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Los misterios de los sistemas de archivos

ago. 2023
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Un sistema de archivos es una estructura que el sistema operativo utiliza para organizar y administrar los archivos de un dispositivo de almacenamiento, como un disco duro, una unidad de estado sólido (disco SSD) o una unidad Flash USB. El sistema define cómo se almacenan los datos, cómo se accede a los mismos y cómo están organizados en el dispositivo de almacenamiento. Los diferentes sistemas de archivos tienen diversas características, a menudo específicas de ciertos sistemas operativos o dispositivos. Aquí presentamos algunos de los más habituales, con sus pros y sus contras.

FAT (File Allocation Table, Tabla de asignación de archivos), FAT16, FAT32

FAT es uno de los sistemas de archivos más antiguos y sencillos. Fue desarrollado inicialmente para MS-DOS, y todavía se emplea en numerosos dispositivos de almacenamiento extraíbles. Las dos versiones más importantes de este sistema son FAT16 y FAT32. FAT emplea una tabla de asignación de archivos para llevar un seguimiento de la ubicación de los mismos en el disco. Sin embargo, carece de algunas funciones avanzadas, como permisos y registros diarios, lo cual lo hace menos idóneo para los sistemas operativos modernos. FAT16 hizo su aparición en 1987, con DOS 3.31, en tanto que FAT32 llegó en 1996 con Windows 95 OSR2(MS-DOS 7.1).

Ventajas:

  • Sencillez: su sencillez lo hace fácil de implementar y usar, por lo cual es adecuado para dispositivos con recursos limitados o requisitos de compatibilidad.
  • Recuperación de datos: debido a su sencilla estructura, los sistemas de archivos FAT son relativamente fáciles de recuperar en caso de que los datos resulten dañados o de borrado accidental.
  • Compatibilidad: Los sistemas operativos Linux, MacOS y Windows pueden leer y escribir de forma nativa sin necesidad de contar con software de terceros.

Desventajas:

  • Fragmentación: la fragmentación se produce cuando los datos quedan dispersos por diferentes partes del disco, lo cual reduce el rendimiento. Para optimizar el funcionamiento del disco se requiere una desfragmentación periódica.
  • Falta de funciones avanzadas: en la versión más reciente de FAT32 se echan de menos diversas funciones avanzadas que otros sistemas sí incluyen. No admite permisos de seguridad a nivel de archivo, registro diario, cifrado ni compresión.
  • Limitaciones de nombre de volumen: los nombres de volumen en FAT16 y FAT32 no pueden exceder de 11 caracteres, ni incluyen la mayoría de los caracteres alfanuméricos.
  • Limitaciones de nombre de archivo: los nombres de archivos de un sistema FAT16 no pueden tener más de 8 + 3 caracteres. Esto significa 8 caracteres, más 3 caracteres de la extensión.

exFAT (Extended File Allocation Table, Tabla de asignación de archivos extendida)

exFAT es un sistema de archivos lanzado por Microsoft como versión mejorada de FAT32. Resuelve algunas de las limitaciones de FAT32, ya que permite tamaños de archivo más grandes y un mejor rendimiento. exFAT suele utilizarse para sistemas de almacenamiento extraíbles, como discos SSD externos, discos duros y tarjetas SD, ya que posibilita la compatibilidad con múltiples sistemas operativos. Debutó en 2006, como parte de Windows CE 6.0.

Ventajas:

  • Admite tamaños de archivos y de particiones más grandes: exFAT admite tamaños de archivos y de particiones mucho más grandes, en comparación con los sistemas de archivos FAT. Puede procesar archivos de más de 4 GB, lo cual lo hace adecuado para el almacenamiento de grandes archivos multimedia o imágenes de disco.
  • Utilización eficiente del espacio de disco: exFAT mejora la utilización del espacio de disco, en comparación con los sistemas de archivos FAT más antiguos. Emplea tamaños de clúster más pequeños, lo cual reduce el volumen derrochado de espacio de disco en el caso de los archivos más pequeños.
  • Compatibilidad: Los sistemas operativos MacOS y Windows pueden leer y escribir de forma nativa sin necesidad de contar con software de terceros.

