ALUMNO: JEFFERSON GERARDO ZUÑIGA CASTRO:
GRUPO # 5
Sistemas FAT
Los sistemas FAT son los sistemas de fichero utilizados en DOS y primeras versiones Windows de Microsoft. La 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. Cualquier error aquí puede convertir la unidad en inutilizable, razón por la que está duplicada.
Ambas copias ocupan lugares consecutivos en los primeros sectores del disco. Justamente a continuación del primero, el VBS ("Volume Boot Sector") que tiene un mapa con la geometría del volumen (en ocasiones hay un espacio entre el VBS y las FAT).
Tablas FAT
Los sistemas FAT y muchos otros, utilizan un método de grabación que agrupa varios sectores en una misma unidad ("Allocation unit") también llamada cluster, traducida al español como unidad de asignación). Esta es la menor unidad de grabación lógica que utiliza el Sistema en la unidad, de forma que un fichero se grabará siempre utilizando un número entero de clusters.
Todos los sistemas FAT han utilizado tamaños de cluster dependientes del tamaño de la unidad. En los disquetes ha sido de 1 o 2 sectores por cluster, es decir, 512 o 1024 bytes. El primer disco duro de 10 MB del IBM PC-XT utilizaba cluster de 8 sectores.
Nota: En realidad, desde la óptica del aprovechamiento de espacio, la agrupación en clusters no es muy buena idea. Por ejemplo, un disco formateado con una unidad de asignación de de 8 sectores (4.096 bytes) ocupa necesariamente esta cantidad para cualquier fichero por pequeño que sea, aunque los sistemas utilizan miles de ficheros de tamaño menor. Sin embargo ayuda a mantener el tamaño de las FAT dentro de límites razonables.
El sistema de anotación utilizado en la FAT (inspirado en UNIX) es una estructura encadenada jerárquica donde cada eslabón apunta al siguiente. Para entenderla del todo hacen falta un par de conceptos y vocabulario previos.
El primero es que en la tabla existe un campo o celda (de 12, 16 o 32 bytes) por cada cluster del volumen. Su contenido lo llamaremos entrada. El campo n de la FAT representa el cluster n del volumen -no confundir la "entrada" (un valor de 12, 16 o 32 bytes), con el contenido del cluster al que representa (un campo de 512 bytes como mínimo).
El segundo se refiere a qué son los directorios y como está organizada su estructura. En realidad los directorios son un tipo especial de fichero, que en lugar de datos de usuario, contienen metadatos (punteros a otros ficheros). En cualquier caso, como cualquier otro fichero, sus "datos" están en el área de datos del disco, y a cada sector de información le corresponde una entrada en la FAT.
Nota: Como puede suponerse, el sistema presenta algunos inconvenientes. Por ejemplo, si se rompe la cadena en un punto, el resto del fichero se pierde. Si el punto de ruptura es un directorio, entonces se pierde todo su contenido.
Las dos primeras entrada de la FAT (los tres primeros bytes en FAT12) tienen un significado especial, de forma que la anotación de clusters se realiza a partir del tercero (a partir del número 2 si como es costumbre, empezamos a contar por cero). Como veremos a continuación, al tratar de la FAT12, lar razón es de tipo histórico.
Recordando que existen distintas variedades del sistema: FAT12; FAT16 y FAT32, que utilizan distinto número de bits para apuntar los números de cluster.
Se deduce que dependiendo del espacio de anotación disponible, un sistema FAT puede direccionar un máximo determinado de clusters. Los valores son: 4.096 (212) para FAT-12; 65.536 para la FAT-16 (216) y 4.294.967.296 (232) para FAT-32. Sin embargo no todas las posiciones están disponibles.
Además FAT-32 no utiliza todos los bits (4 están reservados). Cualquier valor que no corresponda con alguno de los significados especiales debe interpretarse como el próximo número FAT en la cadena del fichero que se examina.
FAT-12
En realidad los primeros PCs, que solo disponían de un disquete de 160 KB y una cara, gobernados por el IBM-DOS 1.0, no utilizaban el sistema FAT, sino uno derivado de CP/M Gary Kildall. Sin embargo, las exigencias de almacenamiento se dispararon enseguida. El primer disco duro instalado en el XT tenía capacidad para 10 MB y el del AT era ya de 20 MB. Como el sistema de ficheros utilizado por CP/M era ineficiente y complicado (el disquete solo podía contener un directorio con 64 entradas), había que buscar en otra dirección.
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, en el rango 000h/FFFh (0/4095). 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
Recordar que en este sistema, 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).
Nota: La razón es de tipo histórico. El sistema de ficheros del DOS 1.0 no tiene bloque de parámetros BIOS (BPB), y la distinción entre los disquetes de 5.25" de simple o doble cara (320/640 KB) debía indicarse en la FAT. A partir del DOS 2.0 la FAT incluyó el BPB con el "Media descriptor".
FAT-16
En este sistema, 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 (0000h/FFFFh), 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, cuando actualmente ya es común ver discos duros de 8 GB. El segundo es el espacio desperdiciado. Cada fichero que se almacena en el disco ocupa los clusters completos que necesita, por lo que si el fichero tiene un tamaño de 2 KB, ocupará un cluster de 32 KB, desperdiciando 30 KB. Si es de 66 KB, ocupará tres clusters = 96 KB, desperdiciando 31 KB. Si se tienen en cuenta que en una partición de 2 GB caben miles de ficheros, y estimamos que se desperdicia una media de 16 KB por fichero, si el disco tiene unos 8.500 archivos estaremos desperdiciando 132 MB.
FAT-32
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, so pena de utilizar clusters muy grandes, lo que a su vez era contraproducente.
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.
Aunque nominalmente utiliza una FAT de 32 bit, en realidad los 4 superiores están reservados. Los 28 restantes permiten direccionar 228 = 268.435.456 clusters. Lo que se traduce en que aún utilizando el tamaño mínimo de cluster, que es de 8 sectores (4.096 Bytes), se pueden tener particiones de hasta 1.07 TB (1.073 · 1012 bytes), aunque en realidad, FAT-32 utiliza clusters de 4096 a 32768 bytes (8/64 sectores).
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.
NTFS
Como se adelantó al tratar de los sistemas de ficheros, 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 (no se trata por tanto de un nuevo carrozado de las FAT anteriores).
El sistema resultante, denominado 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.
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