Sistema de archivos jerárquico

El Hierarchical File System ( HFS ), es un exclusivo sistema de archivos desarrollado por de Apple para el Mac OS funcionamiento del sistema . Diseñado originalmente para disquetes y discos duros , también se puede utilizar en medios de solo lectura, como CD-ROM . Generalmente, se hace referencia a HFS como "Mac OS Standard" y a su sucesor HFS + como "Mac OS Extended".

El sistema de archivos jerárquico , o HFS, también es otro sistema de archivos utilizado en z / OS , un sistema operativo de IBM para mainframe .

Historia

HFS fue introducido por Apple en septiembre de 1985 para reemplazar Macintosh File System (MFS), el sistema de archivos original que se introdujo el año anterior con la computadora Macintosh . Desarrollado por Patrick Dirks y Bill Bruffey, HFS comparte una serie de características de diseño con MFS que no estaban disponibles en otros sistemas de archivos en ese momento (como DOS y FAT ). Los archivos pueden tener varias bifurcaciones , lo que permite que el código fuente se almacene por separado en recursos (en) , como iconos, para que sean fáciles de localizar (se adaptan a varios países). Se ha hecho referencia a las carpetas con identificadores de archivo únicos en lugar de nombres de archivo, y los nombres de archivo pueden tener 255 caracteres (aunque el Finder solo admite 31 caracteres).

MFS se ha optimizado para su uso en medios muy pequeños y lentos, como disquetes . HFS se introdujo para superar algunos de los problemas de rendimiento asociados con la introducción de medios más grandes, especialmente discos duros . La principal preocupación es el tiempo necesario para mostrar el contenido de una carpeta. En MFS, toda la información de archivos y directorios se almacenaba en un solo archivo, que para el sistema de búsqueda creaba una lista de archivos almacenados en una carpeta en particular. Funcionó bien con un sistema de unos pocos cientos de kilobytes de almacenamiento y cientos de carpetas, pero debido a que los sistemas usaban megabytes y miles de archivos, el rendimiento se degradó rápidamente.

Para adaptarse a sistemas de archivos grandes, HFS reemplaza la tabla de archivos con el archivo de catálogo , que utiliza una estructura de árbol B y permite que las búsquedas se realicen muy rápidamente independientemente del tamaño del árbol. HFS también ha rediseñado varias estructuras y, para organizar más archivos, utiliza números enteros de 32 bits (en lugar de 16). Pero, al igual que MFS, el archivo de catálogo en sí limita HFS para almacenar un máximo de 65.535 archivos.

Si bien HFS es un sistema de archivos propietario, está hecho de tal manera que existen soluciones para usar unidades formateadas con HFS con sistemas operativos más modernos.

En 1998, Apple lanzó HFS + debido a la asignación ineficaz de espacio en disco a HFS. Este nuevo sistema de archivos trae otras mejoras. Las versiones actuales de Mac OS aún pueden leer HFS, pero en Mac OS X no se puede usar un volumen HFS para arrancar (iniciar), así como las versiones recientes de Windows no se pueden instalar en una partición FAT16 .

Diseño

El sistema de archivos jerárquico divide un volumen lógico en bloques de 512 bytes. A continuación, estos bloques lógicos se agrupan en bloques de asignación, que pueden contener uno o más bloques lógicos según el tamaño total. HFS utiliza un valor de 16 bits para la asignación de direcciones de bloque, lo que limita el número de bloques de asignación a 65.536.