Desventajas:

  • Compatibilidad limitada con metadatos: exFAT carece de algunas de las avanzadas funciones que incorporan otros sistemas de archivos modernos. No admite permisos de seguridad a nivel de archivo, registro diario ni cifrado a nivel de sistema.
  • Fragmentación: al igual que los sistemas de archivos FAT, exFAT es bastante susceptible a la fragmentación. Al crear, modificar y borrar archivos, se produce una fragmentación que puede mermar el rendimiento en el transcurso del tiempo.

NTFS (New Technology File System, Sistema de archivos de nueva tecnología)

NTFS es el sistema de archivos predeterminado empleado por los sistemas operativos basados en Windows NT, que empezaron en 1993 con Windows NT 3.1 e incluyeron los siguientes hasta llegar a Windows 11. Incorpora funciones avanzadas, como permisos para archivos, cifrado, compresión y registro diario. NTFS admite archivos y particiones de gran tamaño, lo cual lo hace idóneo para los dispositivos de almacenamiento modernos. No obstante, su compatibilidad con sistemas operativos distintos de Windows es limitada.

Ventajas:

  • Seguridad y permisos: NTFS se caracteriza por su sólido modelo de seguridad, con permisos a nivel de archivo. Posibilita establecer permisos para archivos y carpetas individuales, con lo cual se controlan los derechos de acceso de usuarios y grupos.
  • Compatibilidad con TRIM en discos SSD: TRIM informa a la unidad acerca de los datos no utilizados, lo cual permite al disco SSD borrarlos y preparar el espacio para futuras escrituras. TRIM está activado de forma predeterminada, cuando se elige el sistema de archivos NTFS para mantener su rendimiento.

Desventajas:

  • Errores de disco y reparaciones: aunque NTFS ha sido diseñado para ser fiable, pueden producirse errores de disco. Al detectarlos, las reparaciones de NTFS pueden resultar engorrosas y requerir herramientas especiales.
  • Fragmentación: en el transcurso del tiempo, los sistemas de archivos NTFS pueden fragmentarse, en especial al crear, modificar y borrar archivos. La fragmentación puede conllevar una merma del rendimiento, ya que el sistema se ve obligado a acceder a fragmentos dispersos.

APFS (Apple File System, Sistema de archivos de Apple)

APFS es un sistema de archivos desarrollado por Apple para macOS, iOS y otros dispositivos de Apple. Ha sido diseñado para optimizar el rendimiento y la compatibilidad con el hardware y el software de Apple. APFS incluye funciones como clonación, cifrado a nivel de archivo y optimización del rendimiento en discos SSD. Debutó en 2017, con el sistema operativo macOS 10.13.

Ventajas:

  • Mejora del rendimiento: APFS permite mejorar el rendimiento en comparación con su predecesor, HFS+. Emplea técnicas como copia en escritura, espacio compartido y procesamiento optimizado de metadatos para incrementar las velocidades de lectura y de escritura.
  • Protección de datos: APFS incorpora funciones de integridad de datos, como sumas de comprobación de metadatos y contenidos de archivos. Esto ayuda a detectar y prevenir el daño de los archivos. Además, es compatible con el cifrado nativo, que permite a los usuarios cifrar sus datos a ese nivel, lo cual refuerza la seguridad y protege información sensible.

Desventajas:

  • Compatibilidad con TRIM en discos SSD: Aunque APFS admite comandos TRIM para discos SSD, es posible que no sea tan eficiente en comparación con otros sistemas de archivos. TRIM es responsable de optimizar el rendimiento y ampliar el ciclo de vida de los discos SSD porque gestiona de manera eficiente los bloques de datos.
  • Compatibilidad con software de terceros: es posible que algunos programas de software o utilidades de terceros más antiguos no sean plenamente compatibles con APFS, o que presenten limitaciones al trabajar con las unidades formateadas. Es fundamental asegurarse de que el software o las herramientas importantes sean compatibles con APFS antes de adoptar este sistema de archivos.
  • APFS no se puede leer ni escribir en ningún ordenador Windows que no disponga de un software de terceros.

