Inf014 - Sistemas Operativos i - Guia

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MD_F_CGD_R_001/02_01Modalidad Tutorial a DistanciaSistemas Operativos I

Departamento de Ciencias InformticasLic. en Sistemas

Materia: Sistemas Operativos ITutor de Materia: Lic. Bernardo Gonzalez Kriegel

Tutor de Carrera: Jorge CassiDirector de Departamento: Alejandro Tiraboschi

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1- Datos del Tutor Licenciado en Fsica, Universidad Nacional de Crdoba Responsable del rea de Desarrollo Web, Instituto Universitario Aeronutico Docencia Universitaria de las asignaturas

o Sistemas Operativos y Redes de Computadoraso Taller de Algoritmos y Estructuras de Datos Administrador de Redeso Nodo Crdoba de la RIU (Red Inter. Universitaria) (2000)o Universidad Nacional de Crdoba (2003) Consultor y asesor de empresas de Crdoba Capital

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2- Carta al AlumnoEstimado AlumnoLa presente materia, Sistemas Operativos, junto con una asignatura previa de Arquitecturade Computadoras y una posterior de Redes de Computadoras, nos permite encadenar entresi tres conceptos fundamentales: como estn hechas las computadoras (hardware), comooperan (sistemas operativos) y como se comunican entre ellas (redes). Es fundamental parasu desarrollo como profesional de la informtica una clara comprensin los tres aspectos.En esta asignatura procurar orientarlo para que adquiera los conceptos fundamentales delos Sistemas Operativos. Es claro que sin ellos, las computadoras no serviran para cimentarla presente revolucin de la informacin de nuestro siglo 21. Es claro adems que unacomprensin acabada de cmo operan nos permitir optimizar nuestro trabajo comoprogramadores u operadores. Por otro lado, de nuestro conocimiento y opinin, puedendepender decisiones que afecten nuestro propio trabajo o la evolucin de las empresas paralas cuales trabajemos.

Los Sistemas Operativos pueden pensarse fundamentalmente como administradores derecursos, los cuales podemos resumir en tres: tiempo, espacio y comunicacin. Tiempo,porque una de su tareas es administrar eficientemente el uso del procesador. Espacio, yaque para realizar lo anterior usamos la memoria y discos rgidos para que almacenen lainformacin. Comunicacin, sin la cual no podramos interactuar con la computadora ypermitir que ellas se comuniquen entre si.

Es difcil imaginar la enorme cantidad de esfuerzo intelectual puesta a resolver de formaeficiente cada una de tareas antedichas. Ser nuestro cometido recorrer el camino que nospermita comprender que problemas se han presentado y que soluciones se han encontrado.

Es as que lo invito a recorrer ese camino, que espero encontrar interesante y estimulante,y del cual pueda sacar provecho para su desarrollo personal y profesional.

Su tutor

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MD_F_CGD_R_001/02_01Modalidad Tutorial a DistanciaSistemas Operativos I3 -Introduccin General a la Asignatura

Los Sistemas Operativos estn entre las construcciones de software mas complejasdesarrolladas en la actualidad. Si como parmetro sirve la cantidad de lneas de cdigofuente de algunos de los sistemas modernos podramos pensar en las cerca de 20 millonesde lneas de cdigo de Windows XP y las mas de 10 millones de lneas de cdigo deLINUX.

Por qu tan grandes? Algo tan voluminoso debe necesariamente ocuparse de muchastareas, pero cules?La respuesta a la ltima pregunta es lo que intentaremos responder en este curso. El sistemaoperativo es lo que se interpone entre el hardware y nosotros, permitiendo que nospreocupemos de nuestros programas, archivos y datos y nos despreocupemos del resto.

Solo por hacer una enumeracin podemos mencionar : Asignacin de tareas a la CPU Ejecucin simultnea de varias tareas Almacenamiento de informacin en discos (rgidos, flexibles, etc) Comunicacin por redEs muy probable que un curso no nos responda todas las interrogantes sobre como hacenlos sistemas operativos para resolver todos sus problemas, pero lo que si intentaremos, esdar los fundamentos necesarios para que podamos, si es necesario, profundizar sobre temasparticulares.

