Из нижеперечисленного выделите файловые системы флеш памяти

Обновлено: 04.07.2024

Файловая система ( file system ) – способ организации данных в виде файлов на устройствах внешней памяти (жестких и оптических дисках, устройствах флеш-памяти и т. п.).

Файловая система должна обеспечивать:

безопасное и надежное хранение данных (т. е. защищенное от несанкционированного использования и различного рода сбоев и ошибок);
программный интерфейс доступа к файлам;
организацию файлов в виде иерархии каталогов.

Windows поддерживает несколько файловых систем для различных внешних устройств:

NTFS – основная файловая система семейства Windows NT;
FAT (File Allocation Table – таблица размещения файлов) – простая файловая система используемая Windows для устройств флеш памяти, а также для совместимости с другими операционными системами при установке на диски с множественной загрузкой. Основным элементом этой файловой системы является таблица размещения файлов FAT (по имени которой названа вся файловая система), необходимая для определения расположения файла на диске. Существует три варианта FAT, отличающихся разрядностью идентификаторов, указывающих размещение файлов: FAT12, FAT16 и FAT32;
exFAT (Extended FAT – расширенная FAT) – развитие файловой системы FAT, использующее 64 разрядные идентификаторы. Применяется в основном для устройств флеш-памяти;
CDFS (CD ROM File System) – файловая система для CD дисков, объединяющая форматы ISO 9660 1 ISO 9660 – стандарт ISO (International Organization for Standardization – Международная организация по стандартизации) для файловых систем CD дисков и Joliet 2 Joliet – расширение стандарта ISO 9660, разработанное Microsoft. Снимает жесткие ограничения на именование файлов ;
UDF (Universal Disk Format – универсальный формат дисков) – файловая система для CD и DVD дисков, разработанная для замены ISO 9660.

Для дальнейшего изложения необходимо знать следующие важные понятия: диск , раздел, простые и составные тома, сектор, кластер .

Диск ( disk ) – устройство внешней памяти , например, жесткий диск или оптический диск (CD, DVD , Blu ray).

Раздел ( partition ) – непрерывная часть жесткого диска. Диск может содержать несколько разделов.

Том ( volume ) или логический диск (logical disk ) – область внешней памяти, с которой операционная система работает как с единым целым. Тома бывают простые и составные.

Простой том (simple volume ) – том, состоящий из одного раздела.

Составной том (multipartition volume ) – том, состоящий из нескольких разделов (необязательно на одном диске).

Понятия раздела и простого тома отличаются: во первых, разделы формируются, в основном, только на жестких дисках, а тома создаются и на других устройствах внешней памяти (например на оптических дисках и устройствах флеш памяти), во вторых, понятие "раздел" связано с физическим устройством, а понятие "том" – с логическим представлением внешней памяти.

Сектор ( sector ) – блок данных фиксированного размера на диске; наименьшая единица информации для диска. Типичный размер сектора для жестких дисков равен 512 байтам, для оптических дисков – 2048 байт . Деление диска на секторы происходит один раз при создании диска в процессе низкоуровневого форматирования и обычно не может быть изменено.

Кластер ( cluster ) – логический блок данных на диске, включающий один или несколько секторов. Количество секторов, составляющих кластер , обычно кратно степеням двойки. Размер кластера задается операционной системой в процессе высокоуровневого форматирования, которое может осуществляться многократно.

При записи на диск файл всегда будет занимать целое число кластеров. Например, файл размером 100 байт в файловой системе с размером кластера 4 КБ будет занимать ровно 4 КБ.

Выбор размера кластера связан со следующими соображениями. Малые кластеры позволяют сократить размер фактически неиспользуемого дискового пространства, возникающего за счет размещения файла в целом числе кластеров. Но при этом общее количество кластеров на диске увеличивается и размер служебных структур файловой системы, в которых хранится информация о файлах, возрастает.

Возможности NTFS

Файловая система NTFS ( New Technology File System ) разрабатывалась Microsoft в начале 1990 х гг. как основная файловая система для серверных версий операционных систем Windows . NTFS была представлена в 1993 году в операционной системе Windows NT 3.1.

В настоящее время NTFS рассматривается в качестве предпочтительной файловой системы как для серверных, так и для клиентских версий Windows .

В NTFS используются 64 разрядные идентификаторы кластеров, поэтому теоретически том NTFS может содержать 264 кластеров (16 ЭБ 3 2 10 байт = 1 килобайт (КБ), 2 20 байт = 1 мегабайт (МБ), 2 30 байт = 1 гигабайт (ГБ), 2 40 байт = 1 терабайт (ТБ), 2 50 байт = 1 петабайт (ПБ), 2 60 байт = 1 экзабайт (ЭБ), 2 70 байт = 1 зеттабайт (ЗБ). ). Однако текущие реализации в Windows поддерживают только 32 разрядную адресацию кластеров, что при размере кластера максимум 64 КБ (216 байт ) позволяет NTFS тому достигать размера до 256 ТБ:

2 32 * 2 16 байт = 2 48 байт = 2 8 * 2 40 байт = 256 ТБ.

Для томов, больших 4 ГБ, при форматировании Windows предлагает размер кластера по умолчанию 4 КБ.

Перечислим некоторые возможности NTFS [5, стр. 761]:

восстанавливаемость (recoverability) – способность файловой системы возвращаться к работоспособному состоянию после возникновения сбоя. Реализуется такая возможность, во первых, за счет поддержки атомарных транзакций, во вторых, за счет избыточности хранения информации. Атомарная транзакция (atomic transaction) – операция с файловой системой, приводящая к её изменению, которая либо полностью успешно выполняется, либо не выполняется вообще (т. е. в случае сбоя во время атомарной транзакции все изменения откатываются). Избыточность используется при хранении важнейших данных файловой системы, критически необходимых для её корректной работы;
безопасность (security) – защищенность файлов от несанкционированного доступа. Реализуется при помощи модели безопасности Windows, рассмотренной в лекции 9 "Безопасность в Windows";
шифрование (encryption) – преобразование файла в зашифрованный код, который невозможно прочесть без ключа. Обычные механизмы безопасности, такие как назначение прав доступа пользователей к файлам, не обеспечивают полной защиты информации, например, в случае перемещения диска на другой компьютер. Администратор операционной системы всегда может получить доступ к файлам других пользователей, даже на томе NTFS. Поэтому в NTFS включена поддержка шифрующей файловой системы EFS (Encrypting File System), которая позволяет легко зашифровывать и расшифровывать файлы;
поддержка RAID (Redundant Array of Inexpensive (Independent) Disks – массив недорогих (независимых) дисков с избыточностью) – возможность использования для хранения информации нескольких дисков; данные с одного диска автоматически копируются на другие, обеспечивая тем самым повышенную надежность;
дисковые квоты для пользователей (Per-User Volume Quotas) – возможность выделения для каждого пользователя определенного пространства на диске (квоты); NTFS не позволяет пользователю записывать данные на диск сверх выделенной квоты.

Структура NTFS

Структура тома NTFS представлена на рис.17.1.

В начале тома находится загрузочная запись тома ( Volume Boot Record ), в которой содержится код загрузки Windows , информация о томе (в частности, тип файловой системы), адреса системных файлов ($ Mft и $MftMirr – см. далее). Загрузочная запись занимает обычно 8 КБ (16 первых секторов).

В определенной области тома ( адрес начала этой области указывается в загрузочной записи) расположена основная системная структура NTFS – главная таблица файлов (Master File Table , MFT ). В записях этой таблицы содержится вся информация о расположении файлов на томе, а небольшие файлы хранятся прямо в записях MFT .

Важной особенностью NTFS является то, что вся информация , как пользовательская, так и системная, хранится в виде файлов. Имена системных файлов начинаются со знака "$". Например, загрузочная запись тома содержится в файле $ Boot , а главная таблица файлов – в файле $ Mft . Такая организация информации позволяет единообразно работать как с пользовательскими, так и с системными данными на томе.

Поскольку MFT является важнейшей системной структурой, к которой при операциях с томом наиболее часто происходят обращения, выгодно хранить файл $ Mft в непрерывной области логического диска, чтобы избежать его фрагментации (размещения в разных областях диска), и, следовательно, повысить скорость работы с ним. С этой целью при форматировании тома выделяется непрерывная область, называемая зоной MFT ( MFT Zone ). По мере увеличения главной таблицы файлов, файл $ Mft расширяется, занимая зарезервированное место в зоне.

Остальное место на томе NTFS отводится под файлы – системные и пользовательские.

Рассмотрим более подробно структуру MFT (рис.17.2).

Главная таблица файлов MFT состоит из множества записей о файлах (файловых записей), расположенных на томе. Размер одной записи – 1 КБ (2 сектора). Самая первая запись в MFT – это запись о самом файле $ Mft . Во второй записи содержится информация о файле $MftMirr – зеркальной копии MFT . В этом файле дублируются первые 4 записи таблицы MFT , в том числе запись о $ Mft . В случае возникновения сбоя, если MFT окажется недоступной, информация о системных файлах будет считываться из $MftMirr (в загрузочной записи имеется адрес $MftMirr).

Перечислим следующие несколько записей в таблице MFT и кратко опишем назначение соответствующих системных файлов:

$LogFile – файл журнала, в котором записывается информация о всех операциях, изменяющих структуру тома NTFS, например, создание файлов и каталогов. Файл журнала используется при восстановлении тома NTFS после сбоев;
$Volume – файл информации о томе, в котором содержатся имя тома (Volume label), версия NTFS и набор флагов состояния тома, например, флаг (т. н. грязный бит, dirty bit), установка которого означает, что том был поврежден и требует восстановления при помощи системной утилиты Chkdsk;
$AttrDef – таблица определения атрибутов (Attribute Definition Table), содержащая возможные на данном томе типы атрибутов файлов (см. далее);
Root Directory (обозначается также обратным слешем "\") – файл с информацией о корневом каталоге тома. В нем хранятся ссылки на файлы и каталоги, содержащиеся в корневом каталоге;
$BitMap – файл битовой карты (bitmap), каждый бит в этой карте соответствует кластеру на томе: если бит равен 1, кластер занят, иначе – свободен;
$Boot – файл загрузочной записи тома;
$BadClus – файл плохих кластеров (bad clusters), содержащий информацию обо всех кластерах, имеющих сбойные секторы (bad sectors).

Кроме перечисленных, имеются и другие системные файлы NTFS , а в новых версиях появляются новые системные файлы.

Привет, Гиктаймс! Большинство пользователей не задумываются о том, в какой файловой системе у них отформатирована флешка или карта памяти. И в самом деле, зачем вникать в такие тонкости — проще доверить форматирование фотоаппарату или согласиться с выбором десктопа. Под катом напомню о природе FAT32, NTFS и exFAT и буду разбираться как влияет (если влияет вовсе) файловая система на производительность накопителя.

Про файловые системы приведу краткую историческую справку в порядке появления ФС на свет.

Файловая система NTFS — прочитать подробнее в Wikipedia

Изначально стандартная файловая система для операционных систем Microsoft Windows NT. Представлена в июле 1993 года, вместе с операционной системой Windows NT 3.1. NTFS была призвана заменить файловую систему FAT и повысить производительность дисковой подсистемы.

Файловая система FAT32 — прочитать подробнее в Wikipedia

Файловая система exFAT — прочитать подробнее в Wikipedia

Самая «свежая» файловая система из списка. Ее особенностью является то, что она разрабатывала специально для накопителей на флэш-памяти. Датой появления стал ноябрь 2006 года, момент выхода операционной системы Windows Embedded CE 6.0. Некоторые источники называют exFAT — FAT64. Самое важное новшество по сравнению с FAT32 — уменьшение количества перезаписей информации в один и тот же сектор (использование wear leveling), что позволяет продлить срок службы флэш-устройств.

Собственно к чему ведется разговор? Как я уже сказал во вступлении многие не задумываются, какую ФС выбрать, оставляя значение по умолчанию, а еще большее количество людей даже не знают — как отформатирована карточка памяти или флешка.
Выбор небольшой, но есть всегда, к примеру карта памяти Kingston SDXC на 256 гигабайт имеет всего две опции — exFAT и NTFS, причем дефолтной для Windows является exFAT, да и фотоаппарат Canon 6D при форматировании карточки в нем выбирает именно эту систему. Выбор в общем-то разумный и оправданный. Но вот флэш-накопитель Kingston DataTraveler Locker+ G3 32 Gb будет отформатирован операционной системой Windows 8.1 по умолчанию в FAT32, что неминуемо приведет к вопросам со стороны пользователя, как только ему потребуется перенести огромный образ DVD диска или BDRemux какого-нибудь фильма. Кроме того, теория говорит о разнице в производительности между файловыми системами.
Проверю это несложное предположение на практике, используя уже упомянутый накопитель Kingston DataTraveler Locker+ G3 32 Gb.

Тестовый стенд

Процессор: Intel Core i7-5960X
Материнская плата: ASUS Rampage V Extreme
Оперативная память:HyperX Fury DDR4-2133 32 Gb (4*8 Gb)
Системный SSD-накопитель:HyperX Predator PCI-E SSD 480 Gb
Видеокарта: ASUS Radeon R9 290X Matrix
Блок питания: Corsair AX1200i, 1200W
Операционная система: Windows 8.1 Профессиональная (64-bit)

Набор тестовых приложений:

ATTO disk benchmark 2.4.7

Синтетический тест для оценки корректности заявленных производителем скоростей. Собственно большинство данных, указанных на коробках флешек и SSD разных производителей, получены именно с помощью ATTO Disk Benchmark.

Если на чтение у всех файловых систем результат примерно одинаковый, то на запись разница между exFAT и NTFS составила около 17 процентов. FAT32 занимает положение посерединке, проигрывая exFAT больше, чем выигрывает у NTFS.

TeraCopy

Для оценки самой что ни на есть реальной производительности я записывал на флешку BDRemux фильма The Hobbit. Battle Of Five Armies (размер файла 28 851 025 килобайт) и фиксировал время, за которое фильм скопируется на накопитель.

Разница по времени копирования между NTFS и exFAT составила около 45 секунд, в переводе в относительные значения — около 2,5%, небольшая, но все же разница. FAT32 по очевидным причинам в этом тесте участия не принимала.

Финальные размышления

Побуду немного капитаном Очевидность, и скажу, что самый разумный выбор для форматирования флэш-устройств — файловая система exFAT — она специально разрабатывалась для использования с флэш-памятью, она же наиболее производительная. Не поленитесь проверить свою флешку и сделать правильный выбор.

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» .

Заключение

Для хранения, передачи и распространения цифровой информации в обязательном порядке используются различные виды внутренних или внешних запоминающих устройств, каждый из которых оснащен файловой системой. Разнообразные виды дисковых хранилищ, одномоментно задействованных для хранения информации и использующих различные вариации стандартов файловых систем, не ограничивается единственным экземпляром, и могут иметь разные характеристики.

В зависимости от предъявляемых к накопителям требованиям, пользователи могут, на основании представленного сравнительного обзора, разобраться в особенностях отдельных файловых систем и самостоятельно выбрать наиболее удачную версию для каждого конкретного устройства. По своему усмотрению пользователи могут оставить без изменений, установленную первоначально, файловую систему, при использовании носителя информации на широком круге различных компьютерных устройств, или обновить ее до максимально выгодной файловой системы «NTFS» при необходимости статичного использования запоминающего дискового накопителя, например, в качестве основы для установки новейшей версии операционной системы «Windows 10» .

Что такое файловая система? Грубо говоря, это метод организации информации, который понимает та или иная ОС, с разделением на привычные пользователям документы и директории. Основных типов файловых систем на сегодня существует 3: FAT32, NTFS и exFAT. Системы ext4 и HFS (варианты для Linux и Mac OS соответственно) мы рассматривать не будем по причине малой совместимости.

По важности характеристик той или иной файловой системы можно разделить на такие критерии: системные требования, влияние на износ чипов памяти и ограничения на размеры файлов и директорий. Рассмотрим каждый критерий для всех 3 систем.

Совместимость и системные требования

Пожалуй, важнейший из критериев, особенно если флешку планируется использовать для подключения к большому количеству устройств на разных системах.

FAT32
FAT32 – старейшая из все еще актуальных система организации документов и папок, изначально разработанная под MS-DOS. Отличается самой высокой совместимостью из всех – если флешка отформатирована в ФАТ32, то, скорее всего, её распознают большинство устройств вне зависимости от операционной системы. К тому же для работы с FAT32 не требуется большого количества оперативной памяти и процессорной мощности.

NTFS
Файловая система Виндовс по умолчанию со времен перехода этой операционки на архитектуру NT. Инструменты для работы с этой системой присутствуют как в Windows, так и в Линукс, Мак ОС. Однако есть определенные трудности с подключением отформатированных в НТФС накопителей к автомагнитолами или проигрывателям, особенно от брендов второго эшелона, а также к Android и iOS посредством OTG. Кроме того, возросли, сравнительно с ФАТ32, необходимые для работы количество RAM и частота CPU.

exFAT
Официальное название расшифровывается как «Extended FAT», что соответствует сути – эксФАТ и есть более расширенная и улучшенная ФАТ32. Разработанная компанией Microsoft специально для флешек, эта система наименее совместима: такие флешки можно подключать только к компьютерам под управлением Windows (не ниже XP SP2), а также и к Android и iOS смартфонам. Соответственно возросли и требуемые системой количество оперативки и скорость процессора.

Как видим, по критерию совместимости и системным требованиям FAT32 бесспорный лидер.

Влияние на износ чипов памяти

Технически флеш-память имеет ограниченный срок работы, который зависит от количества циклов перезаписи секторов, в свою очередь, зависящих от качества самого чипа, установленного во флешке. Файловая система, в зависимости от собственных характеристик, может либо продлить срок работы памяти, либо уменьшить его.

FAT32
По критерию влияния на износ эта система проигрывает всем остальным: из-за особенностей организации она хорошо работает с мелкими и средними файлами, однако значительно фрагментирует записанные данные. Это приводит к более частому обращению операционной системы к разным секторам и, как следствие, увеличению количества циклов Read-Write. Поэтому флешка, отформатированная в ФАТ32, прослужит меньше.

NTFS
С этой системой ситуация уже получше. НТФС менее зависима от фрагментации файлов и, кроме того, в ней уже реализована более гибкая индексация содержимого, что позитивно сказывается на долговечности накопителя. Однако относительная медлительность данной файловой системы частично нивелирует полученное преимущество, а особенности журналирования данных вынуждают чаще обращаться к одним и тем же участкам памяти и использовать кэширование, что также негативно влияет на долговечность.

Ограничения на размеры файлов и директорий

Этот параметр с каждым годом становится все важнее: объемы хранимой информации, как и емкость накопителей, неуклонно растут.

NTFS
Главное отличие НТФС от используемой ранее ФАТ32 – практически неограниченный объем, который может занимать тот или иной файл. Конечно, техническое ограничение есть, но в обозримом будущем его достичь получится еще нескоро. Точно так же практически не ограничено количество данных в директории, хотя превышение определенного порога чревато сильным падением производительности (особенность NTFS). Также стоит отметить, что в этой файловой системе присутствует лимит символов в имени директории.

Какую файловую систему выбрать

По общей совокупности параметров наиболее предпочтительной файловой системой является exFAT, однако жирный минус в виде низкой совместимости может заставить вас обратиться к другим системам. Например, флешку меньше 4 Гб, которую планируется подключать к автомагнитоле, лучше всего отформатировать в FAT32: отличная совместимость, высокая скорость доступа к файлам и низкие требования к оперативной памяти. Кроме того, загрузочные диски для переустановки Виндовс предпочтительнее делать тоже в ФАТ32.

Флешки объемом больше 32 Гб, на которых хранятся документы и файлы больших размеров, лучше всего отформатировать в exFAT. Данная система подходит для задач таких накопителей из-за практически отсутствующего лимита величины файла и минимальной фрагментации. ЭксФат подойдет и для долгосрочного хранения тех или иных данных из-за уменьшенного влияния на износ чипов памяти.

Подводя итог всему вышесказанному, отметим – выбор файловой системы должен соответствовать задачам и целям использования вашей флешки. Когда приобретете себе новый накопитель, подумайте, как вы будете его использовать, а уже исходя из этого, форматируйте в наиболее подходящую систему.

Мы рады, что смогли помочь Вам в решении проблемы.

Отблагодарите автора, поделитесь статьей в социальных сетях.

Опишите, что у вас не получилось. Наши специалисты постараются ответить максимально быстро.

Рядовому пользователю компьютерных электронных устройств редко, но приходится сталкиваться с таким понятием, как «выбор файловой системы». Чаще всего это происходит при необходимости форматирования внешних накопителей (флешек, microSD), установке операционных систем, восстановлении данных на проблемных носителях, в том числе жестких дисках. Пользователям Windows предлагается выбрать тип файловой системы, FAT32 или NTFS, и способ форматирования (быстрое/глубокое). Дополнительно можно установить размер кластера. При использовании ОС Linux и macOS названия файловых систем могут отличаться.

Возникает логичный вопрос: что такое файловая система и в чем ее предназначение? В данной статье дадим ответы на основные вопросы касательно наиболее распространенных ФС.

Что такое файловая система

Обычно вся информация записывается, хранится и обрабатывается на различных цифровых носителях в виде файлов. Далее, в зависимости от типа файла, кодируется в виде знакомых расширений – *exe, *doc, *pdf и т.д., происходит их открытие и обработка в соответствующем программном обеспечении. Мало кто задумывается, каким образом происходит хранение и обработка цифрового массива в целом на соответствующем носителе.

Операционная система воспринимает физический диск хранения информации как набор кластеров размером 512 байт и больше. Драйверы файловой системы организуют кластеры в файлы и каталоги, которые также являются файлами, содержащими список других файлов в этом каталоге. Эти же драйверы отслеживают, какие из кластеров в настоящее время используются, какие свободны, какие помечены как неисправные.

Запись файлов большого объема приводит к необходимости фрагментации, когда файлы не сохраняются как целые единицы, а делятся на фрагменты. Каждый фрагмент записывается в отдельные кластеры, состоящие из ячеек (размер ячейки составляет один байт). Информация о всех фрагментах, как части одного файла, хранится в файловой системе.

Файловая система связывает носитель информации (хранилище) с прикладным программным обеспечением, организуя доступ к конкретным файлам при помощи функционала взаимодействия программ A PI. Программа, при обращении к файлу, располагает данными только о его имени, размере и атрибутах. Всю остальную информацию, касающуюся типа носителя, на котором записан файл, и структуры хранения данных, она получает от драйвера файловой системы.

На физическом уровне драйверы ФС оптимизируют запись и считывание отдельных частей файлов для ускоренной обработки запросов, фрагментации и «склеивания» хранящейся в ячейках информации. Данный алгоритм получил распространение в большинстве популярных файловых систем на концептуальном уровне в виде иерархической структуры представления метаданных (B-trees). Технология снижает количество самых длительных дисковых операций – позиционирования головок при чтении произвольных блоков. Это позволяет не только ускорить обработку запросов, но и продлить срок службы HDD. В случае с твердотельными накопителями, где принцип записи, хранения и считывания информации отличается от применяемого в жестких дисках, ситуация с выбором оптимальной файловой системы имеет свои нюансы.

Основные функции файловых систем

Файловая система отвечает за оптимальное логическое распределение информационных данных на конкретном физическом носителе. Драйвер ФС организует взаимодействие между хранилищем, операционной системой и прикладным программным обеспечением. Правильный выбор файловой системы для конкретных пользовательских задач влияет на скорость обработки данных, принципы распределения и другие функциональные возможности, необходимые для стабильной работы любых компьютерных систем. Иными словами, это совокупность условий и правил, определяющих способ организации файлов на носителях информации.

Основными функциями файловой системы являются:

размещение и упорядочивание на носителе данных в виде файлов;
определение максимально поддерживаемого объема данных на носителе информации;
создание, чтение и удаление файлов;
назначение и изменение атрибутов файлов (размер, время создания и изменения, владелец и создатель файла, доступен только для чтения, скрытый файл, временный файл, архивный, исполняемый, максимальная длина имени файла и т.п.);
определение структуры файла;
поиск файлов;
организация каталогов для логической организации файлов;
защита файлов при системном сбое;
защита файлов от несанкционированного доступа и изменения их содержимого.

Задачи файловой системы

Функционал файловой системы нацелен на решение следующих задач:

присвоение имен файлам;
программный интерфейс работы с файлами для приложений;
отображение логической модели файловой системы на физическую организацию хранилища данных;
поддержка устойчивости файловой системы к сбоям питания, ошибкам аппаратных и программных средств;
содержание параметров файла, необходимых для правильного взаимодействия с другими объектами системы (ядро, приложения и пр.).

В многопользовательских системах реализуется задача защиты файлов от несанкционированного доступа, обеспечение совместной работы. При открытии файла одним из пользователей для других этот же файл временно будет доступен в режиме «только чтение».

Вся информация о файлах хранится в особых областях раздела (томах). Структура справочников зависит от типа файловой системы. Справочник файлов позволяет ассоциировать числовые идентификаторы уникальных файлов и дополнительную информацию о них с непосредственным содержимым файла, хранящимся в другой области раздела.

Операционные системы и типы файловых систем

Существует три основных вида операционных систем, используемых для управления любыми информационными устройствами: Windows компании Microsoft, macOS разработки Apple и операционные системы с открытым исходным кодом на базе Linux. Все они, для взаимодействия с физическими носителями, используют различные типы файловых систем, многие из которых дружат только со «своей» операционкой. В большинстве случаев они являются предустановленными, рядовые пользователи редко создают новые дисковые разделы и еще реже задумываются об их настройках.

В случае с Windows все выглядит достаточно просто: NTFS на всех дисковых разделах и FAT32 (или NTFS) на флешках. Если установлен NAS (сервер для хранения данных на файловом уровне), и в нем используется какая-то другая файловая система, то практически никто не обращает на это внимания. К нему просто подключаются по сети и качают файлы.

На мобильных гаджетах с ОС Android чаще всего установлена ФС версии ext4 во внутренней памяти и FAT32 на карточках microSD. Владельцы продукции Apple зачастую вообще не имеют представления, какая файловая система используется на их устройствах – HFS+, HFSX, APFS, WTFS или другая. Для них существуют лишь красивые значки папок и файлов в графическом интерфейсе.

Более богатый выбор у линуксоидов. Но здесь настройка и использование определенного типа файловой системы требует хотя бы минимальных навыков программирования. Тем более, мало кто задумывается, можно ли использовать в определенной ОС «неродную» файловую систему. И зачем вообще это нужно.

Рассмотрим более подробно виды файловых систем в зависимости от их предпочтительного использования с определенной операционной системой.

Файловые системы Windows

Исходный код файловой системы, получившей название FAT, был разработан по личной договоренности владельца Microsoft Билла Гейтса с первым наемным сотрудником компании Марком Макдональдом в 1977 году. Основной задачей FAT была работа с данными в операционной системе Microsoft 8080/Z80 на базе платформы MDOS/MIDAS. Файловая система FAT претерпела несколько модификаций – FAT12, FAT16 и, наконец, FAT32, которая используется сейчас в большинстве внешних накопителей. Основным отличием каждой версии является преодоление ограниченного объема доступной для хранения информации. В дальнейшем были разработаны еще две более совершенные системы обработки и хранения данных – NTFS и ReFS.

FAT (таблица распределения файлов)

Числа в FAT12, FAT16 и FAT32 обозначают количество бит, используемых для перечисления блока файловой системы. FAT32 является фактическим стандартом и устанавливается на большинстве видов сменных носителей по умолчанию. Одной из особенностей этой версии ФС является возможность применения не только на современных моделях компьютеров, но и в устаревших устройствах и консолях, снабженных разъемом USB.

Пространство FAT32 логически разделено на три сопредельные области:

зарезервированный сектор для служебных структур;
табличная форма указателей;
непосредственная зона записи содержимого файлов.

К недостатком стандарта FAT32 относится ограничение размера файлов на диске до 4 Гб и всего раздела в пределах 8 Тб. По этой причине данная файловая система чаще всего используется в USB-накопителях и других внешних носителях информации. Для установки последней версии ОС Microsoft Windows 10 на внутреннем носителе потребуется более продвинутая файловая система.

С целью устранения ограничений, присущих FAT32, корпорация Microsoft разработала обновленную версию файловой системы exFAT (расширенная таблица размещения файлов). Новая ФС очень схожа со своим предшественником, но позволяет пользователям хранить файлы намного большего размера, чем четыре гигабайта. В exFAT значительно снижено число перезаписей секторов, ответственных за непосредственное хранение информации. Функция очень важна для твердотельных накопителей ввиду необратимого изнашивания ячеек после определенного количества операций записи. Продукт exFAT совместим с операционными системами Mac, Android и Windows. Для Linux понадобится вспомогательное программное обеспечение.

NTFS (файловая система новой технологии)

Стандарт NTFS разработан с целью устранения недостатков, присущих более ранним версиям ФС. Впервые он был реализован в Windows NT в 1995 году, и в настоящее время является основной файловой системой для Windows. Система NTFS расширила допустимый предел размера файлов до шестнадцати гигабайт, поддерживает разделы диска до 16 Эб (эксабайт, 10 18 байт ). Использование системы шифрования Encryption File System (метод «прозрачного шифрования») осуществляет разграничение доступа к данным для различных пользователей, предотвращает несанкционированный доступ к содержимому файла. Файловая система позволяет использовать расширенные имена файлов, включая поддержку многоязычности в стандарте юникода UTF, в том числе в формате кириллицы. Встроенное приложение проверки жесткого диска или внешнего накопителя на ошибки файловой системы chkdsk повышает надежность работы харда, но отрицательно влияет на производительность.

ReFS (Resilient File System)

Последняя разработка Microsoft, доступная для серверов Windows 8 и 10. Архитектура файловой системы в основном организована в виде B + -tree. Файловая система ReFS обладает высокой отказоустойчивостью благодаря реализации новых функций:

Copy-on-Write (CoW) – никакие метаданные не изменяются без копирования;
данные записываются на новое дисковое пространство, а не поверх существующих файлов;
при модификации метаданных новая копия хранится в свободном дисковом пространстве, затем система создает ссылку из старых метаданных на новую версию.

Все это позволяет повысить надежность хранения файлов, обеспечивает быстрое и легкое восстановление данных.

Файловые системы macOS

Для операционной системы macOS компания Apple использует собственные разработки файловых систем:

HFS+, которая является усовершенствованной версией HFS, ранее применяемой на компьютерах Macintosh, и ее более соверешенный аналог APFS. Стандарт HFS+ используется во всех устройствах под управлением продуктов Apple, включая компьютеры Mac, iPod, а также Apple X Server.
Кластерная файловая система Apple Xsan, созданная из файловых систем StorNext и CentraVision, используется в расширенных серверных продуктах. Эта файловая система хранит файлы и папки, информацию Finder о просмотре каталогов, положениях окна и т.д.

Файловые системы Linux

В отличие от ОС Windows и macOS, ограничивающих выбор файловой системы предустановленными вариантами, Linux предоставляет возможность использования нескольких ФС, каждая из которых оптимизирована для решения определенных задач. Файловые системы в Linux используются не только для работы с файлами на диске, но и для хранения данных в оперативной памяти или доступа к конфигурации ядра во время работы системы. Все они включены в ядро и могут использоваться в качестве корневой файловой системы.

Основные файловые системы, используемые в дистрибутивах Linux:

Ext2, Ext3, Ext4 или Extended Filesystem – стандартная файловая система, первоначально разработанная еще для Minix. Содержит максимальное количество функций и является наиболее стабильной в связи с редкими изменениями кодовой базы. Начиная с ext3 в системе используется функция журналирования. Сегодня версия ext4 присутствует во всех дистрибутивах Linux.

JFS или Journaled File System разработана в IBM в качестве альтернативы для файловых систем ext. Сейчас она используется там, где необходима высокая стабильность и минимальное потребление ресурсов (в первую очередь в многопроцессорных компьютерах). В журнале хранятся только метаданные, что позволяет восстанавливать старые версии файлов после сбоев.

ReiserFS также разработана в качестве альтернативы ext3, поддерживает только Linux. Динамический размер блока позволяет упаковывать несколько небольших файлов в один блок, что предотвращает фрагментацию и улучшает работу с небольшими файлами. Недостатком является риск потери данных при отключении энергии.

XFS рассчитана на файлы большого размера, поддерживает диски до 2 терабайт. Преимуществом системы является высокая скорость работы с большими файлами, отложенное выделение места, увеличение разделов на лету, незначительный размер служебной информации. К недостаткам относится невозможность уменьшения размера, сложность восстановления данных и риск потери файлов при аварийном отключении питания.

Btrfs или B-Tree File System легко администрируется, обладает высокой отказоустойчивостью и производительностью. Используется как файловая система по умолчанию в OpenSUSE и SUSE Linux.

Другие ФС, такие как NTFS, FAT, HFS, могут использоваться в Linux, но корневая файловая система на них не устанавливается, поскольку они для этого не предназначены.

Дополнительные файловые системы

В операционных системах семейства Unix BSD (созданы на базе Linux) и Sun Solaris чаще всего используются различные версии ФС UFS (Unix File System), известной также под названием FFS (Fast File System). В современных компьютерных технологиях данные файловые системы могут быть заменены на альтернативные: ZFS для Solaris, JFS и ее производные для Unix.

Кластерные файловые системы включают поддержку распределенных хранилищ, расширяемость и модульность. К ним относятся:

ZFS – «Zettabyte File System» разработана для распределенных хранилищ Sun Solaris OS;
Apple Xsan – эволюция компании Apple в CentraVision и более поздних разработках StorNext;
VMFS (Файловая система виртуальных машин) разработана компанией VMware для VMware ESX Server;
GFS – Red Hat Linux именуется как «глобальная файловая система» для Linux;
JFS1 – оригинальный (устаревший) дизайн файловой системы IBM JFS, используемой в старых системах хранения AIX.

Практический пример использования файловых систем

Владельцы мобильных гаджетов для хранения большого объема информации используют дополнительные твердотельные накопители microSD (HC), по умолчанию отформатированные в стандарте FAT32. Это является основным препятствием для установки на них приложений и переноса данных из внутренней памяти. Чтобы решить эту проблему, необходимо создать на карточке раздел с ext3 или ext4. На него можно перенести все файловые атрибуты (включая владельца и права доступа), чтобы любое приложение могло работать так, словно запустилось из внутренней памяти.

Операционная система Windows не умеет делать на флешках больше одного раздела. С этой задачей легко справится Linux, который можно запустить, например, в виртуальной среде. Второй вариант - использование специальной утилиты для работы с логической разметкой, такой как MiniTool Partition Wizard Free . Обнаружив на карточке дополнительный первичный раздел с ext3/ext4, приложение Андроид Link2SD и аналогичные ему предложат куда больше вариантов.

Флешки и карты памяти быстро умирают как раз из-за того, что любое изменение в FAT32 вызывает перезапись одних и тех же секторов. Гораздо лучше использовать на флеш-картах NTFS с ее устойчивой к сбоям таблицей $MFT. Небольшие файлы могут храниться прямо в главной файловой таблице, а расширения и копии записываются в разные области флеш-памяти. Благодаря индексации на NTFS поиск выполняется быстрее. Аналогичных примеров оптимизации работы с различными накопителями за счет правильного использования возможностей файловых систем существует множество.

Надеюсь, краткий обзор основных ФС поможет решить практические задачи в части правильного выбора и настройки ваших компьютерных устройств в повседневной практике.

Читайте также: