principal. En principio, cuando se carga el sistema operativo, la única parte accesible de la estructura es la contenida en el file system principal. Para poder acceder a la información contenida en los restantes sistemas de operación es necesario realizar una operación denominada "montaje". Esta operación consiste en enlazar cada sistema de archivos con directorios vacíos de la estructura principal. A partir de ese momento, los archivos y directorios de los sistemas de archivos secundarios figurarán dentro de la estructura, colgando del directorio de montaje.

      Una vez montado todos los sistemas de archivos, la estructura es única, por lo que el disco o la partición en que esté físicamente un determinado archivo, es transparente para el usuario. La función de montaje y desmontaje de los sistemas de archivo es, normalmente, realizada por el administrador del sistema.

      El sistema de archivos, o file system, de UNIX está caracterizado por:

• una estructura jerárquica,
• tratamiento consistente de los datos,
• la habilidad de crear y borrar archivos,
• crecimiento dinámico de archivos,
• la protección de los datos,
• el tratamiento de los dispositivos periféricos como archivos.

      Cada sistema de archivos consta fundamentalmente de las siguientes partes:

Bloque de carga:

Este bloque, que es el primero de cada sistema (bloque cero), está reservado para un programa de carga. El bloque cero no tiene ningún significado en el sistema de archivos. Toda la información del sistema comienza en el bloque uno del dispositivo. Sólo se utiliza en el sistema de archivos principal.

Súper bloque:

El súper bloque es el bloque uno del dispositivo. Este bloque contiene información sobre el sistema de archivos, tales como su tamaño en bloques, el nombre del sistema de archivos, número de bloques reservados para i-nodos, la lista de i-nodos libres y el comienzo de la cadena de bloques libres. También contiene el nombre del volumen, momento de la última actualización y tiempo del último backup. Siempre reside en un bloque de 512 bytes.

I-nodos:

A continuación del súper bloque están situados los bloques que contienen los i-nodos. El número de bloques de i-nodos varía dependiendo del número de bloques del sistema de archivos. El número de i-nodos está especificado en el súper bloque. Es una tabla que contiene información sobre las características de los archivos. Esencialmente es el bloque de control de los archivos. Hay un i-nodo por cada directorio y archivo del sistema de archivos. El i-nodo contiene una descripción del directorio o archivo, así como el lugar físico que ocupan sus bloques de datos. Los i-nodos sólo apuntan a los archivos o directorios de su mismo sistema de archivos.

Bloques de datos:

El resto del espacio del dispositivo lógico consta de bloques de datos. Bloques de datos que contienen los datos actualmente almacenados en los archivos. Algunos bloques de datos sirven como bloques indirectos, conteniendo números de bloques (direcciones) de grandes archivos.

      El sistema de archivos está organizado en una estructura jerárquica. Este sistema jerárquico permite agrupar la información de los usuarios de una forma lógica. Permite manipular eficientemente un grupo de archivos como una sola unidad. No tiene ninguna limitación en su desarrollo, permitiendo un crecimiento dinámico tanto en su número como en su tamaño. El UNIX trata a los archivos de entrada o de salida del mismo modo que cualquier otro archivo. Los usuarios deberán "caminar" a través del árbol hasta encontrar el archivo deseado. Dentro del UNIX el usuario puede acceder a cuatro clases de archivos:
• Directorios.
• Ordinarios.
• Especiales.
• Fifo (Pipes).

      Los directorios y los archivos ordinarios han sido ya comentados. Los archivos especiales se verán más adelante.

      Cuando se intenta acceder a la información contenida en un archivo, el sistema accede al directorio al que pertenece y busca su nombre secuencialmente. Una vez encontrado toma el i-number asociado a ese archivo y con él accede a la entrada correspondiente a la tabla de i-nodos, que contendrá toda la información correspondiente a ese archivo excepto su nombre. Con esta información ya puede acceder físicamente a los bloques de datos dentro del sistema de archivos.