La propuesta es que en cada unidad, revise si es capaz de retener los conceptosfundamentales que se plantean, si puede, como le sugerimos, explicar en sus palabras losdiferentes conceptos. Si lo consigue, y contando con nuestra ayuda, habr dado losprimeros pasos necesarios para introducirse en una temtica interesantsima y muy actual.

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4 - Objetivo General del AprendizajeQue el alumno pueda reconocer y describir las funcionalidades bsicas de los sistemasoperativos, sus problemticas, estrategias y soluciones.Objetivos Particulares Comprender los objetivos fundamentales de los Sistemas Operativos Reconocer sus caractersticas fundamentales Comprender los mecanismos de administracin de recursos: CPU, memoria y

almacenamientos persistentes (discos rgidos, etc) Identificar en los sistemas operativos de uso comn las estrategias especficasimplementadas.

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MD_F_CGD_R_001/02_01Modalidad Tutorial a DistanciaSistemas Operativos I5- Esquema conceptual general de la asignatura

UnidadesSistemas Operativos

Introduccin Unidad 1

Procesos Unidad 2

Memoria Unidad 3

Archivos Unidad 4

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MD_F_CGD_R_001/02_01Modalidad Tutorial a DistanciaSistemas Operativos I6- ndice de contenidos

Unidad 1: Introduccin a los Sistemas Operativos .........................................................111- Objetivos.2- Desarrollo histrico.3- Tipos de Sistemas Operativos.4- Arquitectura de la computadora.5- Conceptos fundamentales: procesos, memoria, archivos, entrada-salida.

Unidad 2: Procesos e Hilos ................................................................................................141- Concepto de proceso.2- Modelo de estados.3- Estructuras de control.4- Modelo de Hilos.5- Control de procesos.6- Concurrencia, comunicacin y sincronizacin. Bloqueos.7- Planificacin de procesos. Algoritmos de planificacin.

Unidad 3: Administracin de Memoria ...........................................................................181- Conceptos bsicos.2- Particin y reubicacin.3- Multiprogramacin, proteccin de memoria.4- Memoria virtual, paginacin. Polticas y Algoritmos.

Unidad 4: Administracin de Archivos ............................................................................211- Organizacin, modos de acceso, atributos.2- Archivos.3- Directorios.4- Implementaciones de archivos y directorios.5- Manejo de espacio en disco.

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MD_F_CGD_R_001/02_01Modalidad Tutorial a DistanciaSistemas Operativos I7-Importancia de la Bibliografa

La bibliografa principal es el libro Sistemas Operativos de William Stallings, cuartaedicin. Es un libro en castellano, bastante reciente y que tiene un desarrollo de los temas atratar bastante exhaustivo.

En realidad se desarrolla en el libro mucho mas contenido que el que se espera que unalumno de un curso pueda adquirir. Pero esto es una caracterstica que podemos encontraren casi toda la literatura tradicional sobre el tema. Los sistemas operativos, comoherramientas complejas, son muy vastos, y un tratamiento aun superficial de todos lostpicos es extenso. Pero la ventaja de un libro como el sugerido es que nos permiteutilizarlo como manual de referencia en aquellos puntos que nos resulten de mayor inters.Como bibliografa complementaria sugerimos el libro Sistemas Operativos Modernos deAndrew Tanenbaum, tambin un texto tradicional en el tema. Este tiene la desventaja de sermas difcil de conseguir que el primero, pero con un tratamiento muy completo de lostemas.

Ambos textos son tiles adems por ser razonablemente moderno, especialmente el deStallings, lo cual nos permite consultar material sobre sistemas operativos en uso, comoWindows 2000 o LINUX.

Al desarrollar cada unidad indicaremos cuales secciones de la bibliografa son pertinentes acada unidad. Pero aun as, el nivel de profundidad requerido en cada tema deber serconsultado con el tutor.

