Estructura de archivos

Sistema de archivos y estructuras de archivos

Un sistema de archivos es el sistema de almacenamiento de un dispositivo de memoria, que estructura y organiza la escritura, búsqueda, lectura, almacenamiento, edición y eliminación de archivos de una manera concreta. El objetivo principal de esta organización es que el usuario pueda identificar los archivos sin lugar a error y acceder a ellos lo más rápido posible, asimismo, los sistemas de archivos son un componente operativo importante, ya que actúan como una interfaz entre el sistema operativo y todos los dispositivos conectados al equipo (internos y externos, como las memorias USB).

Hay diversos sistemas de archivos estándar para Windows, macOS, Linux, Unix y el resto de sistemas operativos, en los últimos años, con el desarrollo de las nuevas tecnologías, se han ido diferenciando cada vez más: por ejemplo, se han creado sistemas de archivos adecuados para los dispositivos de almacenamiento flash, cada vez más populares, entre los que se incluyen las memorias USB y las unidades SSD. Todos los sistemas de archivos comparten la característica de utilizar una estructura de árbol para organizar los archivos, que parte del directorio raíz. A partir de ahí, se ramifican el resto de carpetas o directorios y subcarpetas.

Las estructuras de archivos mas comúnmente usadas son: 

Secuencia de registros: El archivo es una secuencia de registros de longitud fija, cada uno con su propia estructura interna

Secuencia de bytes: Una secuencia es un conjunto ordenado de bytes con un punto de inicio y un punto final. Es un término general o abstracción para la transmisión de datos.

Árbol: Árbol del sistema de archivos / (raíz). Este diagrama de árbol muestra una estructura de directorios con el sistema de archivos / (raíz) en la parte superior, que se ramifica hacia abajo en directorios.

En la actualidad, existen bastantes sistemas de archivos, aunque no todos están igual de extendidos. Los más habituales hasta la fecha son FAT16, FAT32, exFAT y NTFS (Windows) y HFS+ y APFS (macOS/Mac OS X). Linux utiliza actualmente ext4 (sucesor de ext3 y ext2), entre otros. A continuación, un resumen breve de las características de estos sistemas de archivos.

-FAT (File Allocation Table o tabla de asignación de archivos)

Este sistema de archivos existe desde 1980. Las versiones publicadas desde entonces reciben los nombres de FAT12, FAT16 y FAT32. El formato FAT es ideal para gestionar un volumen de datos pequeño. Desde la perspectiva actual, el sistema de archivos FAT está desactualizado, porque incluso en la variante más moderna y potente (FAT32, lanzada en 1997), los archivos pueden tener un tamaño máximo de 4 gigabytes (GB). FAT32 también limita el tamaño máximo de la partición a 8 terabytes (TB).

A pesar de estas limitaciones, el formato FAT sigue siendo muy común. Se utiliza para soportes de datos portátiles extraíbles (discos duros externos o memorias USB) y hardware especial (cámaras digitales, smartphones, rúters, televisores, radios para coche, etc.). Tiene el mayor rango de compatibilidad, especialmente en dispositivos móviles.

-exFAT (Extended File Allocation Table o tabla de asignación de archivos extendida)

Este formato, publicado en 2006, es la evolución de FAT, el formato clásico. exFAT se diseñó originalmente para medios de almacenamiento extraíbles y, por lo tanto, es especialmente adecuado para memorias USB, tarjetas de memoria y discos duros externos, como unidades de estado sólido (SSD, acrónimo inglés de solid-state drive) con capacidad de almacenamiento individual. exFAT funciona de manera particularmente eficiente con soportes de datos más pequeños. Sin embargo, también puede procesar archivos grandes y supera con creces el límite de 4 GB de FAT32. Desde Windows 7, exFAT es compatible de forma nativa (por lo tanto, es el estándar de fábrica y no conlleva la necesidad de instalar controladores adicionales o paquetes de servicios especiales).

-NTFS (New Technology File System)

El sistema de archivos NTFS, que se introdujo en 1993 con el sistema operativo Windows NT, ha sido el sistema de archivos estándar para ordenadores con Windows desde Windows Vista. Ofrece varias ventajas sobre FAT, como la posibilidad de comprimir los medios de almacenamiento y una mayor seguridad de los datos (por ejemplo, mediante cifrado). Una característica especial de NTFS es que los derechos de acceso y recursos compartidos de los archivos y carpetas pueden definirse al detalle y de manera integral. Los usuarios pueden asignar derechos de acceso local y remoto a través de la red.

-HFS+ (Hierarchical File System)

Este sistema de archivos, lanzado en 1998, es una evolución de HFS para Apple. Para diferenciar claramente los dos estándares, se habla también del Mac OS Extended (HFS+) y Mac OS Standard (HFS). En comparación con HFS, HFS+ funciona más rápido y de manera más eficiente a la hora de gestionar, leer y escribir los datos. También permite administrar más archivos, porque admite hasta 4000 millones de bloques de archivos o carpetas. Linux puede leer y escribir datos directamente con HFS+, aunque es necesario instalar paquetes especiales (hfsutils, hfsplus, hfsprogs) en algunos casos. Windows requiere un software adicional para ser totalmente compatible con HFS+.

/APFS (Apple File System)

APFS, lanzado por Apple en 2017, cumple ante todo con los requisitos de las unidades de estado sólido modernas. APFS está diseñado como un sistema de 64 bits, por lo que permite cifrar datos y archivos. Si un sistema operativo está en una SSD, el sistema de archivos HFS+ se convierte automáticamente a APFS. Este “formateo automático” se introdujo con el sistema operativo High Sierra. Desde macOS 10.14 Mojave, las unidades Fusion (unidades lógicas compuestas de SSD y discos duros mecánicos) también se migran a APFS automáticamente. En ciertas ocasiones, pueden surgir problemas al convertir HFS+ a APFS.

-ext4

ext4 se introdujo en 2008 como sucesor de ext3. Este sistema de archivos es actualmente el estándar para muchos sistemas Linux, como Ubuntu. Su novedad más importante es la función extents, que optimiza la gestión de archivos grandes y evita la fragmentación de manera más eficaz que sus predecesores. Con ext4, las particiones se pueden ampliar y reducir según sea necesario, e incluso durante el procesamiento. Al contrario de ext3, que admitía un máximo de 32 terabytes, el sistema de archivos ext4 admite un volumen máximo muchas veces mayor, de 1 exabyte (aproximadamente 1 millón de terabytes).