Recuperación de Archivos Fragmentados

Fragmentación. Dañando el rendimiento de la computadora y haciendo que tus archivos sean menos recuperables, la fragmentación puede convertirse en tu peor enemigo cuando se trata de recuperar datos perdidos. ¿Por qué sucede esto, qué se puede hacer para recuperar archivos fragmentados y cómo evitar la fragmentación en primer lugar? Sigue leyendo para descubrirlo.

Contenido

1. Fragmentación
2. Por Qué la Fragmentación Es Perjudicial
3. Los Sistemas Operativos Intentan Reducir la Fragmentación
4. Desfragmentación
5. Desfragmentación de Medios Basados en Estado Sólido y Flash
6. Fragmentación y Recuperación de Datos
7. Escenarios del Mundo Real

Fragmentación

Supongamos que estás guardando un archivo en un disco duro. Si tu disco duro está vacío, o casi vacío, el sistema operativo asignará un bloque contiguo de sectores en el disco y almacenará el archivo en ese bloque… bueno, de manera continua. Pero, ¿qué pasa si ya has escrito en ese disco duro antes, añadiendo y eliminando datos? Tarde o temprano (dependiendo del sistema de archivos utilizado, el tamaño del disco duro y el tipo de sistema operativo que estés ejecutando), tu disco duro ya no tendrá bloques de espacio libre lo suficientemente largos para acomodar archivos grandes. Esta situación es extremadamente común, y prácticamente todos los sistemas operativos (incluidos los integrados en dispositivos portátiles) pueden manejarla.

Al escribir un nuevo archivo, el sistema operativo intenta encontrar un bloque contiguo de espacio libre en el disco para almacenar el archivo de manera continua. Sin embargo, si el archivo es más grande que cualquiera de los bloques de espacio libre disponibles, o si el archivo crece más adelante (por ejemplo, si estás grabando un video), simplemente puede no haber un solo bloque contiguo lo suficientemente grande para acomodar el archivo sin dividirlo en fragmentos más pequeños. Cada uno de los fragmentos más pequeños se almacena entonces en un bloque separado de espacio libre. Como resultado, el contenido del archivo se dispersa aleatoriamente por la superficie del disco. Esto se llama fragmentación.

Por Qué la Fragmentación Es Perjudicial

Se sabe que la fragmentación ralentiza las operaciones de archivos en discos duros magnéticos, tanto en lecturas como en escrituras. ¿Por qué “discos duros magnéticos”? Porque la fragmentación no tiene un efecto adverso en el rendimiento del almacenamiento en medios de estado sólido, y aquí está la razón.

Si estás utilizando un disco duro magnético tradicional, este tiene discos giratorios y cabezales móviles en su interior. Al leer un archivo, el disco duro primero posicionará los cabezales sobre el área del disco que contiene los datos y esperará a que los cabezales se estabilicen. Solo entonces leerá (o escribirá) la información. Si un archivo está almacenado en un solo bloque contiguo, el disco solo necesitará posicionar sus cabezales una vez. Las operaciones de lectura contigua en discos duros modernos son extremadamente rápidas; típicamente, verás al menos de 70 a 100 MB/s al leer archivos contiguos.

Si el archivo tiene más de un fragmento, el disco duro tendrá que reposicionar los cabezales cada vez que necesite moverse al siguiente bloque contiguo. Estas operaciones son relativamente lentas. Como resultado, leer un archivo altamente fragmentado puede ser tan lento como 5 a 15 MB/s en ese mismo disco.

Los medios de estado sólido, como las unidades SSD, las unidades flash USB y todas las tarjetas de memoria comunes, no tienen partes mecánicas móviles en su interior. No hay necesidad de esperar a que algo se posicione o se estabilice. Como resultado, leer o escribir archivos fragmentados es casi tan rápido como leer o escribir datos contiguos. Sin embargo, la fragmentación en medios de estado sólido introduce otros problemas, siendo la recuperabilidad de datos uno de los más serios.

Los Sistemas Operativos Intentan Reducir la Fragmentación

¿Cómo elige exactamente el sistema operativo los fragmentos de espacio libre para ser llenados con nuevos datos? Existen muchos algoritmos diferentes utilizados por los distintos sistemas operativos en varios sistemas de archivos. La mayoría de los sistemas operativos modernos intentan minimizar la fragmentación eligiendo una forma óptima de asignar el espacio libre. Lo que se considera una forma «óptima» varía entre los sistemas. Por ejemplo, el algoritmo de «mejor ajuste» siempre preferirá el fragmento más pequeño de clusters libres que sea lo suficientemente grande para acomodar el archivo. El «peor ajuste» es lo opuesto, dando preferencia a los fragmentos más grandes, ignorando los «huecos» más pequeños al principio del disco y añadiendo archivos al final del área asignada antes de que el disco se llene. El algoritmo de «primer ajuste» escribe en el primer fragmento disponible que sea lo suficientemente grande. También existen otros algoritmos, todos con sus pros y contras, y todos optimizados para diferentes escenarios de uso. Algunos algoritmos son más rápidos que otros al escribir archivos grandes, mientras que otros funcionan mejor reduciendo la fragmentación para archivos que probablemente crecerán, y así sucesivamente.

Es importante destacar que no hay nada que debas (o puedas) hacer para configurar cómo funcionan estos algoritmos. Pero, ¿puedes hacer algo en absoluto para reducir la fragmentación?

Desfragmentación

Hablando de discos duros mecánicos (magnéticos), desfragmentar el disco ayuda a reducir la fragmentación en gran medida. La desfragmentación reorganiza los datos almacenados en el disco duro para que los archivos se almacenen de manera contigua. La desfragmentación funciona mejor si tienes suficiente espacio libre en tu disco duro, ya que el sistema necesitará almacenar cualquier archivo que mueva antes de liberar el espacio en disco que ocupa. Como resultado, el sistema puede no ser capaz de desfragmentar completamente un disco que tiene poco espacio libre disponible (lo cual es una de las razones por las que a menudo se aconseja dejar un porcentaje de espacio en disco disponible).

Las herramientas de desfragmentación se pueden iniciar manualmente o pueden operar según un horario. La desfragmentación programada es una excelente manera de mantener tus discos duros mecánicos. En las versiones recientes de Windows, la herramienta de desfragmentación incorporada puede operar según un horario sin necesidad de instalar soluciones de terceros.

Desfragmentación de Medios Basados en Estado Sólido y Flash

¿Qué pasa con la desfragmentación de medios de estado sólido como memorias USB o unidades SSD? Desfragmentar estos medios de manera tradicional no tiene sentido. De hecho, intentar desfragmentar el almacenamiento basado en flash moviendo datos solo causará un desgaste adicional (y completamente innecesario) en las celdas de flash, acortando su vida útil efectiva sin hacer que el disco funcione más rápido.

Entonces, ¿por qué tenemos un desfragmentador de SSD en Windows 8 y 8.1? La herramienta simplemente emite el comando TRIM a la unidad SSD, asegurando que cualquier espacio libre disponible en el disco sea correctamente reconocido por el controlador SSD y sus algoritmos de recolección de basura.

Fragmentación y Recuperación de Datos

Finalmente, estamos llegando al punto principal de este artículo: recuperar información de medios de almacenamiento fragmentados. Como puedes ver, puedes mantener tus discos duros mecánicos en buen estado y limpios con un desfragmentador de disco automatizado que se ejecute según un horario. Sin embargo, no existe tal opción disponible para las unidades SSD. Siendo inherentemente más pequeñas en tamaño en comparación con los discos duros mecánicos de precio similar, los discos SSD tienen muchas más probabilidades de llenarse. Con poco espacio libre en el disco, el sistema operativo no tendrá otra opción que fragmentar los datos. Como resultado, cualquier archivo que escribas en un dispositivo SSD probablemente estará muy fragmentado. Añade a eso el hecho de que las unidades SSD borran físicamente las celdas que contienen datos eliminados (a través de la recolección de basura y TRIM), y tus posibilidades de recuperar algo de una unidad SSD son casi nulas.

Dejando de lado las unidades SSD, ¿por qué es tan mala la fragmentación para recuperar archivos eliminados? Porque en el momento en que se elimina un archivo, el sistema también puede borrar los registros del sistema de archivos que apuntan a los clústeres físicos exactos en los discos ocupados por un archivo dado. Esto no suele ser un problema con NTFS, que se utiliza en prácticamente todos los discos duros de Windows, pero otros sistemas de archivos como FAT32 (utilizado en unidades flash USB y tarjetas de memoria de hasta 32 GB) eliminarán efectivamente estos punteros en el momento en que se elimina un archivo. Como resultado, simplemente seguir los enlaces del sistema de archivos y reensamblar un archivo puede no ser una opción.

Oh, genial, el sistema de archivos no funciona, ¡así que intentemos con el carving! Bueno, no tan rápido. El carving de archivos funciona muy bien cuando se recuperan archivos contiguos, y no tan bien si estás intentando recuperar un archivo fragmentado.

Al hacer carving, una herramienta de recuperación de datos como Partition Recovery lee información del disco sector por sector buscando firmas familiares que podrían apuntar a un archivo en un formato determinado. Cuando detecta algo similar a un encabezado de archivo (por ejemplo, «PDF»), analiza los datos y, si los datos son de hecho el encabezado del archivo, el algoritmo analiza esos datos para determinar el tamaño de ese archivo. La idea aquí es que, al conocer la dirección del inicio de un archivo y su tamaño, simplemente podemos leer esa cantidad de clústeres del disco duro y ¡voilà! Tenemos el archivo de vuelta.

Esto funciona muy bien si tu disco duro está bien desfragmentado y si el archivo que estás recuperando está almacenado en una sola pieza contigua. Sin embargo, si el archivo está dividido en piezas dispersas por el disco, la herramienta de carving leerá datos que pertenecen al inicio de un archivo seguidos de datos que pertenecen a otros archivos.

Si estás utilizando una herramienta con un algoritmo de carving algo más inteligente, esa herramienta puede ser capaz de sortear esta situación analizando el sistema de archivos y solo haciendo carving en áreas no asignadas del disco. Esto aumenta enormemente las posibilidades de un carving exitoso de archivos fragmentados, pero no todas las herramientas pueden soportar este modo. Por lo general, puedes reconocer las herramientas que soportan este tipo de carving si permiten elegir qué se puede hacer carving: toda la superficie del disco, áreas asignadas (archivos) o áreas no asignadas (espacio libre en el disco).

Por otro lado, si estás intentando hacer carving en un disco duro que no tiene sistema de archivos en absoluto (por ejemplo, después de formatear o reparticionar el disco), todo el espacio del disco se considerará «no asignado», y no tendrás otra opción que escanear toda la superficie del disco.

Escenarios del Mundo Real

En el mundo real, la recuperación de archivos eliminados puede realizarse incluso si están fragmentados. Si, por ejemplo, estás intentando recuperar un archivo eliminado recientemente, la herramienta de recuperación de datos comenzará analizando el sistema de archivos. Como la mayoría de los discos duros en PCs con Windows utilizan NTFS, la herramienta tendrá una gran probabilidad de descubrir la secuencia correcta de registros que se refieren a todos los clusters físicos en el disco duro que solían pertenecer a ese archivo. Como resultado, recuperar un archivo fragmentado no será un problema tan grande como podría ser en FAT32 o si no hubiera ningún sistema de archivos.