Sistema de archivos

Un nombre de archivo , o nombre de archivo , identifica un archivo para las aplicaciones que lo consumen y, en algunos casos, para los usuarios.

Un nombre de archivo es único para que una aplicación pueda referirse a un único archivo con ese nombre. Si el sistema de archivos admite directorios, la unicidad del nombre de archivo se aplica generalmente dentro del contexto de cada directorio. En otras palabras, un sistema de almacenamiento puede contener varios archivos con el mismo nombre, pero no en el mismo directorio.

La mayoría de los sistemas de archivos limitan la longitud del nombre de un archivo.

Algunos sistemas de archivos distinguen entre mayúsculas y minúsculas para los nombres de archivo, mientras que otros no. Por ejemplo, los nombres MYFILEy myfilecoinciden con el mismo archivo si no se distingue entre mayúsculas y minúsculas, pero con archivos diferentes si sí se distingue.

La mayoría de los sistemas de archivos modernos permiten que un nombre de archivo contenga una amplia gama de caracteres del conjunto de caracteres Unicode . Algunos restringen caracteres como los que se utilizan para indicar atributos especiales, como un dispositivo, un tipo de dispositivo, un prefijo de directorio, un separador de ruta de archivo o el tipo de archivo.

Los sistemas de archivos suelen permitir organizar los archivos en directorios , también llamados carpetas , que los agrupan.

Esto puede implementarse asociando el nombre del archivo con un índice en una tabla de contenido o con un inodo en un sistema de archivos tipo Unix .

Las estructuras de directorios pueden ser planas (es decir, lineales) o permitir jerarquías al permitir que un directorio contenga otros directorios, llamados subdirectorios.

El primer sistema de archivos que admitía jerarquías arbitrarias de directorios se utilizó en el sistema operativo Multics . ^{[ 9 ]} Los sistemas de archivos nativos de los sistemas tipo Unix también admiten jerarquías de directorios arbitrarias, como lo hacen el Sistema de Archivos Jerárquico de Apple y su sucesor HFS+ en el Mac OS clásico , el sistema de archivos FAT en MS-DOS 2.0 y versiones posteriores de MS-DOS y en Microsoft Windows , el sistema de archivos NTFS en la familia de sistemas operativos Windows NT , y el ODS-2 (On-Disk Structure-2) y niveles superiores del sistema de archivos Files-11 en OpenVMS .

Además de los datos, el contenido del archivo, un sistema de archivos también gestiona los metadatos asociados , que pueden incluir, entre otros:

• nombre
• tamaño que puede almacenarse como el número de bloques asignados o como un recuento de bytes
• Fecha de creación, último acceso, última modificación
• usuario propietario y grupo
• permisos de acceso
• atributos del archivo, como si el archivo es de solo lectura, ejecutable , etc.
• tipo de dispositivo (por ejemplo, bloque , carácter , socket , subdirectorio , etc.)

Un sistema de archivos almacena los metadatos asociados por separado del contenido del archivo.

La mayoría de los sistemas de archivos almacenan los nombres de todos los archivos de un directorio en un solo lugar: la tabla de directorios de ese directorio, que a menudo se almacena como cualquier otro archivo. Muchos sistemas de archivos colocan solo algunos de los metadatos de un archivo en la tabla de directorios, y el resto de los metadatos de ese archivo en una estructura completamente separada, como el inodo .

La mayoría de los sistemas de archivos también almacenan metadatos no asociados a ningún archivo en particular. Estos metadatos incluyen información sobre regiones no utilizadas ( mapa de bits de espacio libre , mapa de disponibilidad de bloques) e información sobre sectores defectuosos . A menudo, esta información sobre un grupo de asignación se almacena dentro del propio grupo.

Se pueden asociar atributos adicionales a sistemas de archivos como NTFS , XFS , ext2 , ext3 , algunas versiones de UFS y HFS+ , mediante atributos de archivo extendidos . Algunos sistemas de archivos permiten definir atributos como el autor del documento, la codificación de caracteres o el tamaño de una imagen.

