File system: cosa sono e quali sono quelli più importanti

I file system esistono da decenni e si usavano già nelle schede perforate e nei nastri magnetici. Tuttavia, consentivano solo un accesso lineare, per cui l’esatta posizione di memorizzazione doveva essere rintracciata in modo dispendioso in termini di tempo, ad esempio avvolgendo un nastro magnetico. Oggi, i file system consentono un accesso casuale, quindi un recupero significativamente più rapido dei dati ricercati. Ma cos’è esattamente un file system? E quali tipologie esistono?

Che cos’è un file system?

Un file system è un sistema di archiviazione su un supporto di memoria che struttura e organizza in modo specifico scrittura, ricerca, lettura, memorizzazione, modifica ed eliminazione dei file. La strutturazione dei file deve garantire una loro identificazione rapida senza errori e un accesso il più veloce possibile da parte degli utenti. Inoltre, i file system definiscono, ad esempio, le seguenti proprietà:

  • convenzioni sui nomi di file
  • attributi dei file
  • controllo/i di accesso

Inoltre i file system sono un’importante componente operativa che funge da interfaccia tra il sistema operativo e tutte le unità collegate interne ed esterne, ad esempio tramite una porta USB.

I supporti di memoria possono essere formattati nei diversi file system, per cui oggi i supporti di memoria sono venduti con già una specifica formattazione. In passato, invece, gli utenti dovevano preparare nuovi supporti dati per l’archiviazione e la gestione dei file.

Panoramica dei file system più importanti

I sistemi operativi come Windows, macOS, Linux e Unix, hanno file system standardizzati. Negli ultimi anni, con il progresso tecnologico, la differenziazione è aumentata ancora di più e sono stati sviluppati file system su misura per i supporti di memoria flash sempre più popolari (chiavette USB, unità SSD). Tutti i file system organizzano i file in una sorta di struttura ad albero, a partire dalla cosiddetta radice. Da lì si diramano cartelle o directory e sottocartelle.

N.B.

Nonostante alcune somiglianze, generalmente i file system non sono compatibili tra loro. Ad esempio, un disco rigido mobile formattato in APFS (Apple File System del 2017) non potrà essere utilizzato su un computer Windows. Anche i file system utilizzati in Linux non sono supportati direttamente da altri sistemi operativi. Di norma, tuttavia, esistono soluzioni in cui, ad esempio, software speciali di terze parti consentono l’accesso in scrittura e in lettura a un supporto dati.

Anche se ora i file system disponibili sono diversi, non tutti sono ugualmente diffusi. Attualmente i sistemi più comuni sono FAT16, FAT32, exFAT e NTFS (Windows), nonché HFS+ e APFS (macOS/macOS X). Linux attualmente utilizza ext4 (successore di ext3 e ext2). Di seguito, presentiamo brevemente i file system menzionati.

FAT (File Allocation Table)

Questo file system esiste dal 1980. Le varianti pubblicate da allora sono note con i nomi “FAT12”, “FAT16” e “FAT32”. La formattazione FAT è ideale per la gestione e lo scambio di piccole quantità di dati. Oggi, il file system FAT è obsoleto, perché anche nella versione più aggiornata e potente (FAT32, introdotta nel 1997), i file possono avere una dimensione massima di 4 gigabyte (GB). FAT32 prevede, inoltre, una limitazione nella dimensione massima della partizione, pari a 8 terabyte (TB).

Nonostante queste limitazioni, la formattazione FAT rimane molto diffusa e si utilizza per supporti intercambiabili rimovibili (hard disk esterni, chiavette USB) e hardware speciali (fotocamere digitali, smartphone, router, televisori, autoradio, ecc.). Soprattutto nel settore mobile, rappresenta la migliore compatibilità possibile.

exFAT (Extended File Allocation Table)

Questo formato, nato nel 2006, è un ulteriore sviluppo della classica formattazione FAT. exFAT è stato originariamente progettato per supporti dati rimovibili ed è quindi particolarmente adatto per chiavette USB, schede di memoria e dischi rigidi esterni come unità di memoria a stato solido (SSD) con capacità di archiviazione individuale. exFAT funziona in modo particolarmente efficiente con memorie di dati piuttosto piccole. Tuttavia, può anche elaborare file di grandi dimensioni e superare di gran lunga il limite di FAT32, pari a 4 GB. A partire da Windows 7, exFAT è supportato in modo nativo (standard franco fabbrica, non richiede ulteriori installazioni di driver o service pack speciali).

