Файловые системы Windows

Операционная система Windows 8, Windows 8.1 поддерживает несколько файловых систем: NTFS, FAT и FAT32. Но работать может только на NTFS , то есть установлена может быть только на раздел жесткого дис­ка, отформатированного в данной файловой системе.

Обусловлено это теми особенностями и инструментами безопасности, которые преду­смотрены в NTFS , но отсутствуют в файловых системах Windows предыдущего поколения: FAT16 и FAT32 .

Далее мы остановим­ся на всей линейке файловых систем для Windows, чтобы понять, какую роль они играют в работе системы и как они развивались в про­цессе становления Windows плоть до Windows 8.

Общие сведения о файловых системах

Преимущества NTFS касаются практически всего: производительности, надежности и эффективности работы с данными (файлами) на диске. Так, одной из основных целей создания NTFS было обеспечение ско­ростного выполнения операций над файлами (копирование, чтение, удаление, запись), а также предоставление дополнительных возможно­стей: сжатие данных, восстановление поврежденных файлов системы на больших дисках и т.д.

Другой основной целью создания NTFS была реализация повышенных требований безопасности, так как файловые системы FAT , FAT32 в этом отношении вообще никуда не годились. Именно в NTFS можно разрешить или запретить доступ к какому-либо файлу или папке (разграничить права доступа).

Сначала рассмотрим сравнительные характеристики файловых систем, а потом остановимся на каждой из них поподробнее. Сравнение, для большей наглядности, приведены в табличной форме.

Файловая система FAT для современных жест­ких дисков просто не подходит (ввиду ее ограниченных возможностей). Что касается FAT32 , то ее еще можно использовать, но уже с натяжкой.

Если купить жесткий диск на 1000 ГБ, то вам придется разбивать его как минимум на несколько разделов. А если вы собираетесь заниматься видеомонтажом, то вам будет очень мешать ограничение в 4 Гб как максимально возможный размер файла.

Всех перечисленных недостатков лишена файловая система NTFS . Так что, даже не вдаваясь в детали и специальные возможности файловой системы NTFS , можно сделать выбор в ее пользу.

Файловая система	Параметры
	Размеры тома	Максимальныйразмерфайла
FAT	От 1.44 МБ до 4 ГБ	2ГБ
FAT32	Теоретически возможен размер тома от 512 МБ до 2 Тбайт. Сжатие не поддерживается на уровне файловой системы	4ГБ
NTFS	Минимальный рекомендуемый размер составляет 1,44 МБ, а максимальный — 2 Тбайт. Поддержка сжатия на уровне файловой системы для файлов, каталогов и томов.	Максимальный размер ограничен лишь размером тома (Теоретически — 264 байт минус 1 килобайт. Практически — 244 байт минус 64 килобайта)

Вообще использование FAT32 может быть оправдано лишь в тех случаях, когда у вас на компьютере установлено несколько операционных систем, а какая-либо из них не поддерживает NTFS . Но на сегодняшний день таких практически нет. Разве что вы захотите установить у себя антиквариат типа Windows 98.

Файловая система FAT

Файловая система FAT (обычно под ней понимается FAT 16) была разработана достаточно давно и предназначалась для работы с небольшими дисковыми и файловыми объемами, простой структурой каталогов. Аббревиатура FAT расшифровывается как File Allocation Table (с англ. таблица размещения файлов). Эта таблица размещается в начале тома, причем хранятся две ее копии (в целях обеспечения большей устойчивости).

Данная таблица используется операционной системой для поиска файла и определения его физического расположения на жестком диске. В случае повреждения таблицы (и ее копии) чтение файлов операционной системой становится невозможно. Она просто не может определить, где какой файл, где он начинается и где заканчивается. В таких случаях говорят, что файловая система «упала».

Файловая система FAT изначально разрабатывалась компанией Microsoft для дискет. Только потом они стали ее применять для жестких дисков. Сначала это была FAT12 (для дискет и жестких дисков до 16 МБ), а потом она переросла в FAT16 , которая была введена в эксплуатацию с операционной системой MS-DOS 3.0.