Algunos sistemas de archivos permiten asociar diferentes conjuntos de datos a un mismo nombre de archivo. Estos conjuntos separados pueden denominarse flujos o bifurcaciones . Apple lleva mucho tiempo utilizando un sistema de archivos bifurcado en Macintosh, y Microsoft admite flujos en NTFS. Algunos sistemas de archivos mantienen varias revisiones anteriores de un archivo bajo un mismo nombre; el nombre del archivo por sí solo recupera la versión más reciente, mientras que se puede acceder a versiones anteriores guardadas mediante una convención de nomenclatura especial, como "nombrearchivo;4" o "nombrearchivo(-4)", para acceder a la versión guardada cuatro veces atrás.

Un sistema de archivos local realiza un seguimiento de qué áreas de almacenamiento pertenecen a qué archivo y cuáles no se están utilizando.

Cuando un sistema de archivos crea un archivo, asigna espacio para los datos. Algunos sistemas de archivos permiten o requieren especificar una asignación de espacio inicial y asignaciones incrementales posteriores a medida que el archivo crece.

Para eliminar un archivo, el sistema de archivos registra que el espacio que ocupaba está libre (disponible para ser utilizado por otro archivo).

Un sistema de archivos local gestiona el espacio de almacenamiento para proporcionar un nivel de fiabilidad y eficiencia. Generalmente, asigna el espacio del dispositivo de almacenamiento de forma granular, normalmente en varias unidades físicas (es decir, bytes ). Por ejemplo, en Apple DOS de principios de la década de 1980, los sectores de 256 bytes en un disquete de 140 kilobytes utilizaban un mapa de pistas/sectores . ^{[ 10 ]}

La naturaleza granular genera espacio no utilizado, a veces llamado espacio libre , para cada archivo, excepto para aquellos que tienen un tamaño excepcional que es un múltiplo de la asignación granular. ^{[ 11 ]} Para una asignación de 512 bytes, el espacio no utilizado promedio es de 256 bytes. Para  clústeres de 64 KB, el espacio no utilizado promedio es de 32  KB.

Por lo general, el tamaño de la unidad de asignación se define al configurar el almacenamiento. Elegir un tamaño relativamente pequeño en comparación con los archivos almacenados genera una sobrecarga de acceso excesiva. Elegir un tamaño relativamente grande genera un exceso de espacio sin usar. Seleccionar un tamaño de asignación basado en el tamaño promedio de los archivos que se espera almacenar tiende a minimizar el espacio sin usar.

A medida que un sistema de archivos crea, modifica y elimina archivos, la representación de almacenamiento subyacente puede fragmentarse . Los archivos y el espacio no utilizado entre ellos ocuparán bloques de asignación que no son contiguos.

Un archivo se fragmenta si el espacio necesario para almacenar su contenido no se puede asignar en bloques contiguos. El espacio libre se fragmenta cuando se eliminan archivos. ^{[ 12 ]}

La fragmentación es invisible para el usuario final y el sistema sigue funcionando correctamente. Sin embargo, puede degradar el rendimiento en algunos dispositivos de almacenamiento que funcionan mejor con bloques contiguos, como los discos duros . Otros dispositivos, como las unidades de estado sólido, no se ven afectados por la fragmentación.

Un sistema de archivos suele admitir el control de acceso a los datos que gestiona.

El objetivo del control de acceso suele ser impedir que determinados usuarios lean o modifiquen determinados archivos.

El control de acceso también puede restringir el acceso por programa para garantizar que los datos se modifiquen de forma controlada. Algunos ejemplos incluyen contraseñas almacenadas en los metadatos del archivo o en otro lugar, y permisos de archivo en forma de bits de permisos, listas de control de acceso o capacidades . La necesidad de que las utilidades del sistema de archivos puedan acceder a los datos a nivel del medio para reorganizar las estructuras y proporcionar copias de seguridad eficientes suele implicar que estas solo son efectivas para usuarios respetuosos, pero no contra intrusos.

En ocasiones, el sistema de archivos incluye métodos para cifrar los datos. Esto resulta muy eficaz, ya que las utilidades del sistema de archivos no necesitan conocer la clave de cifrado para gestionar los datos correctamente. Sin embargo, entre los riesgos de depender del cifrado se encuentra la posibilidad de que un atacante copie los datos y los descifre mediante fuerza bruta. Además, perder la clave implica perder los datos.

Algunos sistemas operativos permiten al administrador del sistema habilitar cuotas de disco para limitar el uso del espacio de almacenamiento por parte del usuario.

