Файловая система в Windows

Представляет собой запоминающее устройство с несколькими круглыми жесткими пластинами покрытыми слоем ферромагнитного материала расположенные на одной оси привода и с подвижными считывающими головками. В работе жесткого диска (винчестера) используется принцип магнитной записи. Мы не будем углубляться в устройство и работу жестких дисков, а рассмотрим в общих чертах файловую систему компьютера.

Файловая система компьютера (ФС) — описание способа хранения, распределения, наименования и обеспечения доступа к информации, хранящейся на жестком диске компьютера. Именно файловая система жесткого диска определяет правила наименования файлов и каталогов, ограничения на максимальные размеры файла и раздела, длину имени файла, максимальный уровень вложенности каталогов и другие моменты. Кстати, максимальный размер файла в файловой системе FAT32 составляет 4 Гбайта.

В ОС Windows наиболее распространенной на сегодняшний день является файловая система NTFS, заменившая устаревшую файловую систему FAT. Именно файловую систему NTFS лучше всего использовать на сегодняшний день. Чтобы жесткий диск можно было использовать в компьютере, его необходимо подготовить, отформатировать в выбранную файловую систему. Программа форматирования создает на жестком диске компьютера структуру в соответствии с правилами файловой системы Windows после чего диск становится виден в операционной системе и его можно использовать. Форматирование жесткого диска осуществляется силами операционной системы или сторонней программы. При этом выбирается тип файловой системы жесткого диска, размер кластера и способ форматирования.

Кластер — упрощенно, минимальная ячейка на жестком диске для хранения информации, эдакая коробочка для хранения файлов. Кластер имеет вполне конкретные стандартизованные размеры равные 512 байт раньше и 4 096 байт в настоящее время. В одном кластере хранится только один файл, если он меньше размера кластера, то все равно занимает весь кластер. Когда файл не помещается целиком в одном кластере, то он записывается кусочками по разным кластерам, необязательно соседним. Поскольку размеры файлов крайне редко кратны размеру кластера, то на диске файлы практически всегда занимают больше места, чем их реальный размер. Чтобы было понятнее, возьмем для наглядности такой пример. Есть 9 кирпичей, из них 3 белых и 6 красных, а в контейнер помещается только 5 кирпичей одного типа. Чтобы хранить наши кирпичи нам понадобится 3 контейнера, хотя емкость двух контейнеров 10 кирпичей. Вот наглядная иллюстрация, как это происходит.

В файловой системе компьютера происходит точно также. В этом легко убедиться, если кликнуть правой кнопкой мыши по файлу и выбрать свойства.

Файл размером 6 байт занимает в файловой системе жесткого диска 4 096 байт , т.е. один кластер. Соответственно маленький размер кластера больше подходит для хранения маленьких файлов, а большой размер кластера для хранения больших. Тогда место на диске будет использоваться более рационально. Так же происходит и с ярлыками.

Структура файловой системы Windows

Первоначально, вся информация в виде файлов записывалась в файловую систему Windows в одну кучу, однако с ростом количества информации и емкости дисков это стало очень неудобно. Попробуйте найти нужную вам вещь в коробке, среди десятков других. Выходом из этой ситуации стало создание древовидной структуры папок (директорий или каталогов) сильно облегчающих структурирование и поиск информации. Внутри каталога создаются подкаталоги, и файлы группируются по логическому принципу удобному пользователю.

Дальнейший рост емкости дисков привел к следующему очевидному шагу, разбить один физический носитель информации на несколько логических разделов (дисков). Логически выделенная часть смежных блоков на диске называется раздел (partition). Такая структура файловой системы применяется в настоящее время в операционной системе Windows.

Это позволяет упростить структурирование информации, повысить надежность хранения данных за счет разделения системных и пользовательских файлов, более гибко управлять правами доступа к файлам, увеличить скорость дисковых операций. Каждый созданный логический диск воспринимается операционной системой, как независимый, хотя фактически он виртуален. Благодаря этому каждому разделу жесткого диска можно назначить произвольную файловую систему или настроить размер кластера, а так же иметь несколько операционных систем на одном компьютере.

Первый физический сектор жесткого диска отведен для хранения главной загрузочной записи (MBR), необходимой для начальной загрузки операционной системы, а так же хранит таблицу разделов.