Далее она поддерживается в Windows 3.x, Windows 95, Windows 98, Windows NT/2000 и т.д.

Файловая система FAT32

Начиная с Windows 95 OSR2, компания Microsoft начинает активно ис­пользовать в своих операционных системах FAT32 — тридцатидвухраз­рядную версию FAT . Что поделать, технический прогресс не стоит на месте и возможностей FAT 16 стало явно недостаточно.

По сравнению с ней FAT32 стала обеспечивать более оптимальный до­ступ к дискам, более высокую скорость выполнения операций ввода/вывода, а также поддержку больших файловых объемов (объем диска до 2 Тбайт).

В FAT32 реализовано более эффективное расходование дискового пространства (путем использования более мелких кластеров). Выгода по сравнению с FAT16 составляет порядка 10.15%. То есть при использовании FAT32 на один и тот же диск может быть записано информации на 10. 15% больше, чем при использовании FAT16.

Кроме того, необходимо отметить, что FAT32 обеспечивает более вы­сокую надежность работы и более высокую скорость запуска программ.

Обусловлено это двумя существенными нововведениями:

1. Возможностью перемещения корневого каталога и резервной копии FAT (если основная копия получила повреждения)
2. Возможностью хранения резервной копии системных данных.

Файловая система NTFS

Ни одна из версий FAT не обеспечивает хоть сколько-нибудь приемле­мого уровня безопасности. Это, а также необходимость в добавочных файловых механизмах (сжатия, шифрования) привело к необходимости создания принципиально новой файловой системы. И ею стала фай­ловая система NT (NTFS)

NTFS — от англ. New Technology File System, файловая система новой технологии. Как уже упоминалось, основным ее достоинством является защищен­ность: для файлов и папок NTFS могут быть назначены права доступа (на чтение, на запись и т.д.). Благодаря этому существенно повысилась безопасность данных и устойчивость работы системы.

Назначение прав доступа позволяет запретить/разрешить каким-либо пользователям и программам проделывать какие-либо операции над файлами. Например, не обладая достаточными правами, посторонний пользователь не сможет изменить какой-либо файл. Или не обладая достаточными правами, вирус не сможет испортить файл.

Кроме того, NTFS , как было сказано выше, обеспечивает лучшую про­изводительность и возможность работы с большими объемами данных.

Начиная с Windows 2000, используется версия NTFS 5.0, которая, помимо стандартных, позволяет реализовывать следующие возможности:

• Шифрование данных — эта возможность реализуется специальной надстройкой NTFS, которая называется Encrypting File System(EFS) — шифрующая файловая система. Благодаря этому механизму шифрованные данные могут быть прочитаны только на компьютере, на котором произошла шифровка.
• Дисковые квоты — стало возможно назначать пользователям определенный (ограниченный) размер на диске, который они могут использовать.
• Хранение разреженных файлов. Встречаются файлы, в которых содержится большое количество последовательных пустых байтов. Файловая система NTFS позволяет оптимизировать их хранение.
• Использование журнала изменений — позволяет регистрировать все операции доступа к файлам и томам.

И еще одно нововведение NTFS — точки монтирования. С помощью точек монтирования можно определить различные не связанные между собой папки и даже диски в системе, как один диск или папка. Это имеет большую важность для сбора в одном месте разнородной информации, находящейся в системе.

Напоследок необходимо иметь в виду, что если для файла под NTFS были установлены определенные права доступа, а потом вы его скопировали на раздел FAT, то все его права доступа и другие уникальные атрибуты, присущие NTFS, будут утеряны. Так что будьте бдительны.

Устройство NTFS. Главная таблица файлов MFT

Как и любая другая файловая система, NTFS делит все полезное место на кластеры — минимальные блоки данных, на которые разбиваются файлы. NTFS поддерживает почти любые размеры кластеров — от 512 байт до 64 Кбайт. Однако общепринятым стандартом считается кластер размером 4 Кбайт. Именно он используется по умолчанию. Принцип существования кластеров можно проиллюстрировать следующим при­мером.

