Способы организации файловой системы для fat

Способы организации файловой системы для fat, fat32 и ntfs.

FAT (File Allocation Table – таблица размещения файлов) – классическая архитектура файловой системы, которая из-за своей простоты всё ещё широко используется для флеш-дисков и карт памяти. В недавнем прошлом использовалась в дискетах, на жёстких дисках и других носителях информации.

Эта таблица хранит информацию о файлах на жестком диске в виде последовательности чисел, определяющих, где находится каждая часть каждого файла. С ее помощью операционная система выясняет, какие кластеры занимает нужный файл.

FAT — является самой распространенной файловой системой и поддерживается подавляющим большинством операционных систем.

Существует три версии FAT, отличающиеся разрядностью записей в дисковой структуре(количеством бит, отведенных для хранения кластера):

FAT12 — применяется в основном для дискет;

FAT16 — для дисков малого объёма;

FAT32 — для дисков объемом до 2 047 Гбайт.

FAT32 — последняя версия файловой системы FAT и улучшение предыдущей версии, известной как FAT16. Она была создана, чтобы преодолеть ограничения на размер тома в FAT16, позволяя при этом использовать старый код программ MS-DOS и сохранив формат. FAT32 использует 32-разрядную адресацию кластеров. FAT32 появилась вместе с Windows 95 OSR2.

FAT32 обладает следующими преимуществами в сравнении с прежними реализациями файловой системы FAT:

поддерживает диски объемом до 2 Тбайт;

эффективнее организует дисковое пространство.

корневой каталог FAT 32, как и все остальные каталоги, теперь не ограничен, он состоит из цепочки кластеров и может быть расположен в любом месте диска;

имеет более высокую надежность: FAT32 способна перемещать корневой каталог и работать с резервной копией FAT, кроме того, загрузочная запись на FАТ32-дисках расширена и теперь включает резервную копию критически важных структур данных, а это означает, что FАТ32-диски менее чувствительны к возникновению отдельных сбойных участков, чем существующие FAT-тома;

программы загружаются на 50% быстрее.

NTFS (от англ. New Technology File System — «файловая система новой технологии») — стандартная файловая система для семейства операционных систем Microsoft Windows NT.

Разработана на основе файловой системы HPFS (от англ. High Performance File System — высокопроизводительная файловая система).

NTFS обеспечивает комбинацию эффективности, надежности и совместимости, отсутствующую в FAT или HPFS. Она разработана для быстрого выполнения стандартных файловых операций типа чтения, записи и поиска, а также улучшенных операций типа восстановления файловой системы на очень больших жестких дисках.

NTFS также включает возможности безопасности, требуемые для файловых серверов и высококачественных персональных компьютеров в корпоративной среде.

NTFS поддерживает управление доступом к данным и привилегии владельца, что является важным для целостности корпоративных данных.

NTFS является простой, но очень мощной разработкой. Для этой перспективной файловой системы вся информация на томе NTFS является файлом или частью файла. Каждый распределенный на томе NTFS сектор принадлежит некоторому файлу. Даже метаданные (metadata) файловой системы (информация, которая описывает непосредственно файловую систему) являются частью файла.

Эта основанная на атрибутах файловая система поддерживает объектно — ориентированные приложения, обрабатывая все файлы как объекты, которые имеют определяемые пользователем и системой атрибуты.

Источник

Обзор файловой системы FAT, HPFS и NTFS

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.

HPFS организует диск в серию полос 8-MB, и по возможности файл содержится в одной из этих полос. Между каждой из этих полос имеются битовые карты распределения 2K, которые отслеживают, какие сектора в диапазоне были выделены и не выделены. Перевязка повышает производительность, так как головка диска не должна возвращаться к логической вершине (как правило, цилиндру 0) диска, а к ближайшей битовой карте распределения полос, чтобы определить, где должен храниться файл.

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.

Горячее исправление — это метод, при котором если ошибка возникает из-за плохого сектора, файловая система перемещает информацию в другой сектор и отмечает исходный сектор как плохой. Все это делается прозрачно для любых приложений, которые выполняют диск I/O (то есть приложение никогда не знает, что возникли проблемы с жестким диском). Использование файловой системы, которая поддерживает горячее исправление, устраняет сообщения об ошибках, такие как FAT «Отмена, повторное исправление или сбой?» сообщение об ошибке, которое возникает при столкновении с плохим сектором.

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»

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

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»

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

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»

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

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»

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

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.

Источник