Bibliografa ObligatoriaW. Stallings, Sistemas Operativos, 4ta. Edicin, Prentice Hall, 2001.

Bibliografa ComplementariaA.S. Tanenbaum, Sistemas Operativos Modernos, Segunda Edicin, Prentice Hall, 2001.

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MD_F_CGD_R_001/02_01Modalidad Tutorial a DistanciaSistemas Operativos I8 - Orientacin general de aprendizaje

El estudio de una materia como Sistemas Operativos requiere del alumno la capacidad deleer mucho, discriminar de lo ledo aquellos conceptos fundamentales, y retener de losmismos las ideas principales y nomenclatura tcnica apropiada para el intercambio deinformacin con sus pares.Es una rama de la informtica en la cual muchsimos individuos y empresas han invertidotiempo y esfuerzo, lo cual resulta en un cuerpo de conocimiento enorme y lleno de detalles.En esto no es diferentes a otras reas, como por ejemplo la de redes de computadoras,desarrollo de algoritmos o bases de datos.

Sin embargo, siempre hay que dar un primer paso y es este caso eso primer paso no va allevar a travs de reas dispares, pero interconectadas.Una pregunta bsica es qu son y qu hacen los sistemas operativos (Unidad 1). De lainteraccin como usuarios de los sistemas operativos encontramos que la mayor parte deltiempo estamos ejecutando programas: editores de texto, compiladores, reproductoresmultimedia, etc. Estas entidades de software son el alma del uso de las computadoras, queinternamente son tratadas por el sistema operativo como procesos. Es entonces que sededica una parte muy importante del curso (Unidad 2) al estudio de cmo se administranestas entidades.

Pero la manera en la cual el sistema operativo nos permite usar estos programas escargndolos en la memoria (Unidad 3) y a su vez esto es posible por que las tenemosdisponibles de forma persistente: programas, cdigo, imgenes y sonido se representaninternamente por medio de archivos (Unidad 4).

Es por ello que planteamos un recorrido en el cual pasaremos por averiguar que hace elsistema operativo, como lo hace y donde almacena la informacin.

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Cronograma

El cronograma sugerido se basa en una estimacin de 10 horas semanales de estudio a loslargo de las 12 semanas del curso. Es posible alcanzar los objetivos planteados en menortiempo.

Unidad Nombre Porcentaje Tiempo1 Introduccin a los

Sistemas Operativos10% 10hs

2 Procesos e Hilos 40% 50hs3 Administracin de Memoria 25% 30hs4 Administracin de Archivos 25% 30hsExamen Final

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Unidad 1: Introduccin a los Sistemas Operativos1-IntroduccinEn esta unidad comenzaremos nuestro recorrido por el mundo de los Sistemas Operativos.En ella nos acercaremos a brevemente e su historia y evolucin, importancia y misin. Esimportante destacar que es necesario tener presente los componentes mas importantes delobjeto sobre el cual el Sistema Operativo va a operar: la computadora en si. Teniendo enmente los conceptos bsicos de la arquitectura, es que veremos qu recursos debeadministrar el Sistema Operativo, que rol juega y como interacta con el usuario. Por otrolado deberemos reconocer cuales fueron los conceptos fundamentales que se desarrollarona lo largo de su evolucin: los procesos, la gestin de memoria y de recursos.2-Objetivo General Comprender la misin de los Sistemas Operativos en los sistemas informticos y su

interaccin con los componentes de la computadora. Reconocer diferentes tipos deSistemas Operativos y los conceptos fundamentales sobre los cuales operan.

3- Objetivos ParticularesAl finalizar esta unidad usted ser capaz de Definir las funciones y objetivos de los sistemas operativos Reconocer sistemas mono y multi proceso Describir los componentes bsicos de la computadora Definir el concepto de proceso Indicar los problemas bsicos de la gestin de memoria

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MD_F_CGD_R_001/02_01Modalidad Tutorial a DistanciaSistemas Operativos I4- Orientacin del Aprendizaje: Esquema Conceptual de la Unidad 1

Sistemas Operativos

Historia y desarrollo Tema 1

Arquitectura Tema 3

TiposTema 2

Procesos, Memoria Tema 4

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5- Claves de AutoaprendizajeAl finalizar esta unidad usted debera poder definir los siguientes conceptos Monotarea Multiprogramacin Tiempo compartido Procesamiento por lotes Registro del procesador Jerarqua de Memoria Interrupciones Proceso Estructura de un Sistema Operativo6-Claves de Auto evaluacinLa respuesta satisfactoria de las siguientes preguntas ser un buen indicador del aprendizajede los contenidos de la unidad, las pginas hacen referencia al texto de Stallings.

A. Cuales son las caractersticas principales del Sistema Operativo comoadministrador de recursos (p56)

B. Un sistema de procesamiento por lotes es multitarea? (p59-64)C. Cul fue la motivacin para desarrollar los sistemas de tiempo compartido?

p65-67)D. Qu fuentes de errores intentan remediarse con procesos?(p69)E. Cules son responsabilidad principales del SO en la gestin de

almacenamiento?

7-BibliografaW. Stallings, Sistemas Operativos.

Cap2: 2.1 al 2.3, para Introduccin, evolucin y logros fundamentalesCap 1: 1.1 al 1.7, para repaso (de ser necesario) de conceptos de arquitectura de

computadoras.

AlternativamenteA.Tanenbaum, Sistemas Operativos Modernos

Cap. 1: 1.1 a 1.5, para introduccin y repaso de arquitectura

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MD_F_CGD_R_001/02_01Modalidad Tutorial a DistanciaSistemas Operativos IUnidad 2: Procesos e Hilos1-IntroduccinEn esta unidad nos introducimos a uno de los principales conceptos de los sistemasoperativos modernos, cual es el de los procesos. Como los conceptos que se van a tocar sontan diversos, esta unidad ser una de las mas largas del curso. Por proceso vamos a entendera todo programa en ejecucin, veremos como hace un sistema operativo moderno paraadministrar el tiempo de la CPU entre los muchos, a veces cientos, de procesos que sepueden ejecutar en forma simultanea, que tipo de estructuras de control debe generar elsistema para la correcta administracin de los mismos, como se planifica el uso futuro delprocesador y que problemas se pueden generar por la competencia en el uso de recursos dela computadora por diferentes procesos.

Por otro lado se introduce el concepto de hilo como proceso liviano. Este concepto es muytil ya que los lenguajes modernos de programacin (Java, C#) nos permiten programar confacilidad para poder usarlos.

Por ltimo, una rica idea que siempre debemos tener en cuenta es que los procesos puedenhablar entre si, lo cual les permite intercambiar informacin, ya sea de modo local oremoto. Pero como toda charla debe ser organizada surge la problemtica de lasincronizacin y los mecanismos provistos para tratar con ella.2-Objetivo General Comprender claramente el concepto de proceso, sus estados y planificacin.

Introducir el concepto de hilo. Introducir la problemtica de la sincronizacin y losbloqueos.

3-Objetivos Particulares Reconocer los diferentes estados de un proceso Reconocer los diferentes modos de ejecucin, supervisor y usuario Identificar los diferentes algoritmos de planificacin de procesos Describir las estrategias para atacar el problema de bloqueos Describir mecanismos de sincronizacin de procesos

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MD_F_CGD_R_001/02_01Modalidad Tutorial a DistanciaSistemas Operativos I4-Orientacin del Aprendizaje: Esquema Conceptual de la Unidad 2

Sistemas OperativosProcesos Tema 1

Hilos Tema 4Estructuras deControl Tema 3Tema 5

Estados Tema 2

Planificacin

ConcurrenciaBloqueoTema 6

Tema 7

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5-Claves de AutoaprendizajeAl finalizar esta unidad usted debera poder definir los siguientes conceptos Apropiacin Bloque de control de proceso Cambio de proceso Estado Bloqueado Estado Ejecutando Estado Listo Estado Suspendido Estado nuevo Estado Terminado Modo ncleo (supervisor) Modo usuario Proceso Hilo Proceso Ligero Multihilo Bloqueo (interbloqueo) Prevencin de bloqueo Sincronizacin Semforo Exclusin mutua Planificacin a corto plazo Planificacin a largo plazo Turno rotatorio Primero en entrar primero en salir (FIFO) Primero en llegar primero en servirse (FCFS) Quantum6-Claves de Auto evaluacinLa respuesta satisfactoria de las siguientes preguntas ser un buen indicador del aprendizajede los contenidos de la unidad, las pginas hacen referencia al texto de Stallings.

A- Describa los diferentes estados de un proceso (modelo de 5 estados) (p113)B- Para que son necesarios dos modos, usuario y ncleo?(p130)C- Qu pasos da el SO para crear un proceso?(p131)D- Enumere 4 elementos del bloque de control de procesos.(p126)E- Defina Hilo(p150)F- Indique porque es menos costoso cambiar de hilo que cambiar de

proceso.(p152)

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MD_F_CGD_R_001/02_01Modalidad Tutorial a DistanciaSistemas Operativos IG- Qu operaciones se pueden realizar sobre un semforo?H- Qu condiciones deben darse para que sea posible el (Inter.)bloqueo?I- Describa tres tipos de planificacin de procesador.J- Significa que una planificacin sea apropiativa?K- Defina la planificacin de turno rotatorio (roud-robin)


Cap. 3: 3.1 al 3.3, para Estados, descripcin y control de procesosCap. 4: 4.1 para introduccin a Hilos, funcionalidad y tipos.Cap. 5: 5.1 a 5.3 para Sincronizacin, exclusin mutua y semforos.Cap. 6: 6.1 y 6.2 para Bloqueo, definicin y prevencin.Cap. 9: 9.1 y 9.2 para planificacin, tipos y algoritmos


Cap. 2: 2.1 a 2.3 y 2.5 para Procesos, hilos, sincronizacin y planificacinCap. 3: 3.1, 3.2 y 3.6 para Bloqueo, definicin y prevencin.

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MD_F_CGD_R_001/02_01Modalidad Tutorial a DistanciaSistemas Operativos IUnidad 3: Administracin de Memoria1-IntroduccinEn esta unidad nos adentramos en el segundo de los objetivos fundamentales del unasistema operativo, esto es la administracin del espacio. En esta unidad particular atacamosel problema del uso, asignacin y proteccin de la memoria. Por memoria vamos a entenderla memoria RAM (Random Access Memory) del sistema.

Este recurso fue en su momento uno de los mas caros de los equipos informticos, lo cualllevo a idear ingeniosos mecanismos de reutilizacin de la memoria, tales como la idea decompartirla entre varios procesos. En el tiempo se lleg a lo que en la actualidad son losmecanismos mas usuales: la paginacin y la segmentacin de memoria.Por ltimo, surgi la idea de utilizar dispositivos de almacenamiento secundario como losdiscos duros, para aparentar disponer de una mayor cantidad de memoria. Esto dio lugar alconcepto de memoria virtual, que implementan casi todos los sistemas operativosmodernos. Sin este truco, sera muy difcil utilizar las computadoras como estamosacostumbrados. El concepto y las dificultades asociadas con su implementacin sern temasque se vern en esta unidad.2-Objetivo General Comprender los mecanismos fundamentales asociadas a la gestin de memoria,

carga y descarga de procesos. Uso de memoria virtual

3-Objetivos Particulares Reubicacin de memoria en la carga de procesos Asignacin de espacio Paginacin Segmentacin Memoria Virtual Polticas de reemplazo de pginas

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Sistemas OperativosMemoria Tema 1

ParticinReubicacin MultiprogramacinProteccin

Tema 2

Tema 3

Memoria Virtual Tema 4

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5-Claves de AutoaprendizajeAl finalizar esta unidad usted debera poder definir los siguientes conceptos Direccin fsica Direccin lgica Cargador (loader) Compactacin Fragmentacin interna Fragmentacin externa Marco (de memoria) Pgina (de memoria) Segmentacin Memoria Virtual Memoria real Paginacin Poltica de reemplazo Fallo de pgina6-Claves de Auto evaluacinLa respuesta satisfactoria de las siguientes preguntas ser un buen indicador del aprendizajede los contenidos de la unidad, las pginas hacen referencia al texto de Stallings.