Un sistema de archivos normalmente garantiza que los datos almacenados permanezcan consistentes tanto en operaciones normales como en situaciones excepcionales como:

• El programa que accede al archivo no informa al sistema de archivos que ha completado el acceso al archivo (para cerrarlo).
• El acceso al programa finaliza de forma anormal (se bloquea).
• fracaso de los medios
• pérdida de conexión con sistemas remotos
• fallo del sistema operativo
• Reinicio del sistema ( reinicio suave )
• Fallo de alimentación ( reinicio forzado )

La recuperación ante situaciones excepcionales puede incluir la actualización de metadatos, entradas de directorio y el manejo de datos que se almacenaron en búfer pero no se escribieron en los medios de almacenamiento.

Un sistema de archivos podría registrar eventos para permitir el análisis de problemas como:

• Problemas de archivo o del sistema y rendimiento
• acceso nefasto

Normalmente, el usuario puede gestionar un sistema de archivos mediante diversos programas de utilidad.

Algunas utilidades permiten al usuario crear, configurar y eliminar una instancia de un sistema de archivos. También pueden permitir ampliar o reducir el espacio asignado al sistema de archivos.

Las utilidades de directorio pueden usarse para crear, renombrar y eliminar entradas de directorio , también conocidas como dentries (singular: dentry ), ^{[ 14 ]} y para modificar los metadatos asociados a un directorio. Las utilidades de directorio también pueden incluir capacidades para crear enlaces adicionales a un directorio ( enlaces duros en Unix ), para renombrar enlaces principales ("." en sistemas operativos tipo Unix ) y para crear enlaces bidireccionales a archivos.

Las utilidades de archivos crean, listan, copian, mueven y eliminan archivos, y modifican sus metadatos. Pueden truncar datos, truncar o extender la asignación de espacio, añadir contenido, mover y modificar archivos directamente. Según la estructura subyacente del sistema de archivos, pueden proporcionar un mecanismo para añadir contenido al principio o truncar el inicio de un archivo, insertar entradas en medio o eliminarlas. Las utilidades para liberar espacio para archivos eliminados, si el sistema de archivos ofrece una función de recuperación, también pertenecen a esta categoría.

Algunos sistemas de archivos aplazan operaciones como la reorganización del espacio libre, el borrado seguro del espacio libre y la reconstrucción de estructuras jerárquicas, proporcionando utilidades para realizar estas funciones en momentos de mínima actividad. Un ejemplo son las utilidades de desfragmentación del sistema de archivos .

Algunas de las funciones más importantes de las utilidades del sistema de archivos son las actividades de supervisión, que pueden implicar eludir la propiedad o el acceso directo al dispositivo subyacente. Estas incluyen copias de seguridad y recuperación de alto rendimiento, replicación de datos y reorganización de diversas estructuras de datos y tablas de asignación dentro del sistema de archivos.

Las utilidades, las bibliotecas y los programas utilizan las API del sistema de archivos para realizar solicitudes al mismo. Estas solicitudes incluyen la transferencia de datos, el posicionamiento, la actualización de metadatos, la gestión de directorios, la gestión de especificaciones de acceso y la eliminación de archivos.

Con frecuencia, los sistemas de venta minorista están configurados con un único sistema de archivos que ocupa todo el dispositivo de almacenamiento .

Otro enfoque consiste en particionar el disco para poder utilizar varios sistemas de archivos con diferentes atributos. Un sistema de archivos, para usarlo como caché del navegador o almacenamiento de correo electrónico, podría configurarse con un tamaño de asignación pequeño. Esto mantiene la actividad de creación y eliminación de archivos típica de la actividad del navegador en un área reducida del disco donde no interferirá con otras asignaciones de archivos. Otra partición podría crearse para el almacenamiento de archivos de audio o vídeo con un tamaño de bloque relativamente grande. Otra partición podría configurarse normalmente como de solo lectura y solo habilitarse periódicamente para escritura. Algunos sistemas de archivos, como ZFS y APFS , admiten múltiples sistemas de archivos que comparten un grupo común de bloques libres, lo que permite utilizar varios sistemas de archivos con diferentes atributos sin tener que reservar una cantidad fija de espacio para cada uno. ^{[ 15 ] [ 16 ]}

Un tercer enfoque, utilizado principalmente en sistemas en la nube, consiste en usar " imágenes de disco " para alojar sistemas de archivos adicionales, con o sin los mismos atributos, dentro de otro sistema de archivos (anfitrión) como si fueran archivos. Un ejemplo común es la virtualización: un usuario puede ejecutar una distribución experimental de Linux (que utiliza el sistema de archivos ext4 ) en una máquina virtual dentro de su entorno de producción de Windows (que utiliza NTFS ). El sistema de archivos ext4 reside en una imagen de disco, que se trata como un archivo (o varios, según el hipervisor y la configuración) en el sistema de archivos anfitrión NTFS.

