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DISEÑO DE
SISTEMAS
DE
ARCHIVOS
SISTEMAS FAT
son los sistemas de fichero utilizados en DOS y primeras
versiones Windows de Microsoft. La característica
principal (a la que deben su nombre), es que el estado de
cada unidad de información del dispositivo, está reflejado
en un catálogo denominado tabla de situación de
ficheros FAT ("File Allocation Table"). Esta tabla es muy
importante porque es el índice del contenido del
disco. Cualquier error aquí puede convertir la unidad en
inutilizable, razón por la que está duplicada. Ambas copias
ocupan lugares consecutivos en los primeros sectores del
disco. Justamente a continuación del primero,
el VBS ("Volume Boot Sector" que tiene un mapa con la
geometría del volumen (en ocasiones hay un espacio entre
el VBS y las FAT).
No hace falta decir que en unidades de gran
capacidad, la tabla es necesariamente muy
grande. Generalmente se carga en memoria para
agilizar los procesos, ya que es de uso constante y
cualquier operación de lectura/escritura tiene que
utilizarla. En consecuencia, se han ingeniado
métodos para que estos índices ocupen el menor
espacio posible.
TABLAS FAT
Los sistemas FAT y muchos otros, utilizan un método
de grabación que agrupa varios sectores en una misma
unidad ("Allocation unit") también llamada cluster,
traducida al español como unidad de asignación, a la
que ya hemos hecho referencia. Esta es la menor
unidad de grabación lógica que utiliza el Sistema en la
unidad, de forma que un fichero se grabará siempre
utilizando un número entero de clusters.
Todos los sistemas FAT han utilizado tamaños de
cluster dependientes del tamaño de la unidad. En los
disquetes ha sido de 1 o 2 sectores por cluster, es decir,
512 o 1024 bytes . El primer disco duro de 10 MB del
IBM PC-XT utilizaba cluster de 8 sectores.
NTFS
Windows NT fue diseñado desde el principio para ser
un sistema operativo de red y multitarea que rompiese
definitivamente cualquier nexo con sus ancestros MSDOS, para lo que se diseñó un nuevo sistema de
ficheros partiendo de un diseño radicalmente nuevo.
El sistema resultante, denominado NTFS ("New
Technology File System") es un sistema muy robusto
que permite compresión de ficheros uno a uno; un
protocolo de autorización de uso y de atributos de
fichero muy desarrollado; sistema de operación basado
en transacciones; soporte RAID [2]; posibilidad de
juntar las capacidades de dos unidades en un volumen
único ("Disk striping") y muchas otras mejoras, como es
la capacidad de anotar clusters malos ("Hot fixing") en
run-time.
EXT3
ext3 (third extended filesystem o "tercer sistema
de archivos extendido") es un sistema de archivos
con registro por diario (journaling). Es el sistema
de archivo más usado en distribuciones Linux,
aunque en la actualidad está siendo remplazado
por su sucesor, ext4.
La principal diferencia con ext2 es el registro por
diario. Un sistema de archivos ext3 puede ser
montado y usado como un sistema de archivos
ext2. Otra diferencia importante es que ext3
utiliza un árbol binario balanceado (árbol AVL) e
incorpora el asignador de bloques de disco Orlov.
Niveles del Journaling
Hay tres niveles posibles de Journaling (registro por diario)
Diario (riesgo bajo) Los metadatos y los ficheros de contenido
son copiados al diario antes de ser llevados al sistema de
archivos principal. Como el diario está en el disco
continuamente puede mejorar el rendimiento en ciertas
ocasiones. En otras ocasiones el rendimiento es peor porque los
datos deben ser escritos dos veces, una al diario y otra a la parte
principal del sistema de archivos. Pedido (riesgo medio) Solo los
metadatos son registrados en el diario, los contenidos no, pero
está asegurado que el contenido del archivo es escrito en el disco
antes de que el metadato asociado se marque como transcrito en
el diario. Es el sistema por defecto en la mayoría de las
distribuciones de Linux. Si hay un bajón de tensión o kernel
Panic cuando el fichero se está escribiendo o está empezando, el
diario indicará que el nuevo archivo o el intento no ha sido
pasado, por lo que sera purgado por el proceso de limpiado
Reescritura (riesgo alto) Solo los metadatos son registrados en
el diario, el contenido de los archivos no.
Los contenidos pueden estar escritos antes o
después de que el diario se actualice. Como
resultado, los archivos modificados correctamente
antes de una ruptura pueden volverse corruptos.
Por ejemplo, un archivo pendiente de ser
marcado en el diario como mayor de lo que
actualmente es, convirtiendo en basura al final
de la comprobación. Las versiones antiguas de los
archivos pueden aparecer inesperadamente
después de una recuperación de diario. La
carencia de sincronización entre los datos y el
diario es rápidamente subsanada en muchos
casos. JFS usa este nivel de journaling, pero se
asegura de que cualquier basura es borrada al
reiniciar
XFS
XFS es un sistema de archivos de 64 bits con
journaling de alto rendimiento creado por SGI
(antiguamente Silicon Graphics Inc.) para su
implementación de UNIX llamada IRI. En mayo
del 2000, SGI liberó XFS bajo una licencia de
código abierto.
XFS se incorporó a Linux a partir de la versión
2.4.25, cuando Marcelo Tosatti (responsable de
la rama 2.4) lo consideró lo suficientemente
estable para incorporarlo en la rama principal
de desarrollo del kernel. Los programas de
instalación de las distribuciones de SuSE,
Gentoo, Mandriva, Slackware, Fedora Core,
Ubuntu y Debian ofrecen XFS como un sistema
de archivos más. En FreeBSD el soporte para
solo-lectura de XFS se añadió a partir de
Diciembre de 2005 y en Junio de 2006 un
soporte experimental de escritura fue
incorporado a FreeBSD-7.0-CURRENT.
Capacidad
XFS soporta un sistema de archivos de hasta 9 exabytes, aunque esto
puede variar dependiendo de los límites impuestos por el sistema
operativo En sistemas Linux de 32 bits, el límite es 16 terabytes.
Registro de Bitácora (Journaling)
XFS provee soporte para llevar un registro (journaling), donde los cambios
al sistema de archivos primero son escritos a un diario o journal antes de
que se actualicen los datos del disco. El journal es un buffer circular de
bloques del disco que no son parte del sistema de archivos. En XFS el
registro (journal) contiene entradas 'lógicas' que describen a un alto nivel
las operaciones que se están realizando, al contrario de otros sistemas de
archivo con un registro (journal) 'físico', que guardan una copia de los
bloques modificados durante cada transacción. Las actualizaciones del
registro (journal) se realizan asincrónicamente para evitar una baja en el
rendimiento. En el caso de una caída repentina del sistema, las
operaciones inmediatamente anteriores a la caída pueden ser terminadas,
garantizando así la consistencia del sistema. La recuperación se realiza
automáticamente a la hora del montaje del sistema de archivos y la
velocidad de recuperación es independiente del tamaño del sistema de
archivos. Incluso si alguna información que fuese modificada
inmediatamente antes de la caída del sistema no fuese escrita al disco,
XFS se encarga de borrar todos los bloques de datos sin escribir,
eliminando así cualquier compromiso de seguridad.
Grupos de asignación
Los sistemas de archivos XFS están particionados
internamente en grupos de asignación, que son
regiones lineares de igual tamaño dentro del sistema
de archivos. Los archivos y los directorios pueden
crear grupos de asignación. Cada grupo gestiona sus
inodos y su espacio libre de forma independiente,
proporcionando escalabilidad y paralelismo —
múltiples hilos pueden realizar operaciones de E/S
simultáneamente en el mismo sistema de archivos.
LVM
Es posible aumentar la capacidad de sistemas de
ficheros XFS: xfsgrowfs es ideal para particiones LVM
EXFAT
exFAT (Extended File Allocation Table) es un
sistema de archivos especialmente adaptado para
memorias flash presentado con Windows
Embedded CE 6.0. exFAT se utiliza cuando el
sistema de archivos NTFS no es factible debido a
la sobrecarga de las estructuras de datos.
En el nuevo Microsoft Windows 7, en el
administrador de discos ya permite realizar el
formato en exFAT, sin necesidad de actualizar el
sistema.
Mac OS X Snow Leopard 10.6.5 da soporte
completo para exFAT desde el 10 de Noviembre
de 2010.
VENTAJAS
Límite teórico para el tamaño de fichero de 264 bytes
(16 Exbibytes), límite aumentado desde 232 bytes (4
Gibibytes).
Tamaño de cluster de hasta 2255 bytes, límite
implementado de 32MB.
Mejoras en el rendimiento de la asignación de espacio
libre gracias a la introducción de un free space
bitmap.
Soporte para más de 1000 ficheros en un solo
directorio.
Soporte para listas de control de acces.
Soporte para Transaction-Safe FAT File System
(TFAT) (función activada opcionalmente en WinCE).
En Windows 7, la funcion ReadyBoost mejora su
capacidad, al eliminarse el limite de archivos de 4Gb
del sistema FAT.
DESVENTAJAS
Los dispositivos formateados en exFAT no pueden
utilizar la característica ReadyBoost de Windows
Vista.
En Windows XP y Windows Server 2003, se debe
tener instalado al menos en Service Pack 2 para poder
instalar la actualización de compatibilidad con exFAT.
En Windows Vista se debe instalar en Service Pack 1
para añadir compatibilidad con exFAT.
Los dispositivos que usan el formato de archivos
exFAT no pueden se leídos por versiones anteriores a
Windows XP, ni por versiones de DOS o OS/2. Algunos
Sistemas Operativos independientes de Microsoft,
como Linux, solo tienen soporte para la lectura
de exFAT, no estando aun disponible la
escritura
Hay soporte Completo de ExFaT para linux.