A- Cual es la diferencia entra fragmentacin interna y externa?B- Cul es la diferencia entre pgina y marco de pgina?C- De caractersticas deseables de la gestin de memoriaD- De diferencias entra paginacin simple y paginacin con memoria virtualE- Cmo responde el gestor de memoria frente a un fallo de pgina?F- Describa una poltica de reemplazo de pgina


Cap. 7: 7.1 al 7.4, para gestin de memoria, paginacin y segmentacinCap. 8: 8.1 y 8.2 para Memoria vistual, algoritmos de reemplazo de pagina.


Cap. 4: 4.1 a 4.4 para gestin de memoria y memoria virtual

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MD_F_CGD_R_001/02_01Modalidad Tutorial a DistanciaSistemas Operativos IUnidad 4: Administracin de Archivos1-IntroduccinSiguiendo con el concepto de administracin de espacio por parte del Sistema Operativo,nos adentramos tal vez en la parte mas visible de su interaccin con los usuarios (fuera dela interfaz de uso, grfica o no). Nos referimos a los archivos y directorios. De todas lasabstracciones que se han ideado para facilitar nuestra interaccin con la computadora, la delsistema de archivos es tal vez la mas feliz. El archivo es central en nuestro uso: en unarchivo escribimos nuestro cdigo fuente, en un archivo se almacena el resultado de lacompilacin, en archivos almacenamos las bases de datos, imgenes o msica. Y usamosunos archivos especiales, los directorios o carpetas, para organizar nuestro archivos!Es por ello que resulta importante tener una idea apropiada sobre que son realmente, comoestn organizados, cuales son sus tipos y facilidades de uso. Por otro lado debemoscomprender el concepto de directorio, el esquema jerrquico que nos permiten reflejar ycomo se implementan.

Por ltimo, debemos entender que mecanismos de seguridad pueden proveernos paragarantizar necesidades de seguridad e integridad respecto de los datos que almacenan.

2-Objetivo General Comprender los aspectos generales de funcionamiento de los sistemas de gestin dearchivos y directorios.

3-Objetivos Particulares Identificar modos de acceso a archivos Reconocer mecanismos de asignacin de espacio en disco Reconocer la organizacin de directorios Reconocer tipos comunes de sistemas de archivos: FAT, NTFS y nodos-i

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Sistemas OperativosSistema deArchivos

Modos deAcceso Tema 1

Directorios ArchivosTema 2

Tema 3

Implementaciones Tema 4

AdministracinDe espacioTema 5

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5-Claves de AutoaprendizajeAl finalizar esta unidad usted debera poder definir los siguientes conceptos Archivo Directorio Archivo secuencial Archivo aleatorio Asignacin contigua Asignacin encadenada Sistema de gestin de archivos Asignacin de disco Modo de acceso Nodo-i NTFS

6-Claves de Auto evaluacinLa respuesta satisfactoria de las siguientes preguntas ser un buen indicador del aprendizajede los contenidos de la unidad, las pginas hacen referencia al texto de Stallings.

A- Cules son las operaciones tpicas sobre un directorio?B- De ejemplos de archivos que se accedan de manera secuencial y aleatoriaC- Cual es el tamao mximo de un archivo en un sistema con indireccin

simple y tamao de bloque tpicoD- En un disco pequeo, que esquema de control de espacio libre es preferible

(usa menos espacio)?E- Que datos contiene un directorio


Cap. 12: Gestin de ArchivosAlternativamenteA.Tanenbaum, Sistemas Operativos Modernos

Cap. 6: Sistemas de archivos

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