Разделы бывают двух видов: первичный (основной) и дополнительный (расширенный). В первом секторе основного раздела располагается загрузочный сектор, обеспечивающий загрузку ОС с данного раздела жесткого диска. Всего на физическом диске может быть четыре раздела и только один из них расширенный. Дополнительный раздел представляет собой оболочку для любого количества других логических разделов. Это позволяет обойти ограничение, только четыре раздела на физическом диске.

Вот и все, что мы хотели рассказать о файловой системе компьютера в операционной системе Windows.

SetupComp

Файловые системы используемые в Windows 7

Файловая система — невидимый механизм на жестком диске, который ответствен за то, чтобы отслеживать сохранение данных. Думайте об этом как об оглавлении, содержащем информацию о соответствии имени и места хранения на физической поверхности диска.
Windows 7 поддерживает четыре типа файловых систем:

FAT (16-разрядная таблица размещения файлов)

FAT используется для дисков размером менее 512 Мбайт, таких как маленькие карты флэш-памяти и гибкие диски. Самый большой объем, поддерживаемый файловой системой FAT, составляет 2 Гбайт.

FAT32 (32-разрядная таблица размещения файлов)

Разработана, чтобы преодолеть 2-гигабайтное ограничение размера раздела в FAT, FAT32 поддерживается любой версией Windows начиная с Windows 95 OSR2. Сейчас она используется главным образом для карт флэш-памяти больше 2 Гбайт и на более старых компьютерах, использующих Windows 98 и Windows Me. Кроме поддержки более объемных дисков она позволяет использовать меньшие размеры кластеров файлов для более эффективного, чем FAT, хранения информации.

ехFАТ

Расширенная таблица размещения файлов» была разработана, чтобы избежать многих недостатков FAT32 и использоваться на дисках, где NTFS нельзя использовать, таких как карты флэш-памяти. exFAT поддерживается в Windows 7. Windows Vista SP1 и более ранних версиях.

NTFS (Файловая система NT)

NTFS была создана, чтобы полностью заменить FAT/FAT32, и является базовой файловой системой на всех компьютерах Windows 7. (Если более конкретно, то Windows 7, Vista и ХР работают с NTFS версии 3.1.) Она предлагает такие средства защиты, как шифрование и полномочия, сжатие и квоты. Она в целом быстрее и надежнее, чем FAT/FAT32.

Windows 7 может быть установлена только на диск NTFS, но видет разделы, форматированные в FAT или FAT32. Если на компьютере Windows 7 установлена одна операционная система, то все диски должны быть отформатированы в NTFS. Единственный довод в пользу использования другой файловой системы — это система двойной загрузки с очень старой версией Windows, в этом случае следует выбрать файловую систему, распознаваемую всеми операционными системами.

Выводы

В данной заключительной части «одной строчкой» собраны ключевые особенности быстродействия этих трех файловых систем.

FAT — плюсы:

FAT — минусы:

NTFS — плюсы:

NTFS — минусы:

Хотелось бы еще раз подчеркнуть, что на практике основной фактор, от которого зависит быстродействие файловой системы — это, как ни странно, объем памяти машины. Системы с памятью 64-96 Мбайт — некий рубеж, на котором быстродействие NTFS и FAT32 примерно эквивалентно. Обратите внимание также на сложность организации данных на вашей машине. Если вы не используете ничего, кроме простейших приложений и самой операционной системы — может случиться так, что FAT32 сможет показать более высокое быстродействие и на машинах с большим количеством памяти.

NTFS — система, которая закладывалась на будущее, и это будущее для большинства реальных применений сегодняшнего дня еще, к сожалению, видимо не наступило. На данный момент NTFS обеспечивает стабильное и равнодушное к целому ряду факторов, но, пожалуй, всё же невысокое — на типичной «игровой» домашней системе — быстродействие. Основное преимущество NTFS с точки зрения быстродействия заключается в том, что этой системе безразличны такие параметры, как сложность каталогов (число файлов в одном каталоге), размер диска, фрагментация и т.д. В системах FAT же, напротив, каждый из этих факторов приведет к существенному снижению скорости работы.

Только в сложных высокопроизводительных системах — например, на графических станциях или просто на серьезных офисных компьютерах с тысячами документов, или, тем более, на файл-серверах — преимущества структуры NTFS смогут дать реальный выигрыш быстродействия, который порой заметен невооруженным глазом. Пользователям, не имеющим большие диски, забитые информацией, и не пользующимся сложными программами, не стоит ждать от NTFS чудес скорости — с точки зрения быстродействия на простых домашних системах гораздо лучше покажет себя FAT32.

В дополнение ко всему вышесказанному: существующий том с FAT можно преобразовать в NTFS без потери данных с помощью команды CONVERT.
Сделать это можно следующим образом. В командной строке наберите
convert e: /fs:ntfs
Вместо e: можно подставить необходимый диск.
Для конвертации флешки команда выглядит так: convert диск: /fs:ntfs /nosecurity /x где диск – это буква вашей флешки.
Однако эффективность такого решения не очень высокая из-за особенностей процесса преобразования.

В заключение приведу несколько общих рекомендаций по выбору наиболее подходящей файловой системы. Если у вас флеш-накопитель небольшого объема, форматируйте его в FAT32. Флешки большого объема форматируйте exFAT, так как «скачки скорости» на них будут особенно заметны. Внешние жесткие диски обычно имеют большой объем и высокую производительность (особенно те, которые обладают разъемами USB 3.0), поэтому их лучше форматировать в NTFS.

Вот, собственно, и все, что должен знать пользователь о файловых системах. Если нужна более подробная информация — ищите соответствующую литературу.

Обзор файловой системы FAT, HPFS и NTFS

В этой статье поясняются различия между таблицей выделения файлов (FAT), файловой системой высокой производительности (HPFS) и файловой системой NT (NTFS) в Windows NT, а также их преимущества и недостатки.

Исходная версия продукта: 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, файловая система FAT32 поддерживается только в Windows 98/95 и Windows 2000.

Общие сведения о FAT

FAT является самым упрощенным решением из файловых систем, поддерживаемых Windows NT. Файловая система FAT характеризуется таблицей выделения файлов (FAT), которая на самом деле является таблицей, которая находится в самом верху тома. Для защиты тома хранятся две копии FAT на случай повреждения одной из них. Кроме того, таблицы FAT и корневой каталог должны храниться в фиксированном расположении, чтобы файлы загрузки системы могли правильно располагаться.

Диск в формате FAT выделяется в кластерах, размер которых определяется размером тома. При этом 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 на диске необходимо переместить на логическую дорожку диска.

В структуре каталогов FAT нет организации, и файлам предоставляется первое место открытия на диске. Кроме того, FAT поддерживает только атрибуты файлов только для чтения, скрытые, системные и архивные.

Соглашение об именах FAT

В FAT используется традиционное соглашение об именово имени файлов 8.3, и все имена файлов должны создаваться с использованием набора символов ASCII. Имя файла или каталога может быть длиной до восьми символов, а затем — сепаратором (.) и до трех символов. Имя должно начинаться с буквы или номера и содержать любые символы, кроме следующих:

Если какой-либо из этих символов используется, могут возникнуть непредвиденные 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 регистр.

Преимущества FAT

В любой из поддерживаемых файловых систем невозможно выполнить Windows NT в одной из поддерживаемых файловых систем. Undelete utilities try to directly access the hardware, which cannot be done under Windows NT. Однако если файл был расположен в разделе FAT и система перезапущена в MS-DOS, файл можно отопустить. Файловая система FAT лучше всего работает для дисков и разделов размером около 200 МБ, так как fat начинается с очень небольшой накладной. Дополнительные вопросы о преимуществах FAT см. в следующих темах:

Windows NT Server «Основные понятия и руководство по планированию», глава 5, раздел «Выбор файловой системы»

Windows NT Workstation 4.0 Resource Kit, Chapter 18, «Choosing a File System»

Windows NT Server 4.0 Resource Kit «Resource Guide,» Chapter 3, section titled «Which File System to Use on Which Volumes»

Недостатки FAT

Желательно, чтобы при использовании дисков или разделов размером более 200 МБ файловая система FAT не использовалась. Это потому, что по мере увеличения размера тома производительность FAT быстро снижается. Невозможно установить разрешения для файлов, которые являются разделами FAT.

Размер разделов FAT ограничен до 4 гигабайт (ГБ) в Windows NT и 2 ГБ в MS-DOS.

Дополнительные вопросы о других недостатках FAT см. в следующих темах:

Windows NT Server «Основные понятия и руководство по планированию», глава 5, раздел «Выбор файловой системы»

Windows NT Workstation 4.0 Resource Kit, Chapter 18, «Choosing a File System»

Microsoft Windows NT Server 4.0 Resource Kit «Resource Guide,» Chapter 3, section titled «Which File System to Use on Which Volumes»

Обзор HPFS

Файловая система HPFS была впервые представлена в ОС/2 1.2, чтобы обеспечить более широкий доступ к более крупным жестким дискам, которые затем появились на рынке. Кроме того, новой файловой системе потребовалось расширить систему именования, организаций и безопасность для роста потребностей рынка сетевых серверов. HPFS поддерживает организацию каталогов FAT, но добавляет автоматическую сортировку каталога на основе имен файлов. Имена файлов могут быть расширены до 254 двухбайтных символов. HPFS также позволяет файлу состоять из «данных» и специальных атрибутов, чтобы обеспечить повышенную гибкость с точки зрения поддержки других соглашений об именах и безопасности. Кроме того, единица выделения меняется с кластеров на физические секторы (512 bytes), что сокращает объем потерянного места на диске.

В HPFS в записях каталогов находится больше сведений, чем в fat. Как и файл атрибута, он включает сведения об изменении, создании и дате и времени доступа. Вместо того чтобы указать первый кластер файла, записи каталога в HPFS указывают на FNODE. Файл FNODE может содержать данные файла или указатели, которые могут указать на данные файла или на другие структуры, которые в конечном итоге будут указать на данные файла.

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

HPFS упорядожит диск в серию диапазонов размером 8 МБ, и по возможности файл содержится в одном из этих диапазонов. Между этими диапазонами имеются растровые карты выделения 2K, которые отслеживают, какие секторы в диапазоне были выделены и не были выделены. Перевязка повышает производительность, так как загон диска не должен возвращаться в логическую верхнюю часть (как правило, 0) диска, но к ближайшему растрову выделения диапазонов, чтобы определить место хранения файла.

Кроме того, HPFS включает несколько уникальных объектов специальных данных:

Super Block

Super Block расположен в логическом секторе 16 и содержит указатель на FNODE корневого каталога. Одна из главных угроз использования HPFS заключается в том, что в случае потери или поврежденного суперблока из-за поврежденного сектора содержимое раздела, даже если остальная часть диска в порядке. Можно восстановить данные на диске, скопируя все данные 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 «исправления» и блок запасных каталогов. В HPFS при обнаружении плохой сектора запись «исправления» используется для логической указать на существующий хороший сектор, а не на плохой сектор. Этот способ обработки ошибок записи называется «горячим исправлением».

Горячее исправление — это метод, в котором при ошибке из-за плохой сектора файловая система перемещает информацию в другой сектор и пометит исходный сектор как плохой. Все это делается прозрачно для всех приложений, которые выполняют дисковый I/O (то есть приложение никогда не знает о проблемах с жестким диском). Использование файловой системы, которая поддерживает горячее исправление, позволит устранить такие сообщения об ошибках, как FAT «Отмена, повторить попытку или сбой?». сообщение об ошибке, которое возникает при плохом секторе.

Версия HPFS, включаемая в Windows NT, не поддерживает исправление исправлений.

Преимущества HPFS

HPFS лучше всего для дисков в диапазоне от 200 до 400 МБ. Дополнительные вопросы о преимуществах HPFS см. в следующих темах:

Windows NT Server «Основные понятия и руководство по планированию», глава 5, раздел «Выбор файловой системы»

Windows NT Workstation 4.0 Resource Kit, Chapter 18, «Choosing a File System»

Windows NT Server 4.0 Resource Kit «Resource Guide,» Chapter 3, section titled «Which File System to Use on Which Volumes»

Недостатки HPFS

Из-за накладных расходов, задействованных в HPFS, это не очень эффективный выбор для объема менее 200 МБ. Кроме того, если объем томов превышает 400 МБ, производительность может быть ниже. Невозможно установить безопасность в HPFS в 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 темах:

Windows NT Server «Основные понятия и руководство по планированию», глава 5, раздел «Выбор файловой системы»

Windows NT Workstation 4.0 Resource Kit, Chapter 18, «Choosing a File System»

Windows NT Server 4.0 Resource Kit «Resource Guide,» Chapter 3, section titled «Which File System to Use on Which Volumes»

Обзор NTFS

С точки зрения пользователя, NTFS по-прежнему упорядочает файлы в каталоги, которые, как и HPFS, сортировать. Однако в отличие от FAT или HPFS, на диске нет «особых» 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.

Цель NTFS — предоставить:

Надежность, особенно желаемая для высококлассных систем и файловых серверов

Платформа для дополнительных функций

Поддержка требований POSIX

Удаление ограничений файловой системы FAT и HPFS

Надежность

Чтобы обеспечить надежность NTFS, были рассмотрены три основных области: возможность восстановления, удаление неувяющих сбоев в одиночном секторе и горячее исправление.

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

В FAT или HPFS, если происходит сбой сектора, который является расположением одного из специальных объектов файловой системы, произойдет сбой одного сектора. NTFS позволяет избежать этого двумя способами: во-первых, не используя специальные объекты на диске, а также 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 в версиях HPFS ОС/2, NTFS поддерживает горячее исправление.

Добавлены функции

Одной из основных задач разработки Windows NT на каждом уровне является предоставление платформы, которую можно добавить и на основе которой можно создать, и NTFS не является исключением. NTFS предоставляет гибкую и гибкую платформу для использования другими файловыми системами. Кроме того, NTFS полностью поддерживает Windows NT безопасности и несколько потоков данных. Больше не является файлом данных одним потоком данных. Наконец, в NTFS пользователь может добавить в файл собственные пользовательские атрибуты.

Поддержка POSIX

NTFS — это наиболее совместимый с POSIX.1 файловые системы, так как он поддерживает следующие требования POSIX.1:

Именовка с чувствительностью к делу:

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

Дополнительная отметка времени:

Дополнительная отметка времени обеспечивает время последнего доступа к файлу.

Твердая ссылка — это когда два разных имени файлов, которые могут быть расположены в разных каталогах, указывают на одинаковые данные.

Устранение ограничений

Во-первых, NTFS значительно повысил размер файлов и томов, поэтому теперь они могут быть до 2^64 bytes (16 exabytes or 18,446,744,073,709,551,616 bytes). NTFS также вернулась к концепции кластеров FAT, чтобы избежать проблемы HPFS фиксированного размера сектора. Это было сделано потому Windows NT что это переносимая операционная система, и в какой-то момент может возникнуть другая технология дисков. Таким образом, 512 bytes per sector was viewed as having a large possibility of not always being a good fit for the allocation. Это было выполнено путем определения кластера как кратного размера естественного выделения оборудования. Наконец, в NTFS все имена файлов основаны на Юникоде, а имена файлов 8.3 хранятся вместе с длинными именами файлов.

Преимущества NTFS

NTFS лучше всего использовать в томах объемом около 400 МБ или более. Это происходит потому, что производительность в NTFS не снижается, как в FAT, с большими размерами тома.

Возможность восстановления, разработанная в NTFS, такова, что пользователю никогда не нужно запускать какую-либо совметивную совсюю восстановления диска в секции NTFS. Дополнительные преимущества NTFS см. в следующих темах:

Windows NT Server «Основные понятия и руководство по планированию», глава 5, раздел «Выбор файловой системы»

Windows NT Workstation 4.0 Resource Kit, Chapter 18, «Choosing a File System»

Windows NT Server 4.0 Resource Kit «Resource Guide,» Chapter 3, section titled «Which File System to Use on Which Volumes»

Недостатки NTFS

Не рекомендуется использовать NTFS для тома размером менее 400 МБ из-за объема пространства, используемого в NTFS. Это пространство используется в виде системных файлов NTFS, которые обычно используют не менее 4 МБ дискового пространства в секции 100 МБ.

В настоящее время шифрование файлов, встроенное в NTFS, не существует. Таким образом, кто-то может загрузиться в ms-DOS или другой операционной системе и использовать низкоуровневую с помощью сканируемой системы для просмотра данных, сохраненных в томе NTFS.

Форматирование дискеты с файловой системой NTFS невозможно; Windows NT форматировать все дисковые диски с файловой системой FAT, так как накладные расходы, связанные с NTFS, не поместят на диск с гибкими дисками.

Дальнейшее обсуждение недостатков NTFS см. в следующих темах:

Windows NT Server «Основные понятия и руководство по планированию», глава 5, раздел «Выбор файловой системы»

Windows NT Workstation 4.0 Resource Kit, Chapter 18, «Choosing a File System»

Windows NT Server 4.0 Resource Kit «Resource Guide,» Chapter 3, section titled «Which File System to Use on Which Volumes»

Соглашения об именах NTFS

Имена файлов и каталогов могут быть длиной до 255 символов, включая любые расширения. Имена сохраняют дело, но не чувствительны к этому. NTFS не делает различий между именами файлов на основе дела. Имена могут содержать любые символы, кроме следующих:

В настоящее время в командной строке можно создавать имена файлов размером до 253 символов.

В зависимости от аппаратных ограничений в любой файловой системе могут быть налагаться дополнительные ограничения на размер разделов. В частности, размер загрузочного раздела может быть 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 Resource Kit.