Tener varios sistemas de archivos en un solo sistema tiene la ventaja adicional de que, en caso de que uno de ellos se corrompa, los demás suelen permanecer intactos. Esto incluye la destrucción del sistema de archivos por virus o incluso un sistema que no arranca. Las utilidades del sistema de archivos que requieren acceso dedicado pueden completarse eficazmente por partes. Además, la desfragmentación puede ser más efectiva. Varias utilidades de mantenimiento del sistema, como los análisis de virus y las copias de seguridad, también pueden procesarse por segmentos. Por ejemplo, no es necesario hacer una copia de seguridad del sistema de archivos que contiene vídeos junto con todos los demás archivos si no se ha añadido ninguno desde la última copia de seguridad. En cuanto a los archivos de imagen, se pueden crear fácilmente imágenes diferenciales que contengan solo los datos nuevos escritos en la imagen maestra (original). Las imágenes diferenciales se pueden usar tanto por motivos de seguridad (como un sistema desechable: se puede restaurar rápidamente si se destruye o se contamina con un virus, ya que la imagen antigua se puede eliminar y se puede crear una nueva en cuestión de segundos, incluso sin procedimientos automatizados) como para la rápida implementación de máquinas virtuales (ya que las imágenes diferenciales se pueden generar rápidamente mediante un script en lotes).

Otro concepto para la gestión de archivos es la idea de un sistema de archivos basado en bases de datos. En lugar de, o además de, la gestión jerárquica estructurada, los archivos se identifican por sus características, como el tipo de archivo, el tema, el autor o metadatos ricos similares . ^{[ 18 ]}

IBM DB2 para i ^{[ 19 ]} (anteriormente conocido como DB2/400 y DB2 para i5/OS) es un sistema de archivos de base de datos como parte del sistema operativo basado en objetos IBM i ^{[ 20 ]} (anteriormente conocido como OS/400 e i5/OS), que incorpora un almacenamiento de un solo nivel y se ejecuta en IBM Power Systems (anteriormente conocido como AS/400 e iSeries), diseñado por Frank G. Soltis, antiguo científico jefe de IBM para IBM i. Alrededor de 1978 a 1988, Frank G. Soltis y su equipo en IBM Rochester habían diseñado y aplicado con éxito tecnologías como el sistema de archivos de base de datos donde otros como Microsoft posteriormente no lograron. ^{[ 21 ]} Estas tecnologías se conocen informalmente como 'Fortaleza Rochester' y eran en algunos aspectos básicos extendidos de las primeras tecnologías de Mainframe, pero en muchos sentidos más avanzadas desde una perspectiva tecnológica .

Otros proyectos que no son sistemas de archivos de base de datos "puros", pero que utilizan algunos aspectos de un sistema de archivos de base de datos:

• Muchos sistemas de gestión de contenido web utilizan un sistema de gestión de bases de datos relacionales (DBMS) para almacenar y recuperar archivos. Por ejemplo, los archivos XHTML se almacenan como XML o campos de texto, mientras que los archivos de imagen se almacenan como campos binarios (BLOB). Las sentencias SQL SELECT (con XPath opcional ) recuperan los archivos y permiten el uso de una lógica sofisticada y asociaciones de información más ricas que los sistemas de archivos convencionales. Muchos CMS también ofrecen la opción de almacenar únicamente los metadatos en la base de datos, utilizando el sistema de archivos estándar para almacenar el contenido de los archivos.
• Los sistemas de archivos de gran tamaño, representados por aplicaciones como Apache Hadoop y Google File System , utilizan algunos conceptos de los sistemas de archivos de bases de datos .