HFS, HFS+ (Hierarchical File System, Sistema jerárquico de archivos)

HFS es el sistema de archivos utilizado inicialmente por los ordenadores de Apple. Desde entonces, ha sido sustituido por HFS+ y APFS. HFS emplea una estructura de directorios jerárquica, e incorpora funciones como bifurcaciones de metadatos y de recursos para almacenar información adicional de los archivos. Es compatible con los sistemas Mac más antiguos. HFS apareció en 1986 con System 2.1 para el Mac Plus. HFS+ llegó en 1998 con Mac OS 8.1, y quedó obsoleto al ser sustituido por el APFS en 2019, con el macOS 10.15.

Ventajas:

  • Sencillez: HFS tiene una estructura relativamente simple y directa, lo cual facilita su implementación y comprensión.
  • Compatibilidad con metadatos: HFS introdujo el concepto de los metadatos, que permite el almacenamiento de información adicional acerca de los archivos, como sus fechas de creación y modificación, tipo de archivo y bifurcaciones de recursos.

Desventajas:

  • Falta de funciones avanzadas: HFS carece de varias de las avanzadas funciones que incorporan otros sistemas de archivos más modernos. No admite permisos de seguridad a nivel de archivo, registro diario, cifrado ni compresión de archivos.
  • Compatibilidad limitada con tamaños de archivos y de particiones: HFS tiene limitaciones en cuanto a tamaños de archivos y de particiones. Puede manejar archivos de hasta 2 GB, y admite particiones de hasta 2 TB.
  • Los archivos se dañan fuera del sistema de archivos: mientras que algunos tipos de archivos (en especial aquellos sin extensiones) se copian desde el HFS o HFS + a la mayoría de los demás sistemas de archivos aquí expuestos, no incluye la bifurcación de recursos, lo cual hace que los archivos copiados no puedan volver a leerse cuando se reintroduzcan a HFS, salvo que se compriman (.zip o .sit) antes.

Ext4 (Fourth Extended File System, Cuarto sistema de archivos extendido)

Un sistema de archivos ampliamente utilizado en el sistema operativo Linux. Es el sucesor de Ext3 e incorpora numerosas mejoras en cuanto a rendimiento, escalabilidad y fiabilidad. Ext4 es el sistema de archivos predeterminado de numerosas distribuciones de Linux. Hizo su aparición en 2003.

Ventajas:

  • Registro diario: el registro diario lleva un seguimiento de los cambios antes de grabarlos en el disco, lo cual permite una recuperación más rápida en caso de cortes de electricidad o caídas del sistema. Reduce el riesgo de que los datos se dañen, y garantiza la homogeneidad del sistema de archivos.
  • Tamaños de archivos y de particiones más grandes: Ext4 admite tamaños de archivos y de particiones significativamente más grandes en comparación con sus predecesores.

Desventajas:

  • Fragmentación: al igual que la mayoría de los sistemas de archivos, Ext4 es bastante susceptible a la fragmentación. En el transcurso del tiempo, al crearse, modificarse y borrarse archivos, se produce una fragmentación que puede mermar el rendimiento.
  • Escalabilidad limitada: aunque Ext4 es compatible con tamaños de archivos y de particiones más grandes en comparación con sus predecesores, presenta ciertas limitaciones en lo que respecta a la escalabilidad extrema.

Los sistemas de archivos son componentes esenciales de los sistemas informáticos. Constituyen la base de la organización, almacenamiento y recuperación de los datos, lo cual garantiza un funcionamiento fluido. A medida que la tecnología avance, los sistemas de archivos seguirán evolucionando, adaptándose las necesidades de almacenamiento y mejorando las funciones de administración de datos.

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