Hay cinco estructuras que componen un volumen de HFS:

1. Los bloques lógicos 0 y 1 del volumen son los sectores de inicio que contienen información sobre el inicio del sistema. Por ejemplo, los nombres del sistema y los archivos Shell (generalmente el Finder ) que se cargan al inicio.
2. El bloque lógico 2 contiene el bloque de directorio maestro (alias MDB ). Este MDB define una amplia variedad de información sobre el volumen en sí, como la fecha y hora de creación, la ubicación de otros volúmenes, los tamaños de las estructuras lógicas y la asignación de bloques. También hay un duplicado del MDB llamado Alternate Master Directory Block (también conocido como Alternate MDB ), ubicado en el extremo opuesto del volumen en el penúltimo bloque lógico. Esto es principalmente para uso de utilidades y discos cuando está instalado File Catalog Update o Extents Overflow File.
3. El bloque lógico 3 es el inicio del volumen de mapa de bits , que realiza un seguimiento de la asignación de bloques usados ​​o libres. Cada bloque de asignación en el volumen está representado por una marca; Si es gratis, se puede usar el bloque. El tamaño del volumen de mapa de bits está determinado por el tamaño del volumen en sí.
4. El archivo de desbordamiento de extensiones es un árbol B * que permite al sistema administrar bloques defectuosos en un archivo.
5. El Catálogo de archivos es otro árbol B * , que contiene registros de todos los archivos y directorios almacenados en el volumen. Almacena cuatro tipos de documentos. Cada archivo consta de un registro de subproceso de archivo y un registro de archivo, mientras que cada directorio consta de un registro de subproceso de directorio, registro de directorio. Los archivos y directorios del catálogo de archivos se ubican por su ID de nodo de catálogo único (o CNID ).
   • Un registro de subprocesos de archivos simplemente almacena el nombre de archivo y el CNID de su directorio principal.
   • Un registro de archivo almacena metadatos sobre el archivo, incluidos sus CNID, el tamaño del archivo, tres fechas (creado, modificado por última vez y guardado por última vez). El archivo también almacena dos campos de 16 bytes que Finder utiliza para almacenar atributos en archivos.
   • Un registro de subprocesos de directorio simplemente almacena el nombre del directorio y el CNID de su directorio principal.
   • Un registro de directorio almacena datos como el número de archivos almacenados en el directorio, el CNID del directorio, tres fechas (creado, modificado por última vez y guardado por última vez). Al igual que el Registro de archivo, el Registro de directorio almacena dos campos de 16 bytes utilizados por el Finder. Para almacenar información de visualización como ancho y alto, coordenadas xey de la ventana, modo de visualización (icono, lista, etc.) y su posición en la barra de desplazamiento.

Problemas

El catálogo de archivos, que almacena todos los archivos y directorios en una única estructura de datos, tiene problemas de rendimiento. Cuando el sistema permite la multitarea , solo un programa puede escribir en un archivo a la vez, lo que significa que muchos programas pueden terminar en la cola debido a un "arco" en el sistema. En este caso, el daño a un archivo puede destruir todo el sistema de archivos. Esto contrasta con otros sistemas de archivos que almacenan archivos y carpetas en estructuras separadas (como Microsoft y FAT o el sistema de archivos Unix ), donde la estructura se distribuye por todo el disco. Esto significa que dañar un solo directorio generalmente no es peligroso y los datos posiblemente se puedan recuperar en la parte intacta.

Además, el límite de 65 535 bloques de archivos asignaciones ( racimos ) dio como resultado mínimo tamaño de bloque equivalente a 1/65 535 º del tamaño de la unidad, incluso para los archivos con sólo unos pocos bytes. Cuando los discos eran pequeños, esto no era importante, ya que se redujeron los tamaños de los bloques de asignación individual, pero tan pronto como los discos comenzaron a acercarse a 1  GiB , ese tamaño mínimo de bloque creció demasiado, desperdiciando mucho dinero. Por ejemplo, en un disco de 1  GiB , el tamaño de los bloques de asignación con HFS es de 16 KB, incluso para un archivo de 1 byte. Esta situación es un problema menor para los usuarios con archivos grandes (como imágenes, bases de datos o audio), que desperdician menos espacio. Los usuarios con una gran cantidad de archivos pequeños, por otro lado, podrían perder una gran cantidad de espacio debido al tamaño de los bloques de asignación. La división del disco en pequeños volúmenes lógicos (particiones) es muy atractiva para los usuarios de Mac, porque los documentos pequeños almacenados en un volumen más pequeño ocuparían mucho menos espacio que en una partición grande. El mismo problema existe en el FAT16 .