Algunos programas necesitan realizar múltiples cambios en el sistema de archivos o, si uno o más de estos cambios fallan por algún motivo, no realizar ninguno. Por ejemplo, un programa que instala o actualiza software puede escribir archivos ejecutables, bibliotecas o archivos de configuración. Si parte de la escritura falla y el software queda parcialmente instalado o actualizado, puede dañarse o volverse inutilizable. Una actualización incompleta de una utilidad clave del sistema, como la consola de comandos , puede dejar todo el sistema inutilizable.

El procesamiento de transacciones introduce la garantía de atomicidad , asegurando que todas las operaciones dentro de una transacción se confirmen o que la transacción se pueda abortar y el sistema descarte todos sus resultados parciales. Esto significa que, en caso de fallo o corte de energía, tras la recuperación, el estado almacenado será consistente. El software se instalará por completo o la instalación fallida se revertirá por completo, pero no quedará en el sistema una instalación parcial inutilizable. Las transacciones también proporcionan la garantía de aislamiento , lo que significa que las operaciones dentro de una transacción están ocultas para otros subprocesos del sistema hasta que la transacción se confirme, y que las operaciones que interfieran en el sistema se serializarán correctamente con la transacción.

Windows, a partir de Vista, añadió soporte para transacciones a NTFS , en una función llamada NTFS transaccional , pero su uso ahora se desaconseja. ^{[ 22 ]} Existen varios prototipos de investigación de sistemas de archivos transaccionales para sistemas UNIX, incluyendo el sistema de archivos Valor, ^{[ 23 ]} Amino, ^{[ 24 ]} LFS, ^{[ 25 ]} y un sistema de archivos transaccional ext3 en el núcleo TxOS, ^{[ 26 ]} así como sistemas de archivos transaccionales dirigidos a sistemas embebidos, como TFFS. ^{[ 27 ]}

Garantizar la coherencia entre múltiples operaciones del sistema de archivos es difícil, si no imposible, sin transacciones del sistema de archivos. El bloqueo de archivos puede utilizarse como mecanismo de control de concurrencia para archivos individuales, pero normalmente no protege la estructura de directorios ni los metadatos de los archivos. Por ejemplo, el bloqueo de archivos no puede evitar condiciones de carrera TOCTTOU en enlaces simbólicos. El bloqueo de archivos tampoco puede revertir automáticamente una operación fallida, como una actualización de software; esto requiere atomicidad.

El registro de transacciones en sistemas de archivos es una técnica que se utiliza para introducir consistencia a nivel de transacción en las estructuras de los sistemas de archivos. Las transacciones del registro no se exponen a los programas como parte de la API del sistema operativo; solo se utilizan internamente para garantizar la consistencia a la granularidad de una sola llamada al sistema.

Los sistemas de copia de seguridad de datos generalmente no admiten la copia de seguridad directa de datos almacenados de forma transaccional, lo que dificulta la recuperación de conjuntos de datos fiables y consistentes. La mayoría del software de copia de seguridad simplemente registra qué archivos han cambiado desde un momento determinado, independientemente del estado transaccional compartido entre los distintos archivos del conjunto de datos. Como solución alternativa, algunos sistemas de bases de datos generan un archivo de estado archivado que contiene todos los datos hasta ese momento, y el software de copia de seguridad solo realiza una copia de seguridad de dicho archivo, sin interactuar directamente con las bases de datos transaccionales activas. La recuperación requiere la recreación independiente de la base de datos a partir del archivo de estado una vez que el software de copia de seguridad lo haya restaurado.

Un sistema de archivos de red es un sistema de archivos que actúa como cliente para un protocolo de acceso remoto a archivos, proporcionando acceso a archivos en un servidor. Los programas que utilizan interfaces locales pueden crear, administrar y acceder de forma transparente a directorios y archivos jerárquicos en equipos remotos conectados a la red. Ejemplos de sistemas de archivos de red incluyen clientes para los protocolos NFS , ^{[ 28 ]} AFS , SMB y clientes similares a sistemas de archivos para FTP y WebDAV .

Un sistema de archivos de disco compartido es aquel en el que varias máquinas (generalmente servidores) tienen acceso al mismo subsistema de disco externo (generalmente una red de área de almacenamiento ). El sistema de archivos arbitra el acceso a dicho subsistema, evitando colisiones de escritura. ^{[ 29 ]} Algunos ejemplos son GFS2 de Red Hat , GPFS , ahora conocido como Spectrum Scale, de IBM, SFS de DataPlow, CXFS de SGI , StorNext de Quantum Corporation y ScoutFS de Versity.

Algunos sistemas de archivos exponen elementos del sistema operativo como archivos para que se pueda interactuar con ellos a través de la API del sistema de archivos . Esto es común en sistemas operativos tipo Unix y, en menor medida, en otros sistemas operativos. Algunos ejemplos son:

• devfs , udev , TOPS-10 exponen los dispositivos de E/S o pseudodispositivos como archivos especiales.
• configfs y sysfs exponen archivos especiales que se pueden usar para consultar y configurar información del kernel de Linux.
• procfs expone la información del proceso como archivos especiales.

Los sistemas operativos tipo Unix crean un sistema de archivos virtual, lo que hace que todos los archivos en todos los dispositivos de almacenamiento conectados parezcan existir en una única jerarquía. Esto significa que, en estos sistemas, existe un directorio raíz y todos los archivos del sistema se encuentran dentro de él. Los sistemas tipo Unix pueden usar un disco RAM o un recurso compartido de red como directorio raíz.

Los sistemas tipo Unix asignan un nombre a cada dispositivo, pero este no es el método para acceder a los archivos que contiene. Para acceder a los archivos de otro dispositivo, primero hay que indicarle al sistema operativo dónde deben aparecer esos archivos en el árbol de directorios. Este proceso se denomina montaje de un sistema de archivos. Por ejemplo, para acceder a los archivos de un CD-ROM , hay que indicarle al sistema operativo: «Toma el sistema de archivos de este CD-ROM y haz que aparezca en tal directorio». El directorio que se le indica al sistema operativo se denomina punto de montaje  ; por ejemplo, podría ser /media . El directorio /media existe en muchos sistemas Unix (según lo especificado en el Estándar de Jerarquía de Sistemas de Archivos ) y está diseñado específicamente para usarse como punto de montaje para medios extraíbles como CD, DVD, unidades USB o disquetes. Puede estar vacío o contener subdirectorios para montar dispositivos individuales. Generalmente, solo el administrador (es decir, el usuario root ) puede autorizar el montaje de sistemas de archivos.

Los sistemas operativos tipo Unix suelen incluir software y herramientas que facilitan el proceso de montaje y le aportan nuevas funcionalidades. Algunas de estas estrategias se conocen como "montaje automático" para reflejar su propósito.

• En muchas situaciones, es necesario que otros sistemas de archivos, además del directorio raíz, estén disponibles tan pronto como se inicie el sistema operativo . Por lo tanto, todos los sistemas tipo Unix ofrecen la posibilidad de montar sistemas de archivos durante el arranque. Los administradores del sistema definen estos sistemas de archivos en el archivo de configuración fstab ( o vfstab en Solaris ), que también indica las opciones y los puntos de montaje.
• En algunos casos, no es necesario montar ciertos sistemas de archivos al arrancar el sistema , aunque su uso posterior pueda ser deseado. Existen algunas utilidades para sistemas tipo Unix que permiten montar sistemas de archivos predefinidos bajo demanda.
• Los soportes extraíbles permiten transferir programas y datos entre equipos sin necesidad de conexión física. Algunos ejemplos comunes son las memorias USB , los CD-ROM y los DVD . Por ello, se han desarrollado utilidades para detectar la presencia y disponibilidad de un soporte y montarlo sin intervención del usuario.
• Los sistemas progresivos tipo Unix también han introducido un concepto llamado supermontaje ; véase, por ejemplo, el proyecto Linux supermount-ng . Por ejemplo, un disquete supermontado puede extraerse físicamente del sistema. En circunstancias normales, el disquete debería haberse sincronizado y desmontado antes de su extracción. Si la sincronización se ha realizado correctamente, se puede insertar un disquete diferente en la unidad. El sistema detecta automáticamente el cambio de disco y actualiza el contenido del punto de montaje para reflejar el nuevo medio.
• Un automontador monta automáticamente un sistema de archivos cuando se hace referencia al directorio sobre el que debe montarse. Esto se suele utilizar para sistemas de archivos en servidores de red, en lugar de depender de eventos como la inserción de medios, como sería apropiado para medios extraíbles.

OS/2 1.2 introdujo el Sistema de Archivos de Alto Rendimiento (HPFS). HPFS admite nombres de archivo con mayúsculas y minúsculas en diferentes páginas de códigos , nombres de archivo largos (255 caracteres), un uso más eficiente del espacio en disco, una arquitectura que mantiene los elementos relacionados cerca unos de otros en el volumen del disco, menor fragmentación de datos, asignación de espacio basada en extensiones , una estructura de árbol B+ para directorios y el directorio raíz ubicado en el punto medio del disco, para un acceso promedio más rápido. En 1999 se lanzó un sistema de archivos con registro por diario (JFS).

PC-BSD es una versión de escritorio de FreeBSD que hereda la compatibilidad con ZFS de FreeBSD , al igual que FreeNAS . El nuevo instalador gráfico de PC-BSD permite gestionar la instalación de grupos de almacenamiento ZFS y RAID-Z , así como el cifrado de disco mediante Geli, de forma sencilla e intuitiva desde el principio . La versión actual de PC-BSD 9.0+ 'Isotope Edition' incluye la versión 5 del sistema de archivos ZFS y la versión 28 del grupo de almacenamiento ZFS.

El Plan 9 de Bell Labs trata todo como un archivo y accede a todos los objetos como si fueran archivos (es decir, no hay ioctl ni mmap ): se accede a la red, los gráficos, la depuración, la autenticación, las capacidades, el cifrado y otros servicios mediante operaciones de E/S en descriptores de archivo . El protocolo 9P elimina la diferencia entre archivos locales y remotos. Los sistemas de archivos en el Plan  9 se organizan con la ayuda de espacios de nombres privados por proceso, lo que permite que cada proceso tenga una vista diferente de los numerosos sistemas de archivos que proporcionan recursos en un sistema distribuido.

El sistema operativo Inferno comparte estos conceptos con Plan  9.

Windows utiliza los sistemas de archivos FAT , NTFS , exFAT , Live File System y ReFS (este último solo es compatible y utilizable en Windows Server 2012 , Windows Server 2016 , Windows 8 , Windows 8.1 y Windows 10 ; Windows no puede arrancar desde él).

Windows utiliza una abstracción de letra de unidad a nivel de usuario para distinguir un disco o partición de otro. Por ejemplo, la ruta C:\WINDOWS representa un directorio WINDOWS en la partición representada por la letra C. La unidad C: se usa comúnmente para la partición principal del disco duro , donde normalmente se instala Windows y desde donde arranca. Esta "tradición" se ha arraigado tanto que existen errores en muchas aplicaciones que asumen que la unidad donde está instalado el sistema operativo es C. El uso de letras de unidad, y la tradición de usar "C" como letra de unidad para la partición principal del disco duro, se remonta a MS-DOS , donde las letras A y B estaban reservadas para hasta dos unidades de disquete. Esto, a su vez, derivó de CP/M en la década de 1970, y finalmente de CP/CMS de IBM de 1967.

Antes de la introducción de VSAM , los sistemas OS/360 implementaban un sistema de archivos híbrido. El sistema fue diseñado para admitir fácilmente paquetes de discos extraíbles , por lo que la información relativa a todos los archivos en un disco ( volumen en la terminología de IBM) se almacena en ese disco en un archivo de sistema plano llamado Tabla de Contenidos del Volumen (VTOC). El VTOC almacena todos los metadatos del archivo. Posteriormente, se impuso una estructura de directorios jerárquica con la introducción del Catálogo del Sistema , que puede catalogar opcionalmente archivos (conjuntos de datos) en volúmenes residentes y extraíbles. El catálogo solo contiene información para relacionar un conjunto de datos con un volumen específico. Si el usuario solicita acceso a un conjunto de datos en un volumen sin conexión y tiene los privilegios adecuados, el sistema intentará montar el volumen requerido. Se puede acceder a los conjuntos de datos catalogados y no catalogados utilizando la información del VTOC, omitiendo el catálogo, si se proporciona el ID de volumen requerido en la solicitud OPEN. Más tarde, el VTOC se indexó para acelerar el acceso.

El componente IBM Conversational Monitor System (CMS) de VM/370 utiliza un sistema de archivos plano independiente para cada disco virtual ( minidisco ). Los datos de los archivos y la información de control se encuentran dispersos y mezclados. El punto de referencia es un registro denominado Directorio Maestro de Archivos (MFD), ubicado siempre en el cuarto bloque del disco. Originalmente, CMS utilizaba bloques de longitud fija de 800 bytes, pero las versiones posteriores emplearon bloques de mayor tamaño, de hasta 4 KB. El acceso a un registro de datos requiere dos niveles de indirección , donde la entrada del directorio del archivo (denominada entrada de la Tabla de Estado de Archivos (FST)) apunta a bloques que contienen una lista de direcciones de los registros individuales.

Los datos en el AS/400 y sus sucesores consisten en objetos del sistema mapeados en el espacio de direcciones virtuales del sistema en un almacén de un solo nivel . Se definen muchos tipos de objetos , incluidos los directorios y archivos que se encuentran en otros sistemas de archivos. Los objetos de archivo, junto con otros tipos de objetos, constituyen la base del soporte del AS/400 para una base de datos relacional integrada .

• Sistema de archivos RSRE FLEX - escrito en ALGOL 68
• El sistema de archivos del Sistema de Terminales de Michigan (MTS) es interesante porque: (i) proporciona "archivos de línea" donde las longitudes de los registros y los números de línea se asocian como metadatos con cada registro del archivo; las líneas se pueden agregar, reemplazar, actualizar con registros de igual o diferente longitud y eliminar en cualquier parte del archivo sin necesidad de leer y reescribir todo el archivo; (ii) mediante claves de programa, los archivos se pueden compartir o permitir a comandos y programas, además de a usuarios y grupos; y (iii) existe un mecanismo integral de bloqueo de archivos que protege tanto los datos del archivo como sus metadatos. ^{[ 38 ] [ 39 ]}
• TempleOS utiliza RedSea, un sistema de archivos creado por Terry A. Davis. ^{[ 40 ]}

Los sistemas de archivos limitan la capacidad de almacenamiento de datos , generalmente en función del tamaño típico de los dispositivos de almacenamiento en el momento en que se diseña el sistema de archivos y de las previsiones para el futuro previsible.

Dado que la capacidad de almacenamiento ha aumentado a un ritmo casi exponencial (véase la ley de Moore ), los dispositivos de almacenamiento más recientes suelen superar los límites de los sistemas de archivos existentes a los pocos años de su lanzamiento.Esto requiere nuevos sistemas de archivos con una capacidad cada vez mayor.

Con una mayor capacidad, también aumenta la necesidad de funcionalidades y, por lo tanto, la complejidad. La complejidad del sistema de archivos suele variar proporcionalmente a la capacidad de almacenamiento disponible. Dejando a un lado los problemas de capacidad, los sistemas de archivos de los ordenadores domésticos de principios de los años 80 , con entre 50  KB y 512  KB de almacenamiento, no serían una opción razonable para los sistemas de almacenamiento modernos con cientos de gigabytes de capacidad. Del mismo modo, los sistemas de archivos modernos no serían una opción razonable para estos sistemas antiguos, ya que la complejidad de las estructuras de los sistemas de archivos modernos consumiría rápidamente la capacidad limitada de los sistemas de almacenamiento primitivos.

Puede resultar ventajoso o necesario tener los archivos en un sistema de archivos diferente al actual. Entre las razones se incluyen la necesidad de aumentar el espacio de almacenamiento más allá de los límites del sistema de archivos actual. Puede ser necesario ampliar la profundidad de la ruta más allá de las restricciones del sistema de archivos. También pueden existir consideraciones de rendimiento o fiabilidad. Otra razón es proporcionar acceso a otro sistema operativo que no sea compatible con el sistema de archivos actual.

En los sistemas de archivos jerárquicos , se accede a los archivos mediante una ruta que es una lista ramificada de directorios que contienen el archivo. Los distintos sistemas de archivos tienen diferentes límites en la profundidad de la ruta. Además, los sistemas de archivos tienen un límite en la longitud del nombre de cada archivo.

Copiar archivos con nombres largos o ubicados en rutas de acceso muy profundas de un sistema de archivos a otro puede generar resultados indeseables. Esto depende de cómo la utilidad que realiza la copia gestione la discrepancia.