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EVOLUCION DEL SISTEMA DE ARCHIVOS

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by

Luis Manuel Campos

on 5 September 2015

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EVOLUCION DEL
SISTEMA DE ARCHIVOS

INGENIERIA EN COMPUTACION
Miguel Vargas
Luis Manuel Campos
Todas la aplicaciones computarizadas necesitan almacenar y recuperar información, que puedan ser manipulados por operaciones como:
Open, Close, Create, Destroy, copy, Rename, etc......


E
l software del sistema de archivos se encarga de organizar los archivos y directorios
, manteniendo un registro de qué bloques pertenecen a qué archivos, qué bloques no se han utilizado y las direcciones físicas de cada bloque.

DEFINICION
Un sistema de archivos es un conjunto de datos abstractos, concretamente algoritmos y estructuras lógicas, utilizados para poder acceder a la información que tenemos en el disco y que son implementados para el almacenamiento, la organización jerárquica, la manipulación, el acceso, el direccionamiento y la recuperación de datos. Cada uno de los sistemas operativos crea estas estructuras y algoritmos de diferente manera independientemente del hardware. El desempeño de nuestro disco duro, la fiabilidad, seguridad, capacidad de expansión y la compatibilidad, estará en función de estas estructuras lógicas. Por tanto, dependiendo del tipo de sistemas de archivos que utilice nuestro sistema operativo elegido, así será su eficacia, seguridad y eficiencia

Tipos de “Sistemas de Archivo”

FAT
UMSDOS
NTFS
UDF
ext2
ext3
ext4
ReiserFS
XFS

FAT
Fue creado por Bill Gates y Marc McDonald en 1977 con el objeto de manejar discos en BASIC.
Una 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.No hay ninguna organización en cuanto a la estructura de directorios de FAT y se asigna a los archivos la primera ubicación libre de la unidad.
FAT sólo es compatible con los atributos de archivo de sólo lectura, oculto, sistema y modificado. Utilizado en
DOS y Windows
.
FAT 12 - Versión de 12 bits (1977).
El sistema FAT-12, inspirado en el sistema de ficheros de Unix , que utiliza 12 bits para el índice de clusters, apareció a partir de MS-DOS 1.1 hasta 2.x. Aunque también se utilizó en versiones 3.00 y posteriores si el dispositivo tenía menos de 4087 clusters. A partir de esta cantidad se usa la versión FAT de 16 bits. Cada entrada de la tabla corresponde directamente con un cluster utilizable en el volumen.En este sistema cada número de cluster se almacena en la FAT en forma de tres dígitos hexadecimales
Como estas cantidades necesitan 12 bits, para aprovechar espacio, las entradas se agrupan por parejas que ocupan tres bytes, de los que cada entrada utiliza 1+½

002-FEF
Cluster en uso
000h
Cluster está desocupado o liberado
001h
El primer cluster de datos es el 2.
FF0-FF6h
Reservados
FF7h
Cluster malo (no debe utilizarse)
FF8-FFFh
Último cluster del fichero ("End Of File")

Los dos primeros campos de la tabla (3 bytes), que corresponden a las entradas FAT 0 y 1, no se utilizan para almacenar direcciones de cluster. El primero byte contiene una copia del "Media descriptor" Los dos siguientes contienen 0FFh. A su vez los clusters de datos comienzan en el número 2 (el 0 y el 1 no se utilizan).
EJEMPLOS
FAT 16 Versión de 16 bits (1988).
Utilizado a partir de MS-DOS 3.0, cada cluster está representado en la FAT por un número de 16 bits en forma de 4 dígitos hexadecimales, con lo que el disco puede tener un máximo de 216 = 65.536 unidades de asignación.

El modelo resultaba muy adecuado para discos pequeños, pues con clusters de solo 256 bytes se pueden conseguir capacidades de 256 x 65.536 = 16 MB, o de 33 MB con clusters de 512 bytes. Sin embargo, para discos de 2 GB el cluster tenía que ser de 32 KB. Tamaño que se considera el límite superior razonable para cada unidad de asignación.
Esté sistema tiene dos inconvenientes:

en primer lugar el tamaño máximo de 2 GB. y El segundo es el espacio desperdiciado.

