SISTEMAS DE ARCHIVOS

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tulo: Tí tulo: Sistemas de Archivos Introducción:

Al instalar un Sistema Operativo, se nos pregunta qué sistema de archivos deseamos utilizar, y en ese momento comienza el dilema: ¿Qué sistema de archivos tiene mejor rendimiento? ¿Cuál se ajustara a nuestras necesidades de almacenamiento? a lmacenamiento? ¿Cuál tendrá mejor or manejo de control en la seguridad de acceso a los mismos? Para ayudar en esa decisión y para conocer un poco más sobre sobr e el funcionamiento de los Sistemas de Archivos se ha preparado la siguiente información.

Desarrollo: ¿Cómo funciona un S istema de Archivos?

Un sistema de archivos es el modo en que un sistema operativo almacena la información en un medio, que puede ser un disco duro, un diskette, un CD, etc. Sus funcion es son estructurar los

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datos, asegurar su consistencia y la recuperación de los mismos ante errores en el sistema, de manera que los datos que se lean sean idénticos a los datos que se escribieron, todo esto de la forma más robusta y eficiente posible. Además de los datos, el sistema de archivos almacena información importante sobre los archivos y el propio sistema de archivos, como la fecha, permisos de acceso, propiedad, localización del archivo y tamaño. A estos datos se los conoce comúnmente con el nombre de metadatos.

¿Cómo se relacionan con los Sistemas Operativos?

El sistema de ficheros es la forma en que el sistem a operativo organiza, gestiona y mantiene la jerarquía de ficheros en los dispositivos de almacenamiento, normalmente discos duros. Cada sistema operativo soporta diferentes sistemas de ficheros. Para mantener la modularización del sistema operativo y proveer a las aplicaciones con una interfaz de programación (API) uniforme, los diferentes sistemas operativos implementan una capa superior de abstracción denominada Sistema de Ficheros Virtual (VFS: Virtual File System). Esta capa de software i mplementa las funcionalidades comunes de los diversos sistemas de ficheros implementados en la capa inferior. El modelo general de ficheros puede ser interpretado como orientado a objetos, donde los objetos son construcciones de software (estructura de datos y funciones y métodos asociados) de los siguientes tipos: y

Súper bloque: mantiene información relacionada a los sistemas de ficheros montados. Está representado por un bloque de control de sistema almacenado en el disco (para sistemas basados en disco).

y

i-nodo: mantiene información relacionada a un fichero individual. Cada i-nodo contiene la meta-información del fichero: propietario, grupo, fecha y hora de creación, modificación y ultimo acceso, más un conjunto de punteros a los bloques del disco que almac enan los datos del fichero. Almacena toda la información acerca del fichero excepto el fichero en sí.

y

Fichero: mantiene la información relacionada a la interacción de un fichero abierto y un proceso. Este objeto existe solo cuando un proceso interactúa con el fichero.

y

Dentry: enlaza una entrada de directorio (pathname) con su fichero correspondiente. Los objetos ³dentry´ recientemente usados son a lmacenados en una caché (dentry cache) para acelerar la translación desde un nombre de fichero al i-nodo correspondiente.

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Conociendo esto nos adentraremos en la descripción del funcionamiento de los diferentes sistemas de archivos usados en la actualidad y de aquellos que usamos hasta hace poco tiempo.

FAT

La idea de la FAT (File Allocation Table, tabla de asignación de archi vos) es dividir la distribución (layout) física del disco, que se divide en cilindros, cabezal es y sectores (CHS), en unidades de asignación lógicas o clusters que se numeren simplemente desde 0 hasta X. El tamaño de los clusters varía dependiendo del sistema FAT utilizado y del tamaño del disco. A este Sistema de Archivos también se le conocía como FAT16.

FAT32

Este sistema hizo su a parición en la versión OSR2 (OEM Service Release 2) de Windows 95. Aplica el mismo principio que FAT16 pero se extendió el registro a 32 bits, agregándole un campo a la tabla FAT. Además, permite, en for ma nativa, el uso de nombres largos de archivo. Con la inclusión de un nuevo campo se aseguró la compatibilidad hacia atrás, ya que solamente se había de ignorar ese campo en sistemas que no soportasen FAT32.

NTFS

En este sistema, todo se considera un archivo. Dentro de esta estructura, el archivo más importante es el llamada MFT (Master File Record, Registro Maestro de Archi vos). Este es una tabla que se divide en registros de tamaño fijo (comúnmente 1

KB),

cada uno de los cuales corresponde a un

archivo. Los primeros 16 archi vos son archivos especiales, y cada uno de ellos se encarga de un aspecto de la operación del sistema. Una copia de éstos se localiza en la mitad del volumen NTFS

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para mayor seguridad. El resto puede ser fragmentado y guardado en cualquier posición del disco, lo que evita que, ante un error físico en la MFT, el sistema no pueda ser accesible. Podríamos considerar que un volumen NTFS se divide en dos partes: el 12% del disco se asigna a la MFT (incluyendo su espacio reservado) y el 88% restante se asigna para almacenar los archivos Toda la información de un archivo (incluyendo nombre, tamaño, posición de los clusters que lo componen, etc.) se almacena en un registro. En el caso de que el espacio sea insuficiente para almacenar toda la información, se usarán otros registros, que no necesariamente deben ser  contiguos. Si se da el caso de que un archi vo no contiene datos o es muy pequeño, lo que hace el sistema es almacenar el archivo en el primer registro libre en la MFT. Es posible encriptar carpetas o archivos individuales para que no pueda n ser accedidos desde otro sistema. A través de cuotas de disco se puede asignar un máximo de espacio en disco a cada usuario e incluso notificar si éste supera un nivel de advertencia intermedio.

EXT2

EXT2 divide lógicamente el disco en grupos de bloques de un tamaño fijo al crearse el sistema de archivos. La información crítica del sistema está alojada en el llamado Súper-bloque. Aunque sólo el Súper-bloque del Grupo de

Bloque

0 es leído al inicio del sistema, se almacena una copia del

mismo en los diferentes grupos de bloques, por seguridad ante eventuales desastres. En caso de una caída del sistema, e2fsck inicia un análisis de los datos del sistema de archivos. Los metadatos se reconstruyen y los archivos o bloques de datos que quedan sueltos se guardan en un directorio denominado lost+found en la raíz del disco. A diferencia de los sistemas de archivos transaccionales, e2fsck analiza todo el sistema de archivos y no sólo los bits de metadatos modificados, por lo que lleva mucho tiempo recuperar el sistema y no es recomendado para servidores en donde se necesit e alto rendimiento.

EXT3

Tiene una estructura similar a EXT2, con el único agregado de un archivojournal (log o registro) en donde se almacenan las modificaciones que va sufriendo el sistema de archivos, lo que permite una mayor seguridad en la consistencia de los datos ante una eventual caída del sistema. En el archivo journal, el sistema escribe tres tipos de bloques de datos: 1) Metadatos: contiene el bloque de metadatos que está siendo actualizado por la transacción. Cada cambio en el sistema de archivos, es escrito en el journal. 2) Bloques descriptores: estos bloques describen a otros bloques del journal para que luego puedan ser copiados al sistema principal. Los cambios en estos bloqu es son siempre escritos antes que los de metadatos.

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3) Bloques cabeceras: describen la cabecera y cola del journal, más un número de secuencia para garantizar el orden de escritura durante la recuperació n del sistema de archivos.

JFS

Desarrollado por I BM para plataformas AIX, se port ó a sistemas GNU/LINUX en el año 200 0. Está pensado para sistemas servidores ya que es un sistema de 64 bits y soporta archivos grandes y particiones LFS (Large File Support). Manejo

eficaz de journaling: JFS sigue el principio de ³metadata only´. En lugar de una

comprobación completa, sólo se tienen en cuenta las modificaciones en los metadatos provocadas por las actividades del sistema. Esto ahorra una gran cantidad de tiempo en la fase de recuperación del sistema tras una caída. JFS asigna espacio a los archivos en forma de extensiones, es decir, bloques de disco contiguos que se tratan como si fueran una unidad. El tamaño de las unidades de extensión puede variar: desde un solo bloque a muchos megabytes. De esta forma se permite que se envíen solicitudes de entrada/salida más grandes, lo que trae aparejado una mayor eficacia que leer o grabar un sólo bloque a la vez. Si un archivo se lee secuencialmente, el sistema pued e buscar y traer una parte de la unidad de extensión actual que sea más grande de lo necesario para satisfacer una sola llamada de lectura del sistema, posibilitando que se pueda acceder a los datos en la caché del buffer en lecturas posteriores. Esta forma de lectura anticipada no conlleva ninguna operación de entrada/salida extra, ya que los datos son contiguos en el disco. En lugar de eso, se introducen más datos en la caché del búfer con una sola solicitud de entrada/salida de los que se necesitan en el acto, agilizando el sistema posteriormente.

R EISER4

Reiser4 usa árboles

B*

en conjunto con los "dancing tree balancing", donde los nodos poco

poblados no se fusionan hasta qu e se graban a disco, exceptuando volcados de memoria o cuando se completa una transacción. Tal sistema permite crear ficheros y directorios sin tener que malgastar tiempo y espacio mediante bloques de tamaño prefijado. También soporta el journaling de datos y el modo ³ordered´ de datos. Además introdujo el concepto de elementos de archivo o ³items´ y de plug-ins. En caso de que un archivo co ntenga información relevante para varios usuarios, grupos o programas, los permisos se vuelven poco precisos para poder incluir a todos. Lo que permite la característica de elementos de archivos es dividir el archivo en porciones más pequeñas (llamadas ³items´) y establecer per misos de acceso para cada elemento o usuario, siendo ésta una característica que agrega mayor precisión y seguridad al sistema. Lo que per mite el

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concepto de plug-ins es ³enchufarle´ al sistema de archivos nuevas funcionalidades sin tener que recompilar el kernel o reformatear el disco.

HFS

Plus

Los volúmenes de HFS Plus están divididos en sectores (bloques lógicos en HFS), de 512

Bytes.

Estos sectores están agrupados juntos en un bloque de asignación que contiene uno o más sectores; el número de bloqu es de asignación depende del tamaño total del volumen. HFS Plus usa un valor  de dirección para los bloques de asignación mayor que HFS, 32 bit frente a 16 bit de HFS; lo qu e significa que puede acceder a 232 bloques de asignación. Típicamente un volumen HFS Plus esta embebido en un Envoltorio HFS (HFS Wrapper), aunque esto es menos relevante. El envoltorio fue diseñado para dos propósitos; permitir a los ordenadores Macintosh HFS Plus s in soporte para HFS Plus, arrancar los volúmenes HFS Plus y ayudar a los usuarios a realizar la transición a HFS Plus. HFS Plus arrancaba con un volumen de ficheros de solo lectura llamado Where_have_all_my_files_gone?, que explica ba a los usuarios con versiones del Mac OS sin HFS Plus, que el volumen r equiere un sistema con soporte para HFS Plus. El volumen origina HFS contiene una firma y un desplazamiento en los volúmenes HFS Plus embebidos en su cabecera del volumen. Todos los bloques de asignación en el volumen HFS que contienen el volumen embebido son mapeados fuera del archivo de asignación HFS como bloques dañados.

SISTEMAS DE ARCHIVOS ± TABLA COMPARATIVA

Sistemas operativos soportados

Longitud máxima Tamaño POSIX Numero Tamaño de máximo Permisos Contenido máximo de máximo Journaling nombre de de directorios archivos volumen fichero archivo archivos bytes

FAT12

Dos de Microsoft windows

8.3

32Mb

4077

32Mb

NO

Tabla

FAT16

Dos de Microsoft Windows

8.3

2Gb

65617

2Gb

NO

tabla

FAT32

DOS v7 ,Windows 98,ME,2000, XP, 2003,VISTA,7

8.3

4Gb

268435437

2TB

NO

tabla

NTFS

Windows 2000, XP, 2003,VISTA,7

255

16EB

4294967295

2^64

ACL

Si

tree-b+

HPFS

OS/2,WINDOWS NT,LINUX,FREEBSD

255

2Gb

ilimitado

2Tb

si

NO

tree-b+

HFS

MAC OS, MAC OS X

31

2Gb

65535

2Tb

appleshare

NO

tree-b*

HFS+

MAC OS 8,9,X, DARWIN & GNU/LINUX

255

8Eb

2^32

8Eb

ACL

SI

tree-b

EXT2

LINUX, BSD,WINDOWS(MEDIA NTE IFS), MAC OS X

255

2Tb

10^18

16Tb

si

No

i-nodos

EXT3

LINUX, BSD,WINDOWS(A TRAVES DE IFS)

255

2Tb

32Tb

Unix,ACL

SI

tabla/árbol

EXT4

LINUX

256

16Tb

1Eb

si

SI

tabla/árbol

2^32

Profesional Ensayo REISERFS

LINUX

4032

8Tb

2^32

16Tb

Unix,ACL

SI

tree-b+

LINUX

4032

8Tb

2^32

16Tb

Unix,ACL

SI

tree-b+

REISER4

LINUX

3976 octetos

8Tb

SI

Dancing tree-b

ZFS

LINUX, MAC OS X,FREEBSD,SOLARIS

XFS

IRIX,LINUX,FREE BSD

REISER3

255 octetos 255 octetos

16 Eb

2^48

16 Eb

si

No, usa ZIL

extensive hash table

8 Eb

64 Tb

16 Eb

ACL

SI

tree-b+

Conclusión:

Hemos visto los distintos sistemas de archivos y se puede concluir que NTFS es un muy buen sistema, nos ofrece estabilidad, buen rendimiento (journaling), el mejor manejo de ar chivos de gran tamaño (16 EB), y el mejor control en la seguridad de acceso, ya que es posible encriptar carpetas o archivos individuales para que no puedan ser accedidos desde otro sistema. A través de cuotas de disco se puede asignar un máximo de espacio en disco a cada usuario e incluso notificar si éste supera un nivel de advertencia intermedio.

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