7 какие средства управления файловой системой fat вы знаете

Обновлено: 05.07.2024

Вы можете выбирать между тремя файловыми системами для дисковых разделов на компьютере, работающем под управлением Windows Server 2003: FAT , FAT32 и NTFS . В данной лекции рассматриваются эти файловые системы, а также некоторые возможности, доступные в NTFS .

FAT and FAT32

FAT (File Allocation Table ) – это таблица ссылок, которые содержат информацию о блоках данных, образующих файл . Первая файловая система FAT (где использовались 12-битные записи) появилась в DOS . Первая версия DOS (1.0) не поддерживала поддиректории, но по мере расширения возможностей DOS изменялась соответствующим образом и файловая система FAT . Например, в DOS 4.0 записи FAT были увеличены до 16 битов, чтобы можно было работать с разделами, превышающими 32 Мб.

Таблица FAT находится на диске вместе с дубликатом FAT , что является попыткой поддержки отказоустойчивости (однако поврежденную FAT редко удается восстановить). Система содержит также секцию корневой директории, имеющую фиксированный размер, что ограничивает количество файлов, которые можно разместить в корневой директории.

Сами файлы хранятся в виде кластеров, размер которых зависит от размера диска. Размер самой таблицы FAT фиксирован, поэтому для работы с большими дисками размер кластеров увеличивается. Кластер может иметь размер 2048, 4096 или 8192 байтов. 16-битная длина записей FAT ограничила размер жестких дисков пределом 128 Мб (при размере кластеров 2048 байтов). Теоретически FAT мог бы поддерживать диск 512 Мб, но при размере кластеров 8192 байта, что крайне неэффективно. Начиная с DOS 5.0, была введена поддержка разделов до 2 Гб за счет создания таблиц FAT для каждого дискового раздела (до четырех разделов).

FAT32 , то есть таблица , содержащая 32-битные записи, была введена в Windows 95 OSR2. Это позволило добавить ряд возможностей к файловой системе FAT .

Было снято ограничение на размер раздела в 32 Гб.
Корневая директория размещается не в фиксированной позиции и может быть перемещена.
Нет ограничения на количество записей, которые могут быть помещены в корневую директорию.
Резервные копии FAT позволяет реально восстанавливаться после аварий.
FAT32 позволяет иметь намного больше кластеров при размере кластера 4096 байтов даже для больших дисков.

FAT32 также позволила работать с именами файлов, длина которых больше предыдущего предела 8.3. Поддержка длинных имен файлов стала, пожалуй, наиболее заметной и наиболее ценной функцией. Microsoft применила для работы с длинными именами файлов в Windows 95 виртуальную таблицу распределения файлов VFAT ( Virtual File Allocation Table ) – 32-битную утилиту, которая работала в защищенном режиме. На самом деле Microsoft называет расширение VFAT драйвером, поскольку он устанавливается и предполагается, что его можно установить в любой операционной системе.

В Windows Server 2003 используется система NTFS , которая впервые появилась в Windows 2000 (иногда ее называют NTFS 5). Эта файловая система содержит встроенную поддержку множества средств, которые помогают управлять доменами, пользовательскими учетными записями и средствами безопасности. Данная система NTFS отличается от NTFS , используемой в Windows NT 4. Средства, которые поддерживает NTFS 5, являются частью структуры Windows Server 2003 (и Windows 2000), включая (но не ограничиваясь) следующим.

Active Directory.Содержит все объекты операционной системы, разрешая или запрещая доступ с помощью полномочий. Описание Active Directory см. в "Описание Active Directory" .
Дисковые квоты.Ограничивают использование дискового пространства на уровне пользователя или группы. Подробнее о дисковых квотах см. в "Управление файлами и дисками" .
Шифрование. Обеспечивает автоматическое шифрование и дешифрование данных файла при записи или чтении файла. Информацию по использованию шифрующей файловой системы EFS (Encrypting File System) см. в "Безопасность Windows Server 2003" .
DFS (Distributed File System – Распределенная файловая система).Позволяет вам использовать одно дерево папок, охватывающее несколько серверов и разделяемых ресурсов. Подробнее о настройке и поддержке DFS см. в "Управление файлами и дисками" .

Кроме мощных средств и возможностей, упрощающих для администраторов управление предприятием, NTFS имеет важную и удобную для пользователей возможность – внесение изменений в значок документа при изменении его местоположения. Эта функция , о которой даже не знают некоторые администраторы, очень удобна для пользователей, которые поддерживают значки для часто используемых документов. Например, я держу в моей панели Quick Launch (Быстрый запуск ) значки документов, над которыми работаю длительное время (например, главы книг). Эти значки создаются и удаляются по мере необходимости. Кроме того, я держу значок для любого документа, которому требуется постоянное обновление, например, документ, где я держу пароли для доступа к веб-сайтам.

В диалоговом окне Properties (Свойства) для значка документа представлен путь к этому документу. Если переместить документ в другую папку и затем щелкнуть на его значке, то откроется именно этот документ. При следующем входе в диалоговое окно Properties вы увидите, что путь к этому документу изменен соответствующим образом.

Главная таблица файлов (Master File Table) NTFS

Вместо таблицы FAT (File Allocation Table) NTFS использует специальный файл, который называется Master File Table ( MFT ), позволяющий отслеживать все файлы и папки на томе. MFT имеет переменный размер, и она автоматически расширяется по мере необходимости. Фактически MFT является массивом записей, который вы можете рассматривать как базу данных по всем файлам системы.

Каждая запись MFT обычно имеет фиксированный размер 1 Kб, и первые 16 записей содержат информацию о данном томе. Эти относящиеся к тому записи называются файлами метаданных (эта терминология используется для структур служебной информации в файловой системе).

Обычно одна запись в MFT соответствует одному файлу или папке в этой файловой системе. Запись содержит атрибуты файла, включая такие элементы, как readonly (доступ только по чтению) и флаги архивации, даты создания и последнего доступа, имя файла и дескриптор безопасности.

Примечание. Обычно в запись включаются два имени файла: длинное имя и совместимое с DOS имя в формате 8.3.

Более существенным отличием от FAT является то, что сами данные файла являются просто еще одним атрибутом NTFS. Имеется ограничение на количество данных, которые можно поместить в запись MFT , и все, что превышает этот предел, заменяется в записи указателями на местоположение данных этого файла на диске. Запись MFT может содержать примерно 750 байтов данных файла (точное количество зависит от количества атрибутов, хранящихся в записи MFT ). Небольшие файлы данных (меньше 750 байтов) могут умещаться целиком в своих записях MFT , чтобы дает невероятно высокую производительность без какого-либо риска фрагментации этих файлов.

Хотя бы одна запись таблицы MFT имеется для каждого файла на томе NTFS, включая файл самой MFT и другие файлы метаданных, такие как файл журнала, карта сбойных кластеров и корневая папка.

Конечно, большинство файлов не могут уместиться непосредственно в своих записях MFT , поэтому MFT сохраняет их данные на диске. Единицей размещения файлов в NTFS являются кластеры, которые указываются двумя способами:

VCN (Virtual Cluster Numbers – Виртуальные номера кластеров) от 0 до n-1, где n – количество кластеров в файле;
LCN (Logical Cluster Numbers – Логические номера кластеров), соответствующие номерам кластеров на томе.

VCN аналогичен смещению в файле, которое запрашивается приложением. Приложение использует в файле определенный формат данных, и оно рассчитывает с помощью этого формата смещение в байтах относительно логического формата этого файла. Когда приложению требуется чтение или запись по определенному адресу в файле, NTFS делит это число на размер кластера, чтобы определить VCN для чтения или записи.

LCN – это индекс (указатель) кластеров на томе, и когда требуется чтение или запись, NTFS использует LCN для расчета адреса на диске. При этом расчете LCN умножается на количество секторов в кластере, после чего происходит чтение или запись секторов, начиная с этого адреса на диске. Связывая номера VCN с их LCN , система NTFS связывает логическую адресацию файла с физическим местоположением на диске.

Если какой-либо атрибут не умещается в записи MFT , то NTFS сохраняет его в новом, отдельном наборе кластеров на диске, который называется непрерывной областью, или экстентом. Обычно атрибут, представляющий данные файла, слишком велик, чтобы уместиться в записи MFT . Однако и другие атрибуты могут оказаться достаточно большими, чтобы образовать новые экстенты. Например, длинные имена файлов могут содержать до 255 символов, каждый из которых занимает 2 байта (поскольку имена файлов хранятся в кодировке Unicode).

Атрибут, который хранится в самой записи MFT , называется резидентным атрибутом. Если атрибут вытесняется в экстент, то он называется нерезидентным атрибутом. Это означает, что если пользователи не создают все время очень короткие файлы с короткими именами, то большинство файлов на томе имеют данные, которые соответствуют нерезидентному атрибуту.

Если экстент требуется увеличить (обычно потому, что пользователь добавляет данные к файлу, который уже имеет большие размеры), то NTFS пытается выделить физически смежные кластеры для того же экстента. Если не удается выделить непрерывное пространство достаточного размера, то NTFS создает новый экстент где-либо на диске, разделяя файл на два фрагмента. Если новый экстент тоже не может обеспечить достаточный размер непрерывного пространства, то добавляется еще один экстент. Заголовок атрибутов данных (который хранится в записи MFT ) содержит эту информацию в форме номеров LCN и длин экстентов, а NTFS использует эту информацию для поиска экстентов.

В некоторых случаях (обычно при крайне большом количестве атрибутов) система NTFS вынуждена выделить дополнительную запись MFT для данного файла. В этом случае NTFS создает атрибут, который называется списком атрибутов и действует как индекс (указатель) для всех атрибутов данного файла. Хотя это необычная ситуация, присутствие дополнительных записей MFT может существенно снизить производительность работы с соответствующими файлами.

Папки (директории) обрабатываются в NTFS почти так же, как файлы. Если папка достаточно мала, то индекс для файлов, на которые указывает эта папка, может уместиться в записи MFT . Эта информация является атрибутом, который называется Index Root (Корень индекса).

Если в папке (индексе) имеется больше элементов, чем может уместиться в записи MFT , то NTFS создает новый экстент с нерезидентным атрибутом, который называется буфером индекса. Для таких папок буферы индексов содержат то, что называется деревом b+, которое является структурой данных, предназначенной для минимизации количества сравнений, необходимых для поиска определенного файла.

В дереве b+ хранится информация (или указатели на информацию) в отсортированном порядке. Запрос отсортированного списка элементов папки выполняется быстро, поскольку это порядок хранения в буфере индекса. Поиск определенного элемента тоже выполняется быстро, поскольку эти деревья больше разрастаются "вширь", чем "вглубь", что сводит к минимуму количество попыток доступа, необходимых для достижения определенной точки дерева.

Фрагментация NTFS

Все разговоры о том, что NTFS препятствует фрагментации, неверны. Сами системы Windows Server 2003, Windows 2000 и Windows NT намного лучше в выделении дискового пространства для файлов, чем более ранние версии Windows (и DOS), и, в результате, эти системы менее подвержены фрагментации файлов.

Однако NTFS не защищена от источников, вызывающих фрагментацию отдельных файлов, и со временем файлы на томе NTFS становятся фрагментированными. Кроме того, побочным эффектом того, что операционная система пытается воспрепятствовать фрагментации файлов, становится фрагментация свободного пространства на диске.

Форматируя том с помощью NTFS, вы можете выбрать размер кластеров . В Windows NT предлагается размер кластеров по умолчанию, основанный на размере данного тома, но если вы знаете, каким образом будет использоваться данный том, то можете выбрать наиболее подходящий для этого использования размер кластеров . Но вы должны быть очень осторожны, выбирая размер, отличный от размера по умолчанию. При выборе меньшего размера кластеров будут меньше потери пространства на диске, но это вызовет, скорее всего, фрагментацию файлов. При большем размере кластеров вероятность фрагментации будет меньше, но будут больше потери пространства на диске.

Внимание. Выбор 512-байтовых кластеров может вызвать проблемы, поскольку таблица MFT состоит из записей, имеющих длину 1024 байта. В случае кластеров размером 512 байтов отдельные записи MFT могут оказаться фрагментированными. Это невозможно при более высоких размерах кластеров, которые могут содержать более одной записи MFT без каких-либо потерь.

Если файл или папка занимает непрерывную область, то размер кластера не имеет значения (если вас не волнует потеря небольшой доли пространства на диске). Если вы знаете, что том будет содержать очень большое число небольших файлов, или предполагаете, что почти все файлы будут очень большими, то вы обладаете информацией, которую можете использовать для выбора наиболее подходящего размера кластеров. Кроме того, при очень большом общем числе файлов (порядка 100000) фрагментация MFT становится более вероятной. В этом случае больший размер кластеров ограничит фрагментацию в таблице MFT , поскольку она увеличивается, чтобы вместить все файлы.

Примечание. Можно создать том NTFS с размером кластеров больше 4K, но деф-рагментировать том с помощью встроенной программы дефрагментации будет невозможно. Вы не сможете также использовать сжатие NTFS.

Важно отметить, что существуют отличия в фрагментации на различных уровнях хранения данных. Отдельные приложения, такие как Microsoft Office, и серверы баз данных, такие как Oracle, имеют проблемы фрагментации в рамках их собственного хранилища данных. Эти проблемы возникают независимо от файловой системы или операционной системы.

NTFS не имеет сведений о логической организации пользовательских данных. Независимо от местоположения файла на диске и его фрагментированности файловая система представляет его приложениям как одну непрерывную область хранения. Но приложение интерпретирует данные файла как логическую структуру. Для программы почтовой рассылки файл – это группа фамилий, имен, адресов и т.д. Для NTFS это просто группа кластеров данных.

Приложения, имея собственную организацию данных, могут создавать неиспользуемые промежутки в данных, что фактически фрагментирует эти данные. Как и в файловой системе, удаление данных в приложении не обязательно является их фактическим удалением; эти данные только маркируются как удаленные. Появление промежутков в логическом хранилище данных называют внутренней фрагментацией. Чтобы избежать внутренней фрагментации данных, в некоторые приложения, такие как Microsoft Access, включаются утилиты сжатия данных в файле, то есть фактически происходит дефрагментация внутреннего файла. К сожалению, эти утилиты сжатия часто увеличивают степень фрагментированности на уровне файловой системы, поскольку они обычно создают совершенно новую копию этого файла, используя большие объемы пространства на диске в этом процессе. Таким образом, частая дефрагментация ваших файлов данных может увеличить степень фрагментированности вашей файловой системы.

Приложения часто создают временные файлы, которые занимают определенное пространство, когда пользователь работает с этим ПО, открывая и сохраняя файлы. При закрытии приложения временные файлы удаляются, оставляя после себя пустое выделявшееся пространство. Файлы данных могут также иметь занятое, но неиспользуемое пространство, поскольку программы занимают такое пространство для своих организационных целей или для повышения производительности. Кроме того, отдельные файлы, связанные с каким-либо приложением, со временем могут оказаться физически разбросанными по всему диску. Этот тип фрагментации, известной также под названием фрагментации использования, представляет особенно сложную проблему для программы дефрагментации, поскольку обычные методы анализа фрагментации могут не выявить ее.

Фрагментация и дефрагментация папок (директорий) происходит аналогично файлам. Дело в том, что для NTFS папка – это еще один файл, хотя папки имеют особые типы атрибутов в своих записях MFT . В то время как приложения управляют содержимым файлов данных, NTFS управляет содержимым папок, то есть деревьями b+, которые обеспечивают индексированный доступ к файлам, содержащимся в папках.

Папки, содержащие программные файлы, мало увеличиваются или уменьшаются в течение периода их использования. Но папки пользовательских документов и системная папка TEMP изменяют свои размеры весьма существенно. По мере роста числа файлов в папке NTFS может реагировать на этот рост путем увеличения пространства хранения папки. Если содержимое папки становится меньше, то NTFS может также освобождать неиспользуемое пространство в папке, но это происходит не всегда, поскольку является достаточно сложной операцией. Папки, которые, скорее всего, будут расти или сжиматься, создаются обычно на стадии конфигурирования системы (например, папки My Documents и TEMP). Эти папки разрастаются, занимая, скорее всего, область, которая не является непрерывной. Поскольку такие папки интенсивно используются, их фрагментация оказывает реальное влияние на производительность компьютера.

Что касается производительности, то вам следует знать, что большая вложенность папок может быть удобной с организационной точки зрения, но за это вы платите снижением производительности. Когда NTFS выполняет поиск данных в своих деревьях b+, то она проходит с самого начала через все уровни поддерева данной папки. Поэтому производительность для деревьев с меньшей вложенностью, имеющих большее число файлов, будет выше, чем для деревьев с большей вложенностью и меньшим числом файлов. Поддеревья с очень большими уровнями вложенности могут также представлять проблемы для приложений, которые имеют ограничение на общее число символов в полном пути к файлу (обычно это предел в 255 символов).

Средства файловой системы — это средства для формирования порядка, который определяет организационные методы сохранения и переименования данных на информационных носителях.

Файловая система

Одна из главных задач операционной системы заключается в организации удобного взаимодействия пользователя с информацией, которая хранится в различных устройствах памяти. С этой целью операционная система преобразует реальную аппаратную структуру сохранения данных в некую удобную для человека логическую модель, которая выполнена как дерево каталогов, отображаемое на экране дисплея прикладными утилитами.

Главным компонентом такого моделирования считается файл, который подобно файловой системе в общем, возможно охарактеризовать как структурой логики, так и физической организацией.

Под файлом понимается поименованный сектор памяти, который предназначен для записи и считывания информации.

Файлы сохраняются в энергонезависимой области памяти, за исключением случая электронного диска, когда в оперативной памяти формируется имитация файловой системы. Файловая система является элементом операционной системы, который обеспечивает процедуры формирования, сохранения и обращения к поименованным комплектам информационных данных, то есть к файлам.

Файловая система состоит из:

Совокупности комплекта файлов на дисках.
Комплекта структурных организаций данных, которые применяются для операций над файлами (файловые каталоги, табличные указатели распределения пространства памяти на диске).
Набора системных программ, которые реализуют выполнение разных действий над файлами, формирование, стирание, и так далее.

Проблемы, которые решает файловая система, определяются методикой выполнения процесса вычислений в общем случае. Наиболее простой тип файловых систем используется в операционных системах, рассчитанных на одного пользователя и одну программу. Главный функционал таких файловых систем предназначен для разрешения следующих задач:

Готовые работы на аналогичную тему

Получить выполненную работу или консультацию специалиста по вашему учебному проекту Узнать стоимость

Переименование файлов
Создание программного интерфейса для прикладных программ.
Создание логической модели файловой системы, отображающей физическую структуру памяти данных.
Обеспечение стабильной работы файловой системы при перебоях питания, аппаратных и программных ошибках.

Функции файловой системы существенно расширяются, если работает один пользователь, но в многозадачной операционной системе. То есть операционная система рассчитана на одного человека, но позволяет выполнять сразу некоторое количество приложений. В этом случае, к указанным выше, прибавляется ещё одна задача, а именно обеспечение совместного доступа к файлу из разных приложений. При этом файл становится подразделяемым ресурсом и, следовательно, файловой системе необходимо уметь разрешать все возникающие проблемы, которые связаны с разделяемым ресурсом, а именно, необходимо иметь методы, позволяющие блокировать файл и его составляющие, согласовывать копирование, исключать гонки и тупики. Если же число пользователей более одного, то возникает необходимость защиты файлов пользователей друг от друга.

Дальнейшее наращивание необходимых средств файловой системы связано с работой в сетевой операционной системе. Нужно также отличать термины «файловая система» и «система управления файлами». Файловая система диктует правила обращения к информационным данным, которые сформированы в виде файлов. А определение «система управления файлами» необходимо применять относительно уже реализованной конкретным образом файловой системы, то есть набора программ, которые обеспечивают действия с файлами в данной операционной системе. Например, файловая система FAT была реализована в большом количестве разных вариантов системы управления файлами:

FAT-12 — это система, созданная на заре персональных компьютеров (сначала именовалась FAT, сегодня это FAT-12) и предназначенная для обслуживания дисководов и в течение некоторого периода жёстких дисков.
Система была модернизирована и получила возможность работать с памятью увеличенного объёма, модификация FAT-16.
Далее была разработана система super-FAT, которая могла выполнять более широкий набор атрибутов для любого файла.
Реализована система управления файлами в модификации FAT-32.

Виды файлов

Типовые файлы могут содержать данные различного характера, заносимые в них пользователями или образованные по итогам функционирования различных программных приложений. Содержимое типового фала формирует программа, которая его использует при работе. Типовые (обычные) файлы бывают следующих видов:

Программы (выполняемые файлы) — это программные приложения, которые написаны на языке команд операционной системы, и осуществляют специальные функции системы.
Файлы, которые содержат информационные данные, то есть это все остальные виды файлов (текст, графика, таблицы и так далее).

Под каталогами понимается набор файлов, которые объединил пользователь по своим критериям. Или это особенный вид файлов, содержащих данные для системы о комплекте файлов, сформированных пользователем по особенному ненормированному условию.

Файловая структура

Под файловой структурой понимается весь набор файлов на диске и их взаимных связей (правила сохранения файлов на диске).

Существуют следующие типы файловых структур:

С одним уровнем (простая), где каталог является линейной последовательностью файлов.
С иерархией или большим числом уровней. Отдельные каталоги могут быть в составе других каталогов и иметь в своём составе много файлов и подкаталогов.

Идентификация файлов выполняется по именам. Пользователь может присвоить файлу имя в виде набора символов, но с учётом существующих ограничений операционной системы на применяемую символику и размер имён. В старых файловых системах эти ограничения были достаточно существенными. Например, в FAT имя файла не должно было превышать восемь символов.

В этой статье объясняются различия между таблицей распределения файлов (FAT), Высокопрофилковой файловой системой (HPFS) и файловой системой NT (NTFS) в Windows NT и их преимуществами и недостатками.

Применяется к: Windows 10 — все выпуски, Windows Server 2012 R2
Исходный номер КБ: 100108

HPFS поддерживается только в Windows NT версиях 3.1, 3.5 и 3.51. Windows NT 4.0 не поддерживает и не может получить доступ к разделам HPFS. Кроме того, поддержка файловой системы FAT32 стала доступна в Windows 98/Windows OSR2 и Windows 2000.

Обзор FAT

FAT является наиболее упрощенным из файловых систем, поддерживаемых Windows NT. Файловая система FAT характеризуется таблицей распределения файлов (FAT), которая на самом деле является таблицей, которая находится в самом "верху" тома. Чтобы защитить том, в случае повреждения одной из них хранятся две копии FAT. Кроме того, таблицы FAT и корневой каталог должны храниться в фиксированном расположении, чтобы правильно располагать файлы загрузки системы.

Диск, отформатированный с помощью FAT, выделяется в кластерах, размер которых определяется размером тома. Когда создается файл, в каталоге создается запись и устанавливается первый номер кластера, содержащий данные. Эта запись в таблице FAT указывает на то, что это последний кластер файла, или указывает на следующий кластер.

Обновление таблицы FAT очень важно, а также отнимает много времени. Если таблица FAT регулярно не обновляется, это может привести к потере данных. Это отнимает много времени, так как при каждом обновлении таблицы FAT необходимо переместить головки чтения диска в логическую нулевую дорожку диска.

В структуре каталогов FAT нет организации, и файлам предоставляется первое открытое расположение на диске. Кроме того, FAT поддерживает только атрибуты файлов для чтения, скрытых, системных и архивных файлов.

Конвенция о наименовании FAT

FAT использует традиционную конвенцию именования файлов 8.3, и все имена файлов должны быть созданы с набором символов ASCII. Имя файла или каталога может быть длиной до восьми символов, затем период (.) сепаратором и до трех символов. Имя должно начинаться с буквы или номера и может содержать любые символы, за исключением следующих:

Если какой-либо из этих символов используется, могут возникать неожиданные результаты. Имя не может содержать пробелы.

Зарезервированы следующие имена:

CON, AUX, COM1, COM2, COM3, COM4, LPT1, LPT2, LPT3, PRN, NUL

Все символы будут преобразованы в верхний шкаф.

Преимущества FAT

Невозможно выполнить недоделку под Windows NT в любой из поддерживаемых файловых систем. Undelete utilities try to directly access the hardware, which cannot be done under Windows NT. Однако, если файл находился на разделе FAT и система перезапущена в MS-DOS, файл может быть незаверяем. Файловая система FAT лучше всего работает для дисков и/или разделов примерно в 200 МБ, так как FAT начинается с очень мало накладных расходов. Дополнительные вопросы о преимуществах FAT см. в следующих ниже.

Windows NT Server "Concepts and Planning Guide", Chapter 5, section titled "Choosing a File System"

Windows NT Набор ресурсов workstation 4.0, глава 18, "Выбор файловой системы"

Windows NT Набор ресурсов server 4.0 "Руководство по ресурсам", глава 3, раздел под названием "Какая файловая система будет использовать в каких томах"

Недостатки FAT

Желательно, чтобы при использовании дисков или разделов более 200 МБ файловая система FAT не должна использоваться. Это потому, что по мере увеличения размера тома производительность с FAT быстро снижается. Невозможно установить разрешения на файлы, которые являются разделами FAT.

Разделы FAT ограничены размером не более 4 гигабайт (ГБ) под Windows NT и 2 ГБ в MS-DOS.

Дополнительные обсуждения других недостатков FAT см. в следующем примере:

Windows NT Server "Concepts and Planning Guide", Chapter 5, section titled "Choosing a File System"

Windows NT Набор ресурсов workstation 4.0, глава 18, "Выбор файловой системы"

Microsoft Windows NT Server 4.0 Набор ресурсов "Руководство по ресурсам", глава 3, раздел под названием "Какая файловая система для использования в каких томах"

Обзор HPFS

Сначала файловая система HPFS была представлена с ОС/2 1.2, чтобы обеспечить больший доступ к более крупным жестким дискам, которые затем появились на рынке. Кроме того, новая файловая система должна была расширить систему именования, организации и безопасности для растущих требований рынка сетевых серверов. HPFS поддерживает организацию каталогов FAT, но добавляет автоматическую сортировку каталога на основе имен файлов. Имена файлов расширяются до 254 символов двойного byte. HpFS также позволяет файлу быть составленным из "данных" и специальных атрибутов, чтобы обеспечить повышенную гибкость с точки зрения поддержки других соглашений имен и безопасности. Кроме того, единица распределения меняется из кластеров в физические сектора (512 bytes), что уменьшает потерянное пространство диска.

В hpFS записи каталогов занимают больше информации, чем в fat. Как и файл атрибутов, это включает сведения об изменении, создании и дате и времени доступа. Вместо того, чтобы указать на первый кластер файла, записи каталога в HPFS указывают на FNODE. FNODE может содержать данные файла или указатели, которые могут указать на данные файла или другие структуры, которые в конечном итоге указывают на данные файла.

HPFS пытается выделить как можно больше файла в дополнительных секторах. Это делается для повышения скорости при последовательной обработке файла.

Кроме того, HPFS включает несколько уникальных объектов специальных данных:

Суперблок

Суперблок расположен в логическом секторе 16 и содержит указатель на FNODE корневого каталога. Одна из самых больших опасностей при использовании HPFS заключается в том, что если Суперблок потерян или поврежден из-за плохого сектора, содержимое раздела также не повреждено, даже если остальной диск в порядке. Можно восстановить данные на диске, скопив все на другой диск с хорошим сектором 16 и перестроив Super Block. Однако это очень сложная задача.

Запасной блок

Запасной блок расположен в логическом секторе 17 и содержит таблицу "горячие исправления" и блок запасных каталогов. В HPFS при обнаружении плохого сектора запись "горячие исправления" используется для логического указать на существующий хороший сектор на месте плохого сектора. Этот метод для обработки ошибок записи известен как горячее исправление.

Версия HPFS, включенная в Windows NT, не поддерживает горячее исправление.

Преимущества HPFS

HPFS лучше всего для дисков в диапазоне 200-400 МБ. Дополнительные вопросы о преимуществах HPFS см. в следующих ниже.

Windows NT Server "Concepts and Planning Guide", Chapter 5, section titled "Choosing a File System"

Windows NT Набор ресурсов workstation 4.0, глава 18, "Выбор файловой системы"

Недостатки HPFS

Из-за накладных расходов, задействованных в HPFS, это не очень эффективный выбор для объема менее 200 МБ. Кроме того, с объемами более 400 МБ, будет некоторое ухудшение производительности. Невозможно установить безопасность в HPFS в соответствии с Windows NT.

HPFS поддерживается только в Windows NT версиях 3.1, 3.5 и 3.51. Windows NT 4.0 не может получить доступ к разделам HPFS.

Дополнительные недостатки HPFS см. в следующих ниже.

Windows NT Server "Concepts and Planning Guide", Chapter 5, section titled "Choosing a File System"

Windows NT Набор ресурсов workstation 4.0, глава 18, "Выбор файловой системы"

Обзор NTFS

С точки зрения пользователя NTFS продолжает организовывать файлы в каталоги, которые, как и HPFS, сортироваться. Однако, в отличие от FAT или HPFS, на диске нет "специальных" объектов и нет зависимости от оборудования, такого как сектора 512-byte. Кроме того, на диске нет специальных местоположений, таких как таблицы FAT или суперблоки HPFS.

Надежность, что особенно желательно для высококлассных систем и файловых серверов

Платформа для добавленных функциональных возможностей

Поддержка требований POSIX

Удаление ограничений файловой системы FAT и HPFS

Надежность

Для обеспечения надежности NTFS были рассмотрены три основные области: возможность восстановления, устранение сбоев в одном секторе со смертельным исходом и горячее исправление.

NTFS — это восстанавливаемая файловая система, так как отслеживает транзакции в файловой системе. При выполнении CHKDSK в FAT или HPFS проверяется согласованность указателей в каталоге, распределении и таблицах файлов. В NTFS ведется журнал транзакций с этими компонентами, чтобы CHKDSK возвращал транзакции только до последней точки фиксации, чтобы восстановить согласованность в файловой системе.

В fat или HPFS, если сектор, на который расположен один из специальных объектов файловой системы, не удается, произойдет сбой в одном секторе. NTFS избегает этого двумя способами: во-первых, не используя специальные объекты на диске и отслеживая и защищая все объекты, которые находятся на диске. Во-вторых, в NTFS хранятся несколько копий (число зависит от размера тома) таблицы master File Table.

Как и версии HPFS для ОС/2, NTFS поддерживает горячее исправление.

Добавлены функциональные возможности

Одной из главных задач разработки Windows NT на каждом уровне является предоставление платформы, которая может быть добавлена и построена, и NTFS не является исключением. NTFS предоставляет богатую и гибкую платформу для использования других файловой системы. Кроме того, NTFS полностью поддерживает Windows NT безопасности и поддерживает несколько потоков данных. Файл данных больше не является единым потоком данных. Наконец, в соответствии с NTFS пользователь может добавить в файл свои собственные атрибуты, определенные пользователем.

Поддержка POSIX

NTFS является наиболее совместимым с POSIX.1 поддерживаемых файловых систем, так как поддерживает следующие требования POSIX.1:

Имя, чувствительное к делу:

В POSIX README.TXT, Readme.txt и readme.txt все файлы.

Дополнительный штамп времени:

Дополнительный штамп времени обеспечивает время последнего доступа к файлу.

Твердая ссылка — это когда два разных файла, которые могут располагаться в разных каталогах, указывают на одинаковые данные.

Удаление ограничений

Во-первых, NTFS значительно увеличил размер файлов и томов, так что теперь они могут быть до 2^64 bytes (16 exabytes или 18,446,744,073,709,551,616 bytes). NTFS также возвращается к концепции кластеров FAT, чтобы избежать проблемы HPFS фиксированного размера сектора. Это было сделано, Windows NT является портативной операционной системой, и в какой-то момент может возникнуть другая технология диска. Таким образом, 512 bytes в секторе рассматривается как имеющие большую возможность не всегда хорошо подходят для выделения. Это было сделано путем определения кластера как нескольких размеров естественного распределения оборудования. Наконец, в NTFS все имена файлов основаны на Юникоде, а имена 8.3 хранятся вместе с длинными именами файлов.

Преимущества NTFS

NTFS лучше всего использовать для объемов около 400 МБ или более. Это происходит потому, что производительность не снижается в соответствии с NTFS, как это делается в fat, с большими размерами тома.

Возможность восстановления, разработанная в NTFS, такова, что пользователю никогда не нужно запускать какую-либо утилиту восстановления диска на разделе NTFS. Дополнительные преимущества NTFS см. в следующих ниже.

Windows NT Server "Concepts and Planning Guide", Chapter 5, section titled "Choosing a File System"

Windows NT Набор ресурсов workstation 4.0, глава 18, "Выбор файловой системы"

Недостатки NTFS

Не рекомендуется использовать NTFS в томе, который меньше 400 МБ, из-за количества накладных расходов на NTFS. Это пространство в виде системных файлов NTFS, которые обычно используют не менее 4 МБ дискового пространства на разделе 100-МБ.

В настоящее время шифрование файлов не встроено в NTFS. Таким образом, кто-то может загрузиться в MS-DOS или другую операционную систему и использовать утилиту редактирования дисков низкого уровня для просмотра данных, хранимых в томе NTFS.

Невозможно форматирование дискетного диска с файловой системой NTFS; Windows NT форматы всех дискетных дисков с файловой системой FAT, так как накладные расходы, связанные с NTFS, не будут соответствовать дискетным дискам.

Дополнительные обсуждения недостатков NTFS см. в следующих ниже.

Windows NT Server "Concepts and Planning Guide", Chapter 5, section titled "Choosing a File System"

Windows NT Набор ресурсов workstation 4.0, глава 18, "Выбор файловой системы"

Конвенции о переименовании NTFS

Имена файлов и каталогов могут быть длиной до 255 символов, включая все расширения. Имена сохраняют случай, но не являются чувствительными к делу. NTFS не проводит различий между именами файлов в зависимости от случая. Имена могут содержать любые символы, за исключением следующих:

В настоящее время из командной строки можно создавать только имена файлов до 253 символов.

В зависимости от оборудования ограничения могут накладывать дополнительные ограничения размера разделов в любой файловой системе. В частности, раздел загрузки может быть размером всего 7,8 ГБ, а в таблице разделов имеется ограничение в 2 терабайта.

Дополнительные сведения о поддерживаемых файловых системах для Windows NT см. в Windows NT Набор ресурсов.

Читайте о том, что собой представляют файловые системы и какие у них между собой отличия. Сделаем акцент на разнице между файловыми системами «NTFS», «FAT», «FAT32» и «exFAT».

Введение

За ответственное и сохранное расположение информационных материалов отвечают запоминающие устройства. Для их успешного и безошибочного функционирования необходимо обязательное наличие программного интерфейса, структурирующего расположение любой информации, и предоставляющего упорядоченные способы управления доступными ресурсами. Такой урегулированный контролируемый способ внутренней организации, расположения и упорядочивания данных, в соответствии с собственными методами каталогизации и озаглавливания, на различных носителях информации в компьютерах и ноутбуках, а также в разнообразных сторонних электронных устройствах, получил обобщающее название файловая система.

Файловые системы имеют собственную классификацию и представлены различными видами, включающие как наиболее распространенные «NTFS», «FAT», «HFS+», «Extfs», «Ext2», «ReiserFS», «XFS», «HPFS», «ext2», «OpenBSD», «UDF», «YAFFS», так и довольно редкие «ZFS», и данный ряд может быть существенно дополнен многими другими вариантами.

Наиболее часто встречающимися и массово представленными файловыми системами безусловно являются «NTFS», «FAT», «FAT32» и «exFAT». Но обычный пользователь не всегда точно может понять разницу между системами. В этой статье мы попытаемся рассмотреть общее понятие файловой системы и ответить на отдельные вопросы, такие как: – «Что представляют собой файловые системы «FAT», «FAT32», «exFAT» и «NTFS» и в чем разница между ними?».

Определение термина файловая система

Файловая система – это организованный порядок, определяющий набор правил для безопасного расположения, хранения и последующего доступа к разнообразным данным на запоминающих хранилищах информации в компьютерных и других устройствах, содержащих цифровой накопитель. Параметры файловой системы изначально определяют формат содержимого, группируют его в понятном, для операционной системы, виде, содержащим набор файлов и каталогов, устанавливают максимальный граничный размер файла и раздела, управляют приоритетами доступа, осуществляют шифрование файлов, назначают набор атрибутов файла и перенаправляют к конкретной информации при соответствующем запросе операционной системы.

Программная система управления аппаратными средствами компьютера идентифицирует любой накопитель как набор однотипных кластеров. Драйверы файловой системы организуют кластеры доступного дискового пространства в файлы и каталоги и содержат список реализованной организации, на основании которого происходит отслеживание и маркировка используемых, свободных или неисправных кластеров, а также осуществляется переход к нужным ячейкам хранения данных по первому требованию.

Файловые системы обслуживают любые виды накопителей информации и управляют различными категориями, например, носители с произвольным или последовательным доступом, виртуальные и сетевые файловые системы, оптические носители, устройства на базе флэш-памяти и т.д.

Главные функции файловой системы сводятся к построению логической модели внутренней организации пространства запоминающего устройства, устойчивой к сбоям питания, ошибкам аппаратных и программных средств, и обеспечению беспрепятственного взаимодействия элементов операционной системы и программных приложений с расположенными на носителе информационными ресурсами.

Что представляют собой файловые системы «FAT», «FAT32», «exFAT» и «NTFS»

Операционная система «Windows», как самый массовый представитель систем управления компьютерными устройствами в мире, настроена на взаимодействие с различными файловыми системами («NTFS» и «FAT»), но «NTFS» поддерживает большие размеры файлов и томов и обеспечивает более эффективную организацию данных, по сравнению с другими вариантами файловых систем.

И несмотря на общие цели, файловые системы «NTFS» и «FAT» различаются методами организации и хранения данных на диске, а также указанием типов атрибутов, прикрепленных к файлам. И далее мы представим непосредственное описание конкретных файловых систем.

Файловая система «FAT»

Сокращенная аббревиатура «FAT» расшифровывается как «таблица размещения файлов». Это простая классическая архитектура файловой системы, изначально предназначенная для небольших дисков и простых структур папок. Иными словами, файловая система «FAT» представляет собой групповой метод организации, в котором таблица размещения файлов выделена в отдельную логическую область и находится в начале тома. Для исключения непреднамеренных или случайных ошибок, способных повлиять на корректное отображение таблицы, система, в целях безопасности, хранит копию массива индексных указателей.

Файловая система «FAT32»

«FAT32» является фактическим стандартом, пришедшим на смену более ранним версиям файловой системы «FAT», «FAT12» и «FAT16», и изначально устанавливается на большинстве видов сменных носителей по умолчанию. Пространство «FAT32» логически разделено на три сопредельные области: зарезервированную область для служебных структур, табличную форму указателей и непосредственную зону записи содержимого файлов. Файловая система позволяет использовать накопители на ее основе не только на современных моделях компьютеров, но и в устаревших устройствах и консолях, снабженных разъемом «USB».

Тем не менее, стандарт «FAT32» имеет определенные системные ограничения. Размер отдельных файлов на диске с файловой системой «FAT32» не может превышать четыре гигабайта. Кроме того, весь раздел «FAT32» должен быть менее восьми терабайт. По совокупности ограничений, формат «FAT32» считается подходящим для «USB-накопителей» или внешних носителей информации. Для внутреннего накопителя, особенно при желании установить новейшую версию операционной системы «Windows 10», отсутствие отдельных привилегий прикладного уровня в «FAT32» будет серьезным препятствием, и потребует наличия более продвинутой версии файловой системы.

Файловая система «exFAT»

«exFAT» – это сокращенное обозначение от полного английского названия «Extended File Allocation Table» («расширенная таблица размещения файлов»). Стандарт является обновленной версией файловой системы «FAT32», созданный корпорацией «Microsoft». Основными параметрами система «exFAT» чрезвычайно похожа на «FAT32». Но главным отличием является устранение ограничений, присутствующих в файловой системе «FAT32», что позволяет пользователям хранить файлы намного большего размера, чем четыре гигабайта.

Также в файловой системе «exFAT» значительно снижено число перезаписей секторов, ответственных за непосредственное хранение информации, что особенно важно для флэш-накопителей, ввиду необратимого изнашивания ячеек после определённого количества операций записи, и улучшен механизм распределения свободного места.

Файловая система «NTFS»

«NTFS» («файловая система новой технологии») была в основном создана с целью устранения ограничений и недостатков файловых систем «FAT», улучшения производительности, надёжности и эффективности использования дискового пространства, а также создания надежного механизма защиты и хранения информации. Файловая система «NTFS» хранит информацию о файлах в главной файловой таблице «Master File Table» («MFT»), осуществляет разграничение доступа к данным для различных пользователей, предотвращает несанкционированный доступ к содержимому файла, применяя систему шифрования под названием «Encryption File System», которая использует защитный метод «прозрачного шифрования» данных.

Помимо вышесказанного, в файловой системе «NTFS» добавлена способность, отсутствующая в характеристиках файловой системы «FAT», открывать файлы, в названиях которых не используются английские буквы, позволяя использовать любые символы стандарта кодирования юникода «UTF». Таким образом, ограничения использования в названиях символов любых сложных языков, например, хинди или корейский, отсутствует.

Разница между файловыми системами «NTFS», «FAT», «FAT32» и «exFAT»

Файловая система «FAT» создавалась первоначально для накопителей незначительного объема и способна поддерживать граничные размеры файлов до четырех гигабайт, в то время как в системе «NTFS» допустимый предел размера увеличен до шестнадцати терабайт. Далее подробнее представлены другие отличия:

«NTFS»

Поддержка файлов и дисков значительных размеров, на порядок превышающие остальные файловые системы.
Позволяет использовать расширенные имена файлов, включая поддержку множества сложных языков.
Падение работоспособности системы при запуске приложения проверки жёсткого диска или внешнего накопителя на ошибки файловой системы «chkdsk».
Стандартное приложение обслуживания системы «chkdsk» печально известно своей медлительностью.
Повышен уровень безопасности благодаря внедрению метода шифрования файлов.
Значительно быстрее на дисках объемом менее сорока гигабайт.
Меньшие файловые кластеры.
Поддержка сжатия на уровне файловой системы для файлов, каталогов и дисков для уменьшения дискового пространства.
Пользовательские разрешения для файлов и папок.
Копии файлов «отменяются», если прерванный кластер очищен.
Небольшие файлы хранятся в главной таблице файлов в начале диска.

«FAT»

Не совместим с последней версией операционной системы «Windows».
Поддержка дисков от тридцати двух мегабайт до двух терабайт.
Более сильные преимущества и результативные особенности инструментов для восстановления.
Поддерживает быструю проверку работоспособности диска.
Простой способ размещения операционной системы и быстрый алгоритм чтения файлов.
Быстрее функционирует на дисках объемом менее десяти гигабайт.
Цепочки кластеров, содержащие данные из прерванных копий, помечаются как поврежденные.
Таблица основных файлов отделена от других файлов.

«FAT 32»

Отсутствуют функции безопасности, которые реализованы в более современной файловой системе «NTFS».
Не удается установить новейшие версии операционной системы «Windows» (поскольку файл имеет большой размер и может быть установлен только на диски, отформатированные в системе «NTFS»).

«exFAT»

Доступ к дискам с файловой системой «exFAT» в операционной системе «Linux» можно получить только после установки соответствующего программного обеспечения.
Работает со всеми версиями операционной системы «Windows» и современными версиями системы «Mac OS X».

Полную версию статьи со всеми дополнительными видео уроками смотрите в источнике. Если у вас остались вопросы, задавайте их в комментариях.

Читайте также: