Sistemas de Arquivos Ntfs, Fat16, Fat32, Ext2 e Ext3

Diego Macêdo – Analista de T.I.

Diego Macêdo | 18 de junho de 2012 2 comments

Sistemas de Arquivos NTFS, FAT16,FAT32, EXT2 e EXT3

Os sistemas de arquivos é a parte do SO responsável pelo gerenciamento dosarquivos (estrutura, identificação, acesso, utilização, proteção e implementação). Ou seja, éum conjunto de tipos abstratos de dados que são implementados para o armazenamento, aorganização hierarquica, a manipulação, navegação, acesso e recuperação de dados.

Entenda que um arquivo é um recipiente no qual os dados são armazenados, tendo ele umsignificado para o sistema ou usuário, e estes podem ser programas executáveis, texto,figura, etc. Todos os arquivos possuem um nome o qual o usuário faz referência a ele. Alémdo nome, cada arquivo possui uma série de outros atributos que são mantidos pelo sistemaoperacional como tipo de conteúdo, tamanho, data e hora do último acesso, data e hora daúltima alteração, lista de usuários que podem acessar o arquivo, etc.

A forma como os dados são dispostos dentro de um arquivo determina sua estrutura interna.Cada tipo de arquivo possui uma estrutura interna apropriada para a sua finalidade. Porexemplo, arquivos de texto são organizados em linha ou parágrafos.

Discos RígidosOs discos rígidos são compostos por vários discos internos, onde cada um deles é divididoem círculos concêntricos chamados de cilindros ou trilhas, e nestas trilhas temos uma certaquantidade de setores. Cada setor possui, normalmente, 512 bytes de informações. Paradescobrir a capacidade total de um HD, basta multiplicar o tamanho do setor pela

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quantidade total de setores que ele tem.

Vale lembrar que 1 KB é representado por 1024 bytes, e não 1000 bytes como muitospensam.

FAT16O significado da palavra FAT é Tabela de Alocação de Arquivos (File Allocation Table) queseria um mapa de utilização do disco. Graças a isto, o SO saberá onde determinado arquivoestá.

Normalmente é reconhecido por todos os Sistemas Operacionais, também é utilizado emcartões de memória de estado sólido, e não trabalham com setores, mas sim com unidadesde clusters que são conjuntos de setores.

Uma característica marcante é a capacidade de nomear os arquivos somente com 8caracteres + extensão. Caso seja excedido o valor de caracteres, os caracteres excedidos(do nome do ficheiro) desaparecerão e no lugar deles aparecerá ~1 ou ~2 (se já existir umoutro arquivo com os 8 primeiros caracteres iguais).

Existe um inconveniente que quando ficheiros são apagados e novos ficheiros são escritos nosuporte, as suas partes tendem a dispersar-se, fragmentando-se por todo o espaçodisponível, tornando a leitura e a escrita um processo lento. Para isso, precisamosdesfragmentar o disco para um melhor desempenho na sua função de leitura e gravação.

Outro problema é que o FAT16 não reconhece mais que 2GB por ser de 16 bits, utilizandoclusters com no máximo 32 KB. Caso haja um disco com mais de 2GB, serão necessárioparticioná-lo em pedaços máximos de 2GB.

FAT32Já neste, suporta partições de até 2 TB, tamanho de arquivos de 4 GB e o nome dosarquivos passou de 8 para 256 caracteres e superou o antigo limite de 3 caracteres para aextensão, embora este padrão ainda seja largamente utilizado.

Com o FAT32, o desperdício em disco foi sensivelmente reduzido. O FAT16, seu antecessor,utilizava clusters de até 64 KB enquanto o FAT32 pode utilizar clusters de 4 KB. Se umarquivo ocupa 4 KB de espaço, tanto no FAT16 como no FAT32 a ocupação será de 1 cluster,porém, no caso do FAT16 os 60 KB restantes serão alocados, apesar de ficarem fisicamentevazios.

Tem a desvantagem de ser 6% mais lenta que FAT16 e a incompatibilidade com SO antigos.

Não possui recursos de segurança como o NTFS. Utiliza uma cópia backup da tabela dealocação como sistema de segurança para corrupções de arquivos. Este procedimento éineficiente, pois uma queda de energia durante uma operação que modifique os metadadospode tornar a partição inacessível ou corromper severamente diversos arquivos.

NTFSO NTFS (New Technology File System) é um sistema de arquivos que surgiu com olançamento do Windows NT, e passou a ser bem aceito e utilizado nas outras versões doWindows posteriormente.

Uma dessas vantagens diz respeito ao quesito “recuperação”: em caso de falhas, como odesligamento repentino do computador, o NTFS é capaz de reverter os dados à condiçãoanterior ao incidente. Isso é possível, em parte, porque, durante o processo de boot, osistema operacional consulta um arquivo de log que registra todas as operações efetuadas eentra em ação ao identificar nele os pontos problemáticos. Ainda neste aspecto, o NTFStambém suporta redundância de dados, isto é, replicação, como o que é feito porsistemas RAID, por exemplo.

Algumas características são:

Neste modelo, temos o tamanho limite do arquivo de acordo com o tamanho dovolume;

Os nomes dos arquivos podem ter 32 caracteres;Tem suporte a criptografia, indexação e compactação;Seus clusters podem chegar a 512 bytes;É mais seguro que o FAT;Permite política de segurança e gerenciamento;Menos fragmentação;Melhor desempenho;Recuperação de erros mais fácil;Caso seja usado em mídias, podem se corromper mais facilmente;É um pouco mais lenta que o FAT32 devido as diretivas de segurança que o FAT32 não

tem e precisam ser acessados durante leitura e gravação de dados;Utiliza a tabela MFT (Master File Table) para registrar a utilização de cada cluster de um

disco;

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EXT2Ext2 foi projetado e implementado para corrigir as deficiências do Ext e prover um sistemaque respeitasse a semântica UNIX. A influência do UNIX pode ser vista, por exemplo, nautilização de grupos de blocos, que são análogos aos grupos de cilindros utilizados peloFFS. O bloco, que consiste num conjunto de setores (cada setor tem 512 bytes), é a menorunidade de alocação para o Ext2. O tamanho pode ser de 1024, 2048 ou 4096 bytes e édefinido na formatação.

Quando é realizada uma operação de escrita em um arquivo, o Ext2 tenta, sempre quepossível, alocar blocos de dados no mesmo grupo que contém o nó-i. Esse comportamentoreduz o movimento da(s) cabeça(s) de leitura-gravação da unidade de disco.

Em um sistema de arquivos ocorrem dois tipos de fragmentação: (i) a fragmentação interna(ou de espaço) é causada pelo fato do tamanho do arquivo geralmente não ser múltiplo dotamanho do bloco (portanto o último bloco terá um espaço não utilizado) — a consequênciaé a perda de espaço; (ii) a fragmentação externa (ou de arquivo) decorre da impossibilidadedo sistema determinar, a priori, qual o tamanho do arquivo (p.ex., arquivos de texto ede logs são muito modificados, e o seu tamanho pode aumentar ou diminuir) — assim umarquivo pode alocar blocos não contíguos, prejudicando o desempenho.

Para diminuir o impacto do primeiro tipo, existem duas estratégias básicas. A primeira, maissimples, é determinar, na formatação, o menor tamanho de bloco possível. O Ext2 permitetamanhos de blocos de 1024, 2048 e 4096 bytes. Um tamanho de bloco pequeno, como1024 bytes, diminui a fragmentação e perda de espaço, mas em contrapartida gera umimpacto negativo no desempenho, pois acarreta o gerenciamento de uma maior quantidadede blocos. O tamanho de bloco padrão para volumes grandes é de 4096 bytes.

A segunda estratégia é alocar a parte final de um arquivo, menor que o tamanho de umbloco, juntamente com pedaços de outros arquivos. O Reiserfs chama esse método de tail

packing; o UFS usa fragmentos, que são submúltiplos do tamanho do bloco. Apesar do Ext2possuir, no superbloco, a previsão para uso de fragmentos, esse método não foiimplementado.

Para diminuir o impacto da fragmentação externa, o Ext2 pré-aloca (reserva) até oito blocosquando um arquivo é aberto para gravação. Esses blocos reservados, quando possível, sãoadjacentes ao último bloco utilizado pelo arquivo. [CARD, TS'O e TWEEDIE, 1994]

EXT3O Ext3 (Third Extended file system) é um sistema de arquivos desenvolvido por Stephen C.Tweedie para o Linux, que acrescenta alguns recursos ao Ext2, dos quais o mais visível éo journaling, que consiste em um registro (log ou journal) de transações cuja finalidade érecuperar o sistema em caso de desligamento não programado.

Há três níveis de journaling disponíveis na implementação do Ext3:

Journal: os metadados e os dados (conteúdo) dos arquivos são escritosno journal antes de serem de fato escritos no sistema de arquivos principal. Isso

aumenta a confiabilidade do sistema com uma perda de desempenho, devido anecessidade de todos os dados serem escritos no disco duas vezes.

Writeback: os metadados são escritos no journal mas não o conteúdo dos arquivos.

Essa opção permite um melhor desempenho em relação ao modo journal, porém introduzo risco de escrita fora de ordem onde, por exemplo, arquivos que são apensados duranteum crash podem ter adicionados a eles trechos de lixo na próxima montagem.

Ordered: é como o writeback, mas força que a escrita do conteúdo dos arquivos sejafeita após a marcação de seus metadados como escritos no journal. Esse é considerado

um meio-termo aceitável entre confiabilidade e performance, sendo, portanto, o nívelpadrão.

Embora o seu desempenho (velocidade) seja menos atrativo que o de outros sistemas dearquivos (como ReiserFS e XFS), ele tem a importante vantagem de permitir que seja feita aatualização direta a partir de um sistema com ext2, sem a necessidade de realizar

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um backup e restaurar posteriormente os dados, bem como o menor consumo deprocessamento.

Enquanto em alguns contextos a falta de funções de sistemas de arquivos “modernos”, comoalocação dinâmica de inodes e estruturas de dados em árvore, poderia ser considerada umadesvantagem, em termos de “recuperabilidade” isso dá ao ext3 uma significante vantagemsobre sistemas de arquivos que possuem-nas. Os metadados do sistema de arquivos estãotodos em locais fixos e bem conhecidos, e há certa redundância inerente à estrutura dedados, que permite que sistemas ext2 e ext3 sejam recuperáveis no caso de uma corrupçãode dados significante, em que sistemas de arquivos em árvore não seriam recuperáveis.

Fontes da compilação de textos:- http://pt.wikipedia.org/wiki/FAT_(sistema_de_ficheiros)- http://pt.wikipedia.org/wiki/FAT16- http://pt.wikipedia.org/wiki/FAT32- http://pt.wikipedia.org/wiki/NTFS- http://pt.wikipedia.org/wiki/Ext2- http://pt.wikipedia.org/wiki/Ext3- HandBook de TI- http://www.clubedohardware.com.br/artigos/Sistema-de-arquivos/313/1- http://www.infowester.com/ntfs.php

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Diego Macêdo

Sou bacharel em Sistemas de Informação pela Estácio de Sá (Alagoas) eestou pós-graduando em Gestão Estratégica da Tecnologia da Informaçãopela Univ. Gama Filho (UGF) e em Gestão da Segurança da Informação

pela Univ. do Sul de Santa Catarina (UNISUL). Tenho interesse por todas as áreas dainformática, mas em especial em Gestão, Segurança da Informação e Perícia Forense.Sempre disposto a receber sugestões de assuntos para criar uma postagem.

Diego Macêdo já escreveu 936 posts.

Category: Sistemas Operacionais | Tags: Arquivos, Características, EXT2, EXT3, FAT, FAT16,FAT32, NTFS, Operacionais, Sistemas

2 comments

Douglas

24 de outubro de 2012 às 22:28

Parabéns, texto muito bom! Só faltou exFAT.

Responder

Diego Macêdo

24 de outubro de 2012 às 22:33

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4 de 5 03/11/2012 19:26

Quem sabe eu não acrescente quando tiver um pouco mais de tempo, Douglas?Obrigado pela dica!

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