      Esta forma de acceder físicamente a los bloques de datos puede parecer más compleja que la utilizada en otros sistemas operativos en los que se accede directamente con la información existente en el directorio, sin necesidad de tablas de i-nodos ni nada por el estilo, sin embargo presenta algunas ventajas. Por ejemplo, si en un directorio se añade una entrada con un nombre de archivo cualquiera, pero con un i-number ya utilizado en otro directorio, se podrá acceder a los mismos bloques de datos desde los dos directorios e incluso con diferente nombres de archivos. En este caso se dice que existe un enlace entre ellos.

      El UNIX mantiene la siguiente información para cada archivo; en la tabla de i-nodos:

• Localización.
• Tamaño.
• Cuántos enlaces tiene el archivo.
• Propietario.
• Permisos de acceso.
• Identificación de si es o no archivo.
• Fecha de creación.
• Fecha de modificación.
• Fecha de último acceso.

      Además, cada i-nodo contiene diez punteros directos con la dirección de los diez primeros bloques de datos, un puntero indirecto simple con la dirección de un bloque que contiene punteros directos, que a su vez apuntan a bloques de datos; un puntero indirecto doble que apunta a un bloque con punteros indirectos simples, que apuntan a bloques con punteros directos y éstos a bloques de datos; y un puntero indirecto triple. En la figura 7 se ve un ejemplo gráfico de esta estructura.

      Además de los archivos normales de datos, dentro de la estructura de un sistema UNIX existen unos archivos especiales. Los nombres de estos archivos identifican los dispositivos físicos hardware del equipo:
• Discos magnéticos
• Cintas magnéticas
• Terminales
• Líneas de comunicaciones
• Etc.

      Cada tipo de dispositivo tiene un controlador responsable de comunicarse con este dispositivo. Dentro del sistema hay una tabla que apunta a los diferentes controladores de los dispositivos. Todos los dispositivos son tratados como archivos. Existen archivos especiales para cada línea de comunicaciones, disco, unidad de cinta magnética, memoria principal, etc. Estos archivos en realidad están vacíos. Tienen por misión asociar entre sí los dispositivos y sus respectivos drivers. El sistema emplea dos números enteros, denominados número principal (14 bits) y número secundario (18 bits) y almacenados en el i-nodo del archivo, para acceder al dispositivo asociado.

      El número principal identifica una clase de dispositivo (en realidad identifica al driver de dicha clase como pueden ser terminales, impresoras, discos, etc.) y el número secundario identifica a un elemento de dicha clase (un terminal específico, un disco concreto, ...).

      Las ventajas de tratar las unidades de entrada/salida de esta forma son:

• Los archivos y dispositivos son tratados lo más similarmente posible.
• Los nombres de ambos son pasados a los programas de la misma forma.
• Los archivos especiales están sujetos al mismo tipo de protección de acceso que los archivos y directorios ordinarios.

/bin	Contiene muchos de los archivos ejecutables correspondientes a los comandos.
/usr/bin	Contiene también ejecutables del mismo tipo.
/usr/include	Contiene librerías de lenguaje C. Muy útil para los programadores.
/dev	Contiene archivos especiales asociados con dispositivos de entrada/salida.
/etc	Contiene entre otros, archivos ejecutables usados por el administrador.
/tmp	Utilizado para crear archivos temporales y de pruebas. Es borrado periódicamente por el sistema de forma automática.

      Cada archivo y directorio creado en UNIX tiene un propietario, normalmente la persona que lo ha creado. Ese propietario pertenece además a un grupo de usuarios. El propietario del archivo o directorio puede asignar varios tipos de permisos, para permitir o denegar el acceso al archivo o directorio. Los tipos de permisos de acceso son:

Archivos:

Lectura (r)	Permitiría su acceso para lectura.
Escritura (w)	Permitiría su actualización.
Ejecución (x)	Permite que el archivo pueda ser usado como comando shell.

