O que é Sistema de Arquivo (File System)

Muitos dizem por aí que os programas e jogos estão na "memória" do computador. Este termo popular se ridicularizou e se popularizou muito na década de 90 entre antigos gammers e iniciantes em informática, devido antigamente os jogos estarem co-relacionados à cartões e/ou cartuchos de memória.

O conceito em seu princípio não está tão errado, afinal não deixa de haver um programa "memorizado" em algum lugar, o equívoco que ocorre é que um computador, dos mais simples até os mais complexos, utilizam vários tipos de memória, e profissionais da área e/ou utilizadores assíduos que tem um conhecimento básico, sabem distinguir que memória é aonde passa tudo, porém não fica, ou seja, é uma área aonde não é gravado nada para sempre, pois se perde.

A memória real do computador, é um chip eletrônico volátil, contendo transistores microscópicos que dependem explicitamente de energia elétrica para manter um estado, seja este estado "ligado" ou "desligado", gerando assim os bits por sua vez, 1 e 0 (zero).

Um transistor é um componente eletrônico com três contatos, sendo um deles o de energia alimentadora (para fazê-lo funcionar), o Ground (negativo) e o outro que irá receber o estado de passar energia ou não para continuar o cirquito, dependendo do valor que recebe pela energia alimentadora.

Enfim, não entraremos em detalhes de engenharia na sua funcionalidade, mas a memória como é conhecida nos termos populares, é conhecido fisicamente como Hard Disk ou Disco Rígido.

Este tipo de "memória" (ou melhor, disco) armazena informações em pratos contendo filamentos de ferro polarizados, aonde podem manter estados magnetizados ou não, e podem manter os dados por muitos anos (desde que não haja problemas com o braço do disco [veremos isto daqui a pouco]).

Nas imagens acima, você está vendo o disco rígido aberto e o fechado. Lógico que o disco fica sempre fechado em uma capa que não permite que poeira entre, já que trabalhando com ele aberto, compara-se à um avião à toda a velocidade andando à 5cm do chão, ou seja, qualquer poeira, seria uma catástrofe para os dados que estão sendo gravados ou lidos.

Um disco rígido é composto por um braço, discos que giram através de um motor que mantém uma velocidade fixa, que pode ser 5.400 RPM (rotações por minuto), 7.200 RPM, 10k(rpm), 15k, 30k, entre outros. Claro que os mais populares são atualmente os de 7.200 RPM para discos de desktops, e de 5.400 RPM para notebooks, e logo seguido vem os discos chamados também de "Raptor" da WDC (Western Digital Corporation - Fabricante de disco rígidos de qualidade), que alcançam em um único discos, velocidades de rotação de 10k e 15k. Acima disto, são conglomerados de disco em storages (sistemas de armazenamento de grande volume de dados, geralmente localizados na rede da empresa) que simulam velocidades comparando a taxa de transferência somando as velocidades dos discos no conjunto.

Um storage, ou também conhecido como SAN (Storage Area Network), é um lugar aonde armazena muitas informações de forma segura, inteligente, utilizando a rede da empresa, sendo transparente para qualquer sistema operacional e ainda consegue ter velocidade.

A velocidade é adquirida com base de vários discos que trabalham em um conjunto, mas para garantir consistência nos dados que são salvos, é necessário ter mais discos para que os dados possam realmente serem salvos com segurança de forma mais rápida.

Os storages atuais trabalham em margens de 30k (simulando um disco de 30.000 rpm) e de 45k (45 mil rpm).

Na prática, esta velocidade de forma física, seria incapaz de gravar os dados com segurança, mas o sistema de arquivos do sistema distribui as informações entre vários discos para que consiga ter este ganho com relação à velocidade.

Enquanto um disco rígido comum popular consegue gravar à meros 80 Mb/s, um storage consegue facilmente pela rede, gravar de 400 Mb/s à 1 Gb/s, e dependendo do storage, até 10 Gb/s utilizando uma conexão de fibra-óptica, mas neste caso, são storages que possuem em seu interior, mais de 150 discos rígidos.

Como você pode já perceber, um sistema de arquivos é um pouco complexo para ser explicado, já que envolve vários fatores básicos que talvez você nunca leu à respeito, mas isto é o mais simples do princípio.

Um sistema de arquivos possui várias composições, camadas, e aplicações.

Um computador (baseado em arquitetura x86), inicia sua operação através da BIOS (Basic Input and Output System) (ou para retardados: "Bichinho Ignorante Operando Sistema") que por sua vez, inicia suas operações de leitura do disco rígido local da máquina, no primeiro canal da primeira controladora de disco, obtendo as informações da trila zero do disco.

O disco rígido possui um software na trilha zero, que carrega na memória RAM (Random Access Memory) (ou memória de acesso aleatório) o programa do sistema de arquivos, e com isto, o computador e o processador do computador, passa a entender suas partições e sua estrutura, carregando o restante dos componentes conforme é feita a leitura dos arquivos de configurações do sistema operacional, registros, e da tabela de arquivos do sistema de arquivos para o carregamento do sistema operacional de um computador.

O sistema de arquivos é constituído de principalmente de um software, um micro-código que é embutido para que o sistema computacional e o processador saiba como operá-lo, e uma tabela de alocação de arquivos, aonde é registrado todos os meta-dados de um arquivo de forma que possa ser possível acessá-lo na parte gravada do disco. Geralmente, esta tabela de alocação de arquivos ocupa 2,4% do espaço total do disco, ou seja, para cada 1000 Mb formatados com um sistema de arquivos, são utilizados 1024 Mb.

O sistema de arquivos pode armazenar dados conforme sua tabela permite armazenar estes meta-dados. A NTFS possui uma tabela com entradas de 256 bits, o que permite que o disco possa ser utilizado com uma partição formatada de até 16 Eb (Exabytes), ao contrário da FAT32, que opera em 32 bits e tem o limite teórico de 2 Gb. O limite real seria 4 Gb, com modificações no sistema, e estas modificações permitem que o sistema possa ser utilizado com discos de capacidades maiores, como os pen-drivers de câmeras com capacidades de 16 Gb, sendo que a câmera só consegue trabalhar com FAT32. (Isto ocorre porque o tamanho dos setores são aumentados, e cada arquivo, por menor que seja, ocupa um tamanho já pré-determinado mínimo no sistema, mas como geralmente as câmeras salvam arquivos grandes, (maiores que documentos do word por exemplo) esta limitação não é tão vista pelos usuários.

Pen-drive formatado em NTFS funciona em computador, mas em dispositivos como um player de áudio de um carro, ou um aparelho de DVD, não entendem este formato de sistema de arquivos, pois é um sistema proprietário da Microsoft, e que possui certos parâmetros de utilização e nível de permissão que os dispositivos eletrônicos deveriam incorporar dispositivos de capacidade de processamento elevado para trabalhar com estes discos.

Atualmente, no Linux, já há suporte através de paths ao NTFS, mas ainda não é totalmente funcional, como por exemplo, para reparação de dados. Acessar o NTFS em outros sistemas, pode danificar o sistema de arquivos, pois ele é composto por um complexo sistema de banco de dados, utilizando um arquivo chamado de MFT (Master File Table), localizado na raíz do disco, oculto de modo que o usuário não consiga visualizar seu conteúdo nem acessar para conseguir visualizar, porém não é permitido salvar nada com o nome de "mft" na raíz do disco, sem haver uma extensão para tal arquivo, pois isto poderia sobrescrever o sistema de arquivos inteiro, "apagando" todos os dados do sistema.

"Apagando" com aspas, porque toda a formação de disco do windows, é exatamente isto que ele faz. Ele apaga este arquivo que contém o registro das informações dos arquivos salvos, e não apagando fisicamente ele do disco físico, como acontece com a formatação de baixo nível (que passa vários zeros e uns pelo disco inteiro para que seja realmente apagado por completo).

A formatação física não recupera Bad Blocks (áreas de alocação danificadas por reutilização e desgaste, por se tratar de uma mídia magnética, possui limitações de leitura/gravação/regravação sobre a mesma).

No Linux, há vários sistemas de arquivos, um mais completo que outro, outros mais simples, outros mais centralizados, enfim, todos realizam a mesma função: armazenar arquivos.

Como os arquivos são armazenados, aí é questão do sistema de arquivos gerenciá-los e tratá-los.