NTFS (New Technology File System)

Il file system NTFS è stato introdotto nel 1993 con il sistema operativo Windows NT. A partire da Windows Vista, è diventato il file system predefinito per i PC Windows. Rispetto a FAT, offre alcuni vantaggi come la possibilità di compressione e una maggiore sicurezza dei dati (ad esempio mediante crittografia). Una particolarità di NTFS è la possibilità di definire in modo dettagliato e completo i diritti di accesso e di condivisione di file e cartelle. Gli utenti possono assegnare diritti per l’accesso locale e remoto in rete.

HFS+ (Hierarchical File System)

Questo file system è stato introdotto nel 1998 come ulteriore sviluppo di HFS da parte di Apple. Per distinguere chiaramente i due standard, si parla anche di macOS Extended (HFS+) e macOS Standard (HFS). Rispetto a HFS, HFS+ è più veloce ed efficiente in termini di gestione, lettura e scrittura dei dati. Può, inoltre, gestire più file con fino a 4 miliardi di blocchi di file o cartelle. Linux può leggere e scrivere i supporti di memoria formattati in HFS+, ma potrebbe essere necessario installare pacchetti speciali (hfsutils, hfsplus, hfsprogs). In Windows è necessario utilizzare software aggiuntivo che garantisca il supporto completo di HFS+.

APFS (Apple File System)

APFS, introdotto da Apple nel 2017, soddisfa principalmente i requisiti delle unità di memoria a stato solido moderne. APFS è progettato come un sistema a 64 bit e consente anche la crittografia di dati e file. Se un sistema operativo è memorizzato su una SSD, il file system è convertito automaticamente da HFS+ in APFS. Questa “formattazione automatica” fu introdotta con il sistema operativo “High Sierra”. A partire da macOS 10.14 Mojave, anche i Fusion Drive (unità logiche costituite da SSD e dischi rigidi meccanici) sono convertiti automaticamente in APFS. Occasionalmente possono verificarsi problemi durante la conversione di HFS+ in APFS.

ext4

ext4 è stato introdotto nel 2008 come successore di ext3. Il file system è attualmente lo standard di molti sistemi Linux (ad esempio Ubuntu). L’innovazione principale è la funzione Extents, che ottimizza la gestione dei file di grandi dimensioni e previene la frammentazione in modo più efficiente rispetto ai suoi predecessori. Con ext4, le partizioni possono essere ingrandite e ridotte a piacere, anche durante il funzionamento. La dimensione massima del file system era limitata a 32 TB per ext3, ma è molto più grande per ext4: 1 exabyte (circa 1 milione di terabyte).

Tabella riassuntiva dei principali file system

Nome

Campo di applicazione

Sistema operativo (supporto)

Particolarità

FAT32

Supporti mobili

- Windows

- macOS X/macOS

- Linux (richiede eventualmente l’installazione di driver)

- Compatibilità elevata

- Ampio supporto hardware

- Nessuna funzione di crittografia e compressione

- Sicurezza dei dati non particolarmente sviluppata

- Ideale per partizioni più piccole

- Dimensione massima dei file: 4 GB

exFAT

Supporti mobili

- Windows

- macOS X/macOS (compatibile dalla versione 10.6.4)

- Linux (richiede eventualmente l’installazione di driver)

- Non ancora uno standard generale

- Nessuna gestione dei diritti

- Nessuna compressione dei dati

- Ideale per piccole memorie flash da 32 GB (chiavette USB, schede SD)

- Dimensioni e partizioni illimitate (in base all’attuale stato dell’arte)

- Dimensione massima dei file: 512 terabyte

NTFS

Dischi rigidi interni ed esterni

- Windows

- macOS X/macOS (supporto completo solo con strumento aggiuntivo)

- Linux (con l’installazione del driver)

- Gestione dei diritti

- Miglioramento della sicurezza dei dati: protezione contro la perdita e le modifiche, possibile crittografia dei dati

- Compressione dei dati possibile

- Prestazioni elevate su supporti dati di grandi dimensioni

- Specializzato in file di grandi dimensioni e grandi capacità di archiviazione

- Non adatto per unità e partizioni di dimensioni inferiori a 400 MB (gestione troppo complessa)

- Dimensione massima dei file: 256 TB

APFS

Unità SSD

- macOS (standard da versione 10.13, High Sierra)

- Software aggiuntivo per l’utilizzo con versioni macOS e Windows meno recenti

- Ottimizzato per unità di memoria a stato solido (SSD) e altri dispositivi di archiviazione all-flash

- Compatibile anche con unità meccaniche e ibride

- Crittografia dei dati possibile

- Gestione ottimizzata dello spazio di archiviazione (funzione di condivisione dello spazio)

- La funzione di protezione dai crash protegge da eventuali guasti del file system (ad esempio in caso di crash del sistema)

- Supporto Fusion Drive da macOS 10.14 Mojave

- Dimensione massima dei file: 8 Exbibyte

HFS+

Dischi rigidi interni ed esterni

macOS X/macOS

- File system maturo e collaudato

- Particolarmente adatto per unità meccaniche

- Non ottimizzato per le moderne tecniche di archiviazione (SSD, Flash)

- Migliore compatibilità con le versioni precedenti rispetto a APFS

- Durata limitata, probabilmente non più supportato da Apple nel lungo periodo

- Sempre meno importante a causa della “conversione forzata”, parzialmente automatizzata, in APFS

- Dimensione massima dei file: 8 Exbibyte

ext4

Linux

- Linux

- Windows (solo con strumento aggiuntivo)

- macOS X/macOS (solo con strumenti aggiuntivi)

Rispetto alle versioni precedenti di ext:

- Miglioramento delle prestazioni

- Miglioramento della sicurezza dei dati

- Crittografia integrata (da Linux Kernel 4.1)

- La nuova funzione Extents offre vantaggi in termini di velocità durante la gestione di file di grandi dimensioni e previene la frammentazione

- Gestione dei diritti possibile

- Dimensione massima dei file: 16 TB

È possibile cambiare file system?

Un fattore molto importante nella scelta della formattazione è la compatibilità. Bisogna considerare, ad esempio, se si desidera utilizzare un disco rigido esterno non solo localmente sul computer di casa, ma anche su altri dispositivi e piattaforme. Per ottenere la massima flessibilità nel trasferimento di dati tra un dispositivo Apple e uno Windows, si consiglia ad esempio di scegliere il formato exFAT. La scelta giusta nella formattazione di un supporto di dati è quindi molto importante e può evitare problemi e restrizioni nello scambio quotidiano di informazioni.

Se i requisiti di base sono soddisfatti (ad esempio l’hardware attuale), il sistema può essere modificato in qualsiasi momento: potete, ad esempio, passare da un file system più vecchio a uno più moderno. Tuttavia, è essenziale chiarire in anticipo se il passaggio può essere eseguito senza la perdita di file o se tutti i dati devono prima essere sottoposti a backup e poi copiati nuovamente sul supporto dati. Esistono programmi gratuiti e a pagamento per tali trasferimenti che rendono il passaggio più sicuro e agevole. In alcuni casi, tuttavia, è anche possibile utilizzare gli strumenti integrati del sistema operativo. Ad esempio, nel nostro articolo “Formattare una chiavetta USB” potete scoprire come cambiare il file system di una chiavetta USB direttamente su Windows.


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