Directorios:

Lectura (r)	Permite ver su contenido.
Escritura (w)	Permite crear o borrar archivos bajo él.
Ejecución (x)	Permite accederse a él.

      Cada usuario puede especificar el permiso de acceso a sus archivos, seleccionando la adecuada combinación de tipos de permisos, con el fin de permitir o denegar el acceso a tres niveles de usuarios (propietario, usuarios de su grupo, y el resto de usuarios).

5. Consideraciones sobre el hardware

      La ejecución de procesos de usuario en sistemas UNIX se divide en dos niveles: usuario y kernel. Cuando un proceso ejecuta una llamada al sistema, el modo de ejecución cambia del modo usuario a modo kernel: el sistema operativo ejecuta y atiende el servicio requerido por el usuario, devolviendo un código de error si falla. Incluso si el usuario no hace una petición explícita de los servicios del sistema operativo, el sistema operativo continúa realizando operaciones que relacionan a los procesos de usuario, manipulando interrupciones, planificando procesos, administrando la memoria, etc. Muchas arquitecturas (y sus sistemas operativos) soportan más niveles que los dos descritos, pero estos dos modos, usuario y kernel, son suficientes para los sistemas UNIX.

      Las diferencias entre los dos modos son:

• Los procesos en el modo usuario pueden acceder a sus propias instrucciones y datos pero no a las instrucciones y datos del kernel (o los de otros procesos). Los procesos en el modo kernel, sin embargo, pueden acceder a las direcciones del kernel y del usuario.
• Algunas instrucciones máquina están privilegiadas y producen error si se ejecutan en modo usuario.

5.1 Interrupciones y excepciones:

      El sistema UNIX permite a dispositivos tales como los periféricos de entrada/salida o el reloj del sistema interrumpir la CPU asíncronamente. Al recibir una interrupción, el kernel salva el contexto (una imagen de lo que el proceso estaba haciendo), determina la causa de la interrupción y la atiende. Después de que el kernel atienda a la interrupción, restaura el entorno y el proceso interrumpidos como si no hubiese pasado nada. El hardware normalmente asigna prioridades a los dispositivos según el orden que se quiera dar a las interrupciones para manejarlas: cuando el kernel atiende a una interrupción, bloquea las interrupciones con menor prioridad pero atiende a las interrupciones con mayor prioridad.

      Una condición de excepción se refiere a eventos inesperados causados por un proceso, como un direccionamiento ilegal a memoria, ejecución de instrucciones privilegiadas, división por cero, etc. Son distintas de las interrupciones, las cuales están causadas por eventos externos al proceso. Las excepciones suceden en mitad de la ejecución de una instrucción y el sistema intenta restaurar la instrucción después de manejar la excepción; las interrupciones suceden entre la ejecución de dos instrucciones y el sistema continúa con la siguiente instrucción después de atender la interrupción. El sistema UNIX usa un mecanismo para manejar interrupciones y condiciones de excepción.

5.2 Niveles de ejecución:

      El kernel debe normalmente prevenir una interrupción durante una actividad crítica, lo cual puede resultar en datos erróneos si la interrupción tiene lugar. Por ejemplo, el kernel no debe querer recibir una interrupción de disco mientras está manipulando listas enlazadas, porque el atender a la interrupción puede corromper los punteros. Las computadoras normalmente tienen un conjunto de instrucciones privilegiadas que colocan el nivel de ejecución de procesos en el estado del proceso. Colocando el nivel de ejecución de procesos a unos determinados valores se inhabilitan las interrupciones desde un nivel hacia abajo, permitiendo sólo las interrupciones de un nivel superior. La figura 9 muestra un ejemplo de un conjunto de niveles de ejecución. Si el kernel inhabilita las interrupciones de disco, todas las interrupciones excepto las interrupciones de reloj y las de error de máquina están inhabilitadas. Si se inhabilita las interrupciones de software, todas las demás pueden ocurrir.

Figura 9. Ejemplo de prioridades de las interrupciones.

5.3 Administración de la memoria: