Breve introdução aos Sistemas de Arquivos e motivos para tantos modelos

Praticamente junto com qualquer sistema operacional acompanha a necessidade de um Sistema de Arquivos onde ele será executado, para o sistema operacional Windows temos os mundialmente conhecidos FAT, FAT32, NTFS e mais recentemente o GPT. para a plataforma MacOS utiliza-se o HFS+ e, por fim mas não por último temos o Linux abrangendo uma certa lista destacando a Ext (Ext2, Ext3 e Ext4), ReiserFS e para não estender muito, Btrfs.

A adoção do tipo de sistemas de arquivos costuma funcionar de maneira transparente, na própria instalação a unidade de armazenamento já é configurada para o sistema operacional em instalação, o problema começa a surgir quando você precisa utilizar mais de um tipo de sistema operacional, principalmente ao utilizar seus dispositivos portáteis como os “pendrives” e cartões de memória, isso pela incompatibilidade entre os sistemas de arquivos que costuma dificultar essa multiutilização.

O Sistemas de arquivos 101:

Os variados sistemas de arquivos tem como função primordial permitir a organização no armazenamento dos arquivos no disco rígido, sólido, unidades flash e outros dispositivos de armazenamento. A preparação do local de armazenamento consiste em criar uma partição ou, divisão no na unidade de armazenamento, em seguida aplica-se a formatação ou, a definição do padrão de arquivos, de maneira geral o disco é separado por trilhas e setores para facilitar a leitura e escrita ou ainda mais simplificado pense num disco LP (isso mesmo, o famoso disco de vinil).

O sistema de arquivos, indiferente do padrão adotado, tem como características fornecer uma maneira de organizar em partes individuais os dados na unidade, ele também registra características nestes arquivos como seus nomes de arquivo, permissões, tamanho em disco, data de criação e alteração entre alguns deles. É fornecido também pelo sistema de arquivos um índice ou, uma lista dos arquivos residentes além de sua localização (setor e trilha, lembra !?) na unidade, essa característica permite ao sistema operacional encontrar com mais facilidade o arquivo solicitado, imagine uma biblioteca com uma lista de localização de todas as publicações, muito mais fácil encontrar um livro do que procurar por todas as prateleiras, não é verdade ?!

Tudo isso permite a tranquila manipulação tanto sua quanto pelo sistema operacional, dos arquivos armazenados nessas unidades, quando você inclui uma unidade de armazenamento o sistema operacional vai identificar qual é o padrão de arquivos (e conteúdo) existentes nela e na impossibilidade de reconhecimento costuma sugerir prepará-la (particionar e formatar, lembra ?!) senão sugerir problemas com ela. Como alternativa, algumas desenvolvedoras oferecem softwares que prometem “traduzir” o sistema de arquivos diferente, funcionando através de drivers (digamos interpretadores) ou softwares que habilitam tanto a leitura e escrita como somente a leitura mas não se anime, geralmente são softwares pagos.

O que explica a existência de tantos Sistemas de Arquivos ?!

A bem da verdade, não existe uma única explicação para a existência de tantos padrões, ainda mais quando o sistema operacional não costuma ser desenvolvido por uma única pessoa onde isso costuma afetar a melhor solução para ser utilizado com ele. Em comparativos dos mais variados, alguns sistemas de arquivos apresentam melhor desempenho do que outros, alguns possuem recursos de segurança mais eficientes, melhor compatibilidade para unidades de armazenamento de grande capacidade, aqueles mais robustos e resistentes à corrupção de arquivos entre algumas das explicações.

Da mesma maneira, não existe um sistema de arquivos universal e extremamente competente para todos os usos, cada sistema operacional adota seu sistema de arquivos mais adequado na condição de ser o melhor padrão, da mesma maneira os desenvolvedores que adotam (ou são contratados) pelas desenvolvedoras Microsoft, Apple e Linux utilizando cada um seu próprio sistema de arquivos. A cada nova versão do sistema operacional costuma ser melhorado também o funcionamento do sistema de arquivos, tornando-se mais estáveis, escaláveis além de confiáveis e rápidos visando atender os mais variados tipos de dispositivos e aplicações.

O desenvolvimento de um sistema de arquivos exige muito esforço e dedicação, normalmente produzido de diversas maneiras e diferente de uma partição representando uma parte do espaço de armazenamento, um sistema de arquivos estabelece a definição dos arquivos, organização, indexação e como os metadados estarão associados a eles, melhorias sempre são esperadas a novas versões do sistema operacional.

Modificando o padrão adotado para Sistema de Arquivos:

No particionamento e formatação de uma unidade de armazenamento é atribuído um tipo de sistemas de arquivos, nos primórdios do Windows era possível evoluir de um sistema de arquivos para outro com certa segurança na preservação dos arquivos, com o passar das versões essa certeza diminuiu significativamente, a prática atual e unânime é manter seus arquivos em outro local antes de aplicar essa mudança e ainda assim preferencialmente compatível com o sistema de arquivos a ser adotado.

Normalmente a alteração do sistema de arquivos está relacionada à mudança do sistema operacional a ser utilizado, por exemplo migrando um disco formatado no padrão ReiserFs, destinado ao Linux, para o padrão NTFS utilizado pelo Windows e ainda que o Linux reconheça o NTFS, não é verdadeiro o inverso dessa compatibilidade.

Retomando o conteúdo inicial sobre a transparência na adoção de um sistema de arquivos, ocorrendo naturalmente com base no sistema operacional em instalação e assim, ao instalar o Windows 10 será atribuído o sistema de arquivos GPT em toda a unidade de armazenamento, sendo o Linux e dependendo da distribuição entra em atividade o Ext(n), Windows 7 ou anterior até a versão ME (Millenium Edition) entra o NTFS e no MacOS teremos o sistema de arquivos HFS+, pra resumir.

Por um determinado tempo não era muito de muita preocupação, isso pelas unidades portáteis praticamente inexistirem, depois da explosão desses dispositivos de armazenamento despertou essa preocupação pois não era incomum uma unidade de armazenamento utilizado num sistema operacional não ser reconhecido quando inserido num equipamento executando outra versão, por conta disso se deseja mudar o sistema de arquivos para tornar compatível com outro sistema operacional é indispensável efetuar uma cópia de segurança e depois seguir modificando o sistema de arquivos usando no Windows o Gerenciador de Discos, no Linux o Gparted ou no MacOSX o Disk Utility.

Pequena introdução aos sistemas de arquivos mais utilizados:

Aproveite para conhecer a seguir uma pequena lista destacando os sistemas de arquivos mais utilizados, ou conhecidos, considerando também o sistema operacional envolvido mas lembre-se, considerando a quantidade ser relativamente maior optou-se pelas mais famosas apenas.

• FAT32: Partindo do Windows 95 é um dos sistemas de arquivos mais antigos, popular e compatível com outros sistemas operacionais, utilizado até hoje. Foi nessa versão (de sistema operacional e arquivos) que o Windows se consolidou com seu ambiente gráfico, embora limitando a partições com tamanho máximo de 32GB, mesmo assim permanece utilizado nos mais variados dispositivos como cartões de memória, pendrives, consoles de jogos, decodificadores e uma infinidade de outros aparelhos.
• NTFS: Debutado na versão Windows NT 3.1 e definitivamente estabelecido a partir do Windows NT 4.0, tornou-se padrão como sistemas de arquivos até o Windows 7, possuindo melhor gerenciamento de dados e também em utilização, compatível com capacidades maiores de espaço em disco alcançando até 2TB, outra característica é reconhecer arquivos individuais maiores que 4GB enquanto o FAT32 é limitado a pouco mais de 3GB, permaneceu como o sistema de arquivos padrão para o Windows até o surgimento do Windows 8.
• GPT: Estabelecido, mas até então pouco conhecido, na versão Windows 8 veio para superar as limitações tradicionais das versões anteriores do Windows, ainda que cronologicamente tenha surgido no Windows 7 a inicialização não é suportada nessa versão, de toda maneira surgiu para superar as limitações do padrão MBR de 4 partições principais e também ultrapassar a compatibilidade com unidades de armazenamento acima de 2TB sem precisar particionar o espaço em disco, placas-mãe compatíveis ou já padronizadas com o modelo UEFI, arquitetura um pouco mais detalhada [aqui], torna mandatório configurar pelo menos o armazenamento principal neste formato.
• HFS +: Na família Machintosh foi definido o modelo HFS + como sistema de arquivos nas suas unidades de armazenamento, para aproveitar o recurso Time Machine é necessário formatar a unidade externa também nesse padrão. Mesmo assim o OSX é capaz de ler e gravar em unidades formatadas em FAT32, uma pequena compatibilidade existe no padrão NTFS porém neste caso podendo apenas ler (e copiar de) os arquivos nesse sistema de arquivos.
• Ext(2/3/4): Para o Linux e suas derivações, ou outras distribuições, que compartilham do mesmo Kernel (Núcleo) o sistema de arquivos adotado foi do padrão Ext(n) até o momento na versão Ext4. O padrão Ext2 como o mais antigo deles não possui recursos importantes, a exemplo do journaling (diário de registro) onde numa queda de energia acabar, o computador travar enquanto grava em uma unidade ext2 ou o sistema reiniciar por algum motivo, os dados serão perdidos. No Ext3 houve uma melhoria na robustez do sistema, ao custo de alguma velocidade e por fim, na atual Ext4 houve um perceptível amadurecimento do sistema de arquivos tornando-o mais moderno e rápido sendo adotado como sistema de arquivos padrão para a maioria das distribuições Linux. Infelizmente nem o Windows ou MacOSX conseguem ler esse padrão de arquivos, ou anteriores, e na necessidade de utilização de unidades com esse padrão a adoção de um sistema “de interpretação” (e normalmente pago) de terceiros será necessário, para efetuar desde apenas leituras até escritas nas unidades nessas condições. Por outro lado o Linux consegue ler e gravar tranquilamente em unidades FAT32, NTFS e a recente GPT e até mesmo o HFS+ pode ser utilizado, com um pouco de conhecimento e complementos do Linux, no ambiente “do pinguim”.
• BTRFS: Ou “Better File System” (melhor sistema de arquivos) – outro sistema de arquivos surgido do Linux e embora mais recente, permanece em fase de desenvolvimento. Mesmo disponível para ser utilizado, por conta de persistir na fase experimental acaba sendo um risco pelo pouco (ou nenhum suporte) da comunidade seja para melhorias quando resolução de inconsistências. É outro candidato para substituir (ou complementar) o padrão Ext4 entre outros padrões também em fases experimentais, padrões novos para acompanhar o crescimento constante no tamanho em disco, além de novas tecnologias como o SSD, das unidades de armazenamento.

• SWAP: Ainda no ambiente do Linux, temos o sistema de arquivos “swap” embora não seja verdadeiramente um sistema de arquivos. A partição formatada no padrão “swap” tem como objetivo complementar o provável esgotamento de memória RAM, funcionando como um espaço de troca do que deveria estar hospedado na memória mas não consegue por falta de “espaço” disponível, funcionando de maneira similar ao famoso arquivo de memória temporária do Windows porém nele sendo configurado depois do sistema instalado, no Linux ele é definido durante o particionamento da unidade de armazenamento.

Conclusão:

Depois da popularização do ambiente gráfico nos computadores IBM-PC, a necessidade de entender sobre sistemas de arquivos na instalação de um sistema operacional foi aposentada, nos aparelhos da Apple ainda que sempre tenha sido assim é interessante lembrar ser um ambiente historicamente restrito aos sistemas operacionais concorrentes.

No Windows e Linux isso demorou um pouco para acontecer, depois de um certo tempo essa necessidade ressurgiu pela necessidade de compartilhamento de conteúdos entre as plataformas existentes e pelos mais variadas motivações, nos primórdios das câmeras fotográficas digitais utilizando disquetes, cartões de memória e posteriormente as unidades flash, ou os famosos pendrives, e unidades externas de grande capacidade como os HD Externos (geralmente por USB).

O conteúdo foi desenvolvido de maneira até bem reduzida, elaborar um material mais completo traria um artigo muito extenso e possivelmente cansativo de acompanhar, por isso o interesse de apenas explicar resumidamente apenas padrões mais conhecidos e utilizados.