Если у вас размер кластера составляет 4 Кбайт (что скорее всего), а нужно сохранить файл, размером 5 Кбайт, то реально под него будет вы­делено 8 Кбайт, так как в один кластер он не помещается, а под файл дисковое пространство выделяется только кластерами.

Для каждого NTFS-диска имеется специальный файл — MFT (Master Allocation Table — главная таблица файлов). В этом файле содержится централизованный каталог всех имеющихся на диске файлов. При создании файла NTFS создает и заполняет в MFT соответствующую запись, в которой содержится информация об атрибутах файла, содержимом файла, имя файла и т.п.

Помимо MFT , имеется еще 15 специальных файлов (вместе с MFT — 16), которые недоступны операционной системе и называются метафайлами . Имена всех метафайлов начинаются с символа $, но стандартными средствами операционной системы просмотреть их и вообще увидеть не представляется возможным. Далее для примера представлены основные метафайлы:

• SMFT — сам MFT.
• $MFTmirr — копия первых 16 записей MFT, размещенная посе­редине диска (зеркало).
• $LogFile — файл поддержки журналирования.
• $Volume — служебная информация: метка тома, версия файловой системы, и т.д.
• $AttrDef — список стандартных атрибутов файлов на томе.
• $ — корневой каталог.
• $Bitmap — карта свободного места тома.
• $Boot — загрузочный сектор (если раздел загрузочный).
• $Quota — файл, в котором записаны права пользователей на ис­пользование дискового пространства.
• $Upcase — файл-таблица соответствия заглавных и прописных букв в именах файлов на текущем томе.

Нужен в основном потому, что в NTFS имена файлов записываются в кодировке Unicode , которую составляют 65 тысяч различных символов, искать большие и малые эквиваленты которых очень нетривиально.

Что касается принципа организации данных на диске NTFS, то он условно делится на две части. Первые 12% диска отводятся под так называемую MFT-зону — пространство, в которое растет метафайл MFT.

Запись каких-либо пользовательских данных в эту область невозможна. MFT-зона всегда держится пустой. Это делается для того, чтобы самый главный служебный файл (MFT) не фрагментировался при своем росте. Остальные 88% диска представляют собой обычное пространство для хранения файлов.

Однако при нехватке дискового пространства MFT-зона может сама уменьшаться (если это возможно), так что никакого дискомфорта вы замечать не будете. При этом новые данные уже будут записываться в бывшую MFT-зону.

В случае последующего высвобождения дискового пространства MFT-зона снова будет увеличиваться, однако в дефрагментированном виде (то есть не единым блоком, а несколькими частями на диске). В этом нет ничего страшного, просто считается, что система более надежна, когда MFT-файл не дефрагментирован.

Кроме того, при не дефрагментированном MFT-файле вся файловая система работает быстрее. Соответственно чем более дефрагментированным является MFT-файл, тем медленней работает файловая система.

Что касается размера MFT-файла, то он примерно вычисляется, исходя из 1 МБ на 1000 файлов.

Конвертирование разделов FAT32 в NTFS без потери данных. Утилита convert

Вы можете без особого труда конвертировать существующий FAT32-раздел в NTFS. Для этого в Windows 8, Windows 8.1 предусмотрена утилита командной строки convert .

Параметры ее работы показаны на скриншоте.

Таким образом, чтобы конвертировать в NTFS диск D:, в командную строку следует ввести следующую команду:

После этого от вас попросят ввести метку тома, если такая есть (метка тома указывается рядом с именем диска в окне Мой компьютер. Она служит для более подробного обозначения дисков и может использоваться, а может не использоваться. Например, это может быть Files Storage (D:).

Здесь Files Storage — это метка тома d:.

Для конвертации флешки команда выглядит так:

Файловые сиcтемы поддерживаемые Windows

В Windows NT, Windows 2000, Windows XP поддерживается три файловых системы: FAT16, FAT32 и NTFS. Выбор файловой системы осуществляется при запуске Windows , форматировании существующего тома и установке нового жесткого диска. Прежде чем выбрать файловую систему, следует иметь представление о преимуществах и ограничениях каждой файловой системы. Изменение существующей файловой системы тома может потребовать значительного времени, поэтому следует с самого начала выбрать файловую систему, которая лучше всего удовлетворит вашим потребностям в настоящем и в будущем. Если требуется перейти к новой файловой системе, необходимо выполнить архивацию данных и затем отформатировать том с применением новой файловой системы. Однако том FAT или FAT32 может быть преобразован в том NTFS без необходимости в форматировании тома; тем не менее, рекомендуется выполнить архивацию тома перед преобразованием.

Выбор файловой системы.Данный раздел содержит некоторые общие рекомендации относительно вы­бора файловых систем: FAT, FAT32 или NTFS.

На компьютере, работающем под управлением Windows 2000 или XP, можно ис­пользовать любую из этих файловых систем. Кроме того, эти файловые сис­темы можно использовать и совместно. На выбор файловой системы оказы­вают влияние следующие факторы:

Ø Цель, для которой предполагается использовать компьютер;

Ø Аппаратная платформа;

Ø Количество жестких дисков и их объем;

Ø Требования к безопасности.

NTFS по сравнению с FAT предоставляет целый ряд преимуществ. Однако, если вы в дополнение к Windows XP намерены использовать еще одну операционную систему, не­обходимо помнить о том, что доступ к файлам, расположенным в разделах NTFS, можно будет получить только через Windows XP. Поэтому для сис­темного и загрузочного разделов другой операционной системы необходимо использовать иную файловую систему (иначе эта операционная система просто не сможет загрузиться).

FAT16.Файловую систему FAT, вследствие больших накладных расходов, не реко­мендуется использовать для томов, размер которых превышает 511 Мб. Файловая система FAT предоставляет следующие преимущества:

Ø Файловая система FAT может использоваться не только с Windows NT/2000, но и с другими операционными системами, включая Windows 9x, Win­dows for Workgroups, MS-DOS и OS/2.

Ø Использование файловой системы FAT является лучшим выбором для томов небольшого размера, так как в этом случае накладные расходы ми­нимальны. На томах, размер которых не превышает 500 Мб, она работает очень хорошо. Однако на больших томах (1 Гб и более) FAT становится крайне неэффективной.

Ø Для томов, размер которых находится в пределах 400—500 Мб, FAT явля­ется предпочтительным выбором по сравнению с NTFS, поскольку ли­шена накладных расходов NTFS, связанных с дисковым пространством: при форматировании тома для использования файловой системы NTFS создается целый ряд системных файлов и файл журнала транзакций, ко­торые потребляют некоторый процент дискового пространства (и для не­больших томов этот процент значителен).

FAT32. 32-разрядная файловая система FAT32 была введена с выпуском Windows 95 OSR2, и ее поддержка обеспечивается в Windows 98. Она обеспечивает оп­тимальный доступ к жестким дискам, повышая скорость и производитель­ность всех операций ввода/вывода. FAT32 представляет собой усовершенст­вованную версию файловой системы FAT, предназначенную для использо­вания на томах, объем которых превышает 2 Гб. Windows 2000 продолжает поддерживать файловую систему FAT, а также добавляет дополнительную поддержку для FAT32.

Возможности файловой системы FAT32 намного превышают возможности файловой системы FAT 16. Так, эта файловая система поддерживает жесткие диски, размер которых может достигать 2 терабайт. В дополнение к этому, FAT32 уменьшает размер кластера на больших дисках, снижая таким обра­зом объем неиспользуемого пространства. Например, при использовании FAT 16 на жестком диске размером 2 Гб, размер кластера будет составлять 32 Кб. Если этот же диск отформатировать с использованием FAT32, то размер кластера будет составлять только 4 Кб.

Все утилиты Microsoft, предназначенные для работы с дисками (Format, FDISK, Defrag и ScanDisk) были переработаны для обеспечения поддержки FAT32. Кроме того, Microsoft проводит большую работу по поддержке веду­щих фирм-производителей драйверов устройств и утилит для работы с дис­ком, чтобы помочь и в обеспечении поддержки FAT32 в их продуктах.

Итак, файловая система FAT32 обеспечивает следующие преимущества по сравнению с прежними реализациями файловой системы FAT:

Ø Обеспечивается поддержка дисков размером до 2 терабайт.

Ø Более эффективно используется дисковое пространство. За счет того, что FAT32 использует более мелкие кластеры (так, для дисков размером до 8 Гб используются кластеры размером по 4 Кб), что позволяет повысить эффективность использования дискового пространства на 10—15% по сравнению с FAT, а также снизить требования к ресурсам, необходимым для работы компьютера.

Ø Обеспечивается большая надежность. FAT32 обладает возможностью пе­ремещения корневого каталога и использования резервной копии FAT вместо стандартной копии по умолчанию. В дополнение, загрузочная за­пись на дисках FAT32 была расширена, и включает в свой состав резерв­ные копии наиболее важных структур данных. Это означает, что диски FAT32 менее чувствительны к одиночным сбоям, нежели тома FAT.

Ø Более быстрая загрузка программ. Благодаря тому, что FAT32 имеет меньшие размеры кластеров, приложения и необходимые для их загрузки файлы могут быть оптимальным образом размещены на диске.

Windows 2000 поддерживает тома FAT32, имеющие любой объем и созданные версиями Windows 9x. Однако система будет форматировать тома FAT32 толь­ко в том случае, если их объем не превышает максимального значения, со­ставляющего 32 Гб. Причиной этого ограничения являются ограничения по па­мяти, присущие таким утилитам восстановления, как Autochk. Вследствие этого ограничения Microsoft рекомендует форматировать тома, размер которых пре­вышает 32 Гб, с помощью файловой системы NTFS.

Преимущества NTFS.Файловая система Windows NT (NTFS) обеспечивает такое сочетание произ­водительности, надежности и эффективности, которое невозможно предос­тавить с помощью любой из реализации файловой системы FAT (как FAT16, так и FAT32). Основными целями разработки NTFS являлись обес­печение скоростного выполнения стандартных операций над файлами (вклю­чая чтение, запись, поиск) и предоставления дополнительных возможностей, включая восстановление поврежденной файловой системы на чрезвычайно больших дисках.

Кроме того, NTFS обладает механизмами защиты данных, необходимыми на файловых серверах и высокопроизводительных компьютерах в корпоратив­ных средах. Файловая система NTFS поддерживает контроль доступа к дан­ным и привилегии владельца, играющие исключительно важную роль в обеспечении целостности жизненно важных конфиденциальных данных. Разделяемые папки на компьютере Windows NT имеют назначенные им права доступа, папки и файлы NTFS могут иметь назначенные им права доступа вне зависимости от того, являются они разделяемыми или нет. NTFS — единственная файловая система в Windows NT, которая позволяет назначать права доступа к отдельным файлам. Однако, если файл будет ско­пирован из раздела или тома NTFS в раздел или том FAT, все права доступа и другие уникальные атрибуты, присущие файловой системе NTFS, будут потеряны.

Файловая система NTFS является простой, и одновременно — чрезвычайно мощной. Практически все объекты, которые имеются на томе, представляют собой файлы, а все, что имеется в файле, представляет собой атрибуты, включая атрибуты данных, атрибуты системы безопасности, атрибуты имени файла. Каждый занятый сектор на томе NTFS принадлежит какому-нибудь файлу. Частью файла являются даже метаданные файловой системы (ин­формация, которая представляет собой описание самой файловой системы).

В системах Windows 2000 используется NTFS версии 5.0, на базе которой реализованы новые функциональные возможности: квотирование диска, шифрование файлов и каталогов (EFS) и т. д. Эта файловая система не яв­ляется совместимой с предыдущими версиями Windows NT, поэтому если загрузить более раннюю версию операционной системы, то разделы NTFS 5.0

будут недоступны (для Windows NT 4.0 нужно ставить Service Pack 4). При установке Windows 2000 на уже существующий том с предыдущими версия­ми NTFS произойдет автоматическая конвертация до NTFS 5.0; возможна также конвертация и других томов NTFS.

Некоторые из возможностей, обеспечиваемых на сегодняшний день только файловой системой NTFS, перечислены ниже:

Ø NTFS обеспечивает широкий диапазон разрешений, в отличие от FAT, что дает возможность индивидуальной установки разрешений для кон­кретных файлов и каталогов. Это позволяет указать, какие пользователи и группы имеют доступ к файлу или папке и указать тип доступа.

Ø Встроенные средства восстановления данных; поэтому ситуации, когда пользователь должен запускать на томе NTFS программу восстановления диска, достаточно редки. Даже в случае краха системы NTFS имеет воз­можность автоматически восстановить непротиворечивость файловой си­стемы, используя журнал транзакций и информацию контрольных точек.

Ø Реализованная в виде В-деревьев структура папок файловой системы NTFS позволяет существенно ускорить доступ к файлам в папках боль­шого объема по сравнению со скоростью доступа к папкам такого же объема на томах FAT.

Ø NTFS позволяет осуществлять сжатие отдельных папок и файлов, можно читать сжатые файлы и писать в них без необходимости вызова програм­мы, производящей декомпрессию.

Рекомендации по использованию файловых систем.При установке Windows 2000, XP пользователю предлагается выбрать файловую систему для раздела, на который будет выполняться установка Windows NT, Принимая это решение, следует учитывать приведенные ниже рекомендации:

Ø Опцию FAT следует выбирать, если объем выбранного раздела жесткого диска не превышает 2 Гб, и при этом требуется обеспечить возможности доступа к файлам на этом разделе при загрузке компьютера под управле­нием таких операционных систем, как MS-DOS, Windows 3.x, Windows 95, и OS/2.

Ø Опцию FAT следует использовать и в том случае, когда необходимо обеспечить двойную загрузку компьютера с использованием Windows 2000 и таких операционных систем, как Windows 95 версии OSR2 или Win­dows 98, и при этом размер диска превышает 2 Гб. В этом случае диск будет отформатирован с использованием файловой системы FAT32.

Ø Опцию NTFS следует выбирать, если требуется в полной мере воспользо­ваться преимуществами, предоставляемыми системой безопасности Win­dows 2000 и файловой системы NTFS. В этом случае программа Setup от­форматирует жесткий диск с использованием файловой системы NTFS 5.0.

Выполнить преобразование файловой системы из формата FAT в формат NTFS можно в любое время после загрузки с помощью утилиты convert. Однако если требуется выполнить обратное преобразование (раздел NTFS преобразо-вать в раздел FAT), то необходимо выполнить резервное копирование всех файлов, отформатировать раздел заново (в результате чего все файлы будут уничтожены) и восстановить нужные файлы по резервной копии.

Ø В процессе запуска Windows 2000 на компьютерах х86 система выполняет поиск некоторых файлов, которые находятся в корневом каталоге жест­кого диска, содержащего системный раздел. Этот раздел может быть от­форматирован и как FAT, и какNTFS. Его размер должен быть доста­точным для того, чтобы разместить все нужные файлы, доступ к которым необходим при использовании конкретной файловой системы.

Ø На компьютерах с RISC-процессорами системный раздел должен быть отформатирован для использования FAT. Файловую систему NTFS мож­но использовать на загрузочном разделе, но в этом случае его размер должен быть достаточным для размещения всех системных компонентов Windows 2000.

Системный раздел содержит загрузочный сектор раздела (Partition Boot Sector) и другие файлы, необходимые для загрузки операционной системы, например, NTLDR (для компьютеров х86) или OSLOADER (для компьютеров на базе RISC-процессоров). В загрузочном разделе должна находиться папка с файлами операционной системы. Загрузочный и системный разделы могут как совпа­дать, так и не совпадать.

Нам важно ваше мнение! Был