Los valores posibles para las entradas de la tabla son:

0002-FFEFh
Cluster en uso.
0000h
Cluster libre
0001h
No utilizado
FFF0-FFF6h
Reservados
FFF7h
Cluster malo
FFF8-FFFFh
Último cluster del fichero ("End Of File")

FAT 32 Versión de 32 bits (1996).
Fue introducido con Windows 95b y con el SO DOS v.7.x que venía incluido con él. La razón de su lanzamiento fue que el tamaño de los discos crecía sin parar y que, como se ha señalado, el FAT-16 tradicional no permitía hacer particiones de mas de 2 GB.

Microsoft denominó al nuevo sistema Virtual FAT (VFAT) e incorporó algunas mejoras, como la posibilidad de utilización de nombres largos para los ficheros y directorios. Pero VFAT es un sistema de ficheros básicamente igual que los FAT anteriores, la mayoría de las implementaciones se basan mas en "como" se usa el sistema que en cambios estructurales.
En principio las particiones FAT-32 solo eran accesibles desde Windows 95b y desde Dos 7.x. Ningún otro sistema operativo podía leerlas, siquiera Windows NT. Las utilidades de disco anteriores no servían para esta, así que Windows 95b traía sus propias versiones de FDisk, Format, ScanDisc y Defrag que trabajan con las particiones FAT 32.
Con Windows98-2E, Microsoft introdujo una nueva versión de su sistema FAT-32 con las siguientes mejoras respecto a las implementaciones anteriores:

Admite unidades de hasta 2 TB (Terabytes) de tamaño
Utiliza clústeres menores que las versiones FAT anteriores lo que da como resultado un uso de entre el 10 y el 15 más eficiente del espacio de disco con respecto a las grandes unidades FAT16.
Puede reubicar el directorio raíz y utilizar la copia de seguridad de la FAT en lugar de la copia predeterminada
El directorio raíz de una unidad FAT32 es ahora una cadena normal de clústeres
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 MS-DOS, para lo que se diseñó un nuevo sistema de ficheros partiendo de un diseño radicalmente nuevo
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; 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.
NTFS utiliza meta-estructuras muy grandes por lo que no es aconsejado para volúmenes de menos de 400 GB
La estructura central de este sistema es la
MFT ("Master File Table")
, de la que se guardan varias copias de su parte más critica a fin de protegerla contra posibles corrupciones.

Al igual que
FAT16 y FAT32, NTFS
también utiliza agrupaciones de sectores (clusters) como unidad de almacenamiento, aunque estos no dependen del volumen de la partición.
HPFS
En 1989 HPFS (High Performance File System) fue desarrollado también por Microsoft y creado específicamente para el sistema operativo OS/2 con el objetivo de mejorar las limitaciones del sistema de archivos FAT.

Se caracterizaba por permitir nombres largos, metadatos e información de seguridad, así como de autocomprobación e información estructural. Manejaba un tamaño máximo de archivos de 2 GB que, para aquellos entonces, superaba ampliamente las expectativas.
MFS (Macintosh File System)
Creado para almacenar archivos en disquetes de 400K y para dar respuesta a las necesidades de aquellos entonces. MFS era notable tanto por introducir los fork de recurso para permitir el almacenamiento de datos estructurados como por almacenar metadatos necesitados para el funcionamiento de la interfaz gráfica de usuario de Mac OS. A MFS se le denomina como sistema de archivo plano porque no admite carpetas. Apenas podía manejar archivos de 256 MB.
Todo un dinosaurio de la prehistoria informática
HFS
Apple introdujo el HFS (Hierarquical File System) como reemplazo para MFS en 1985. En Mac OS 7.6.1, Apple dejó de prestar servicio de escritura en volúmenes MFS, y en Mac OS 8 fue quitado en conjunto la compatibilidad con dicho tipo de volumen
Sustituyó la estructura de tabla plana por el archivo de catálogo (Catalog File) que utiliza una estructura de árbol B* que puede realizar búsquedas con gran rapidez, independientemente de su tamaño.
En 1998, Apple introdujo HFS+ para abordar la ineficacia en la asignación de espacio en disco en HFS y añadir otras mejoras. HFS es aún soportado por las versiones actuales de Mac OS, pero a partir de Mac OS X un volumen HFS no puede utilizarse para arrancar.
EXT
EXT (extended file system) fue el primer sistema de archivos creado específicamente para el sistema operativo Linux

Las variantes del sistema EXT tienen muchísima más resistencia a la fragmentación que sus oponentes en Windows. No son necesarios pesados y largos procesos de desfragmentación como sucede en NTFS y sus rendimientos, por tanto, son más elevados.

Diseñado por Rémy Card para vencer las limitaciones del sistema de archivos MINIX
ext2

En 1993 Rémy Card siguió mejorando el sistema original y lo dotó de nuevas funcionalidades y rendimientos con el ext2( second extended file system).
El sistema de ficheros tiene un tipo de tabla FAT de tamaño fijo, donde se almacenan los i-nodos. Los i-nodos son una versión muy mejorada de FAT, donde un puntero i-nodo almacena información del archivo (ruta o path, tamaño, ubicación física).
En cuanto a la ubicación, es una referencia a un sector del disco donde están todos y cada una de las referencias a los bloques del archivo fragmentado. Estos bloques son de tamaño especificable cuando se crea el sistema de archivos, desde los 512 bytes hasta los 4 kB, lo cual asegura un buen aprovechamiento del espacio libre con archivos pequeños.


Los límites son un máximo de 2 TB de archivo. ext2 fue el sistema de ficheros por defecto de las distribuciones de Linux Red Hat Linux, Fedora Core y Debian hasta ser reemplazado recientemente por su sucesor ext3
Ext3
Stephen Tweedie introdujo en 2001 un avance significativo sobre el anterior sistema de archivos y le llamó simplemente ext3 (third extended file system)

La principal diferencia con ext2 es el registro por diario(journaling). Un sistema de archivos ext3 puede ser montado y usado como un sistema de archivos ext2
Aunque su velocidad y escalabilidad es menor que sus competidores, como ReiserFS o XFS, tiene la ventaja de permitir actualizar de ext2 a ext3 sin perder los datos almacenados ni tener que formatear el disco.

Tiene un menor consumo de CPU y está considerado más seguro que otros sistemas de ficheros en Linux dada su relativa sencillez y su mayor tiempo de prueba
Ext4
Fourth extended file system (ext4) es un sistema de archivos con registro por diario (en inglés Journaling).

Las principales mejoras son: soporte de volúmenes de hasta 1024 PiB, soporte añadido de extent, menor uso del CPU y mejoras en la velocidad de lectura y escritura. Soporta archivos de hasta 16 TB.
ReiserFS
Es un sistema de archivos de propósito general, diseñado e implementado por un equipo de la empresa Namesys en el 2001 y liderado por Hans Reise.
Usa un esquema específico para reducir la fragmentación interna sin embargo, no se conoce una forma de desfragmentar un sistema de archivos ReiserFS, aparte de un volcado completo y su restauración.
En el 2004, Namesys, patrocinado por DARPA y Linspire, reescribió desde cero el anterior ReiserFS para convertirlo en el actual Reiser4, sin embargo, no se distribuye de forma conjunta con el kernel de Linux y por tanto no es soportado por muchas distribuciones
UFS
Se considera uno de los pesos pesados dentro del mundo de los sistemas de archivos. UFS(Unix File System) fue desarrollado por el Computer Systems Research Group (CSRG) de la Universidad de Berkley (California)
Es un derivado del Berkeley Fast File System (FFS), el cual es desarrollado desde FS UNIX.


En Linux, existe soporte parcial al sistema de archivos UFS, de solo lectura, y utiliza sistema de archivos nativo de tipo ext3, con un diseño inspirado en UFS.
XFS
Introducido en 1994, se trata de 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 IRIX.

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. XFS es el más antiguo de los sistema de archivos con journaling disponible para la plataforma UNIX, tiene un código maduro, estable y bien depurado.
ZFS
ZFS fue desarrollado por Sun Microsystem en 2004 y lanzado el 16 de noviembre de 2005 como parte del build 27 de OpenSolaris. Destaca por su gran capacidad, integración de los conceptos anteriormente separados de sistema de ficheros y administrador de volúmenes en un solo producto, nueva estructura sobre el disco, sistemas de archivos ligeros, y una administración de espacios de almacenamiento sencilla. Los límites de ZFS están diseñados para ser tan grandes que no se encuentren nunca en la práctica.
"Llenar un sistema de archivos de 128 bits excedería los límites cuánticos de almacenamiento de la Tierra. No puedes rellenarlo sin hervir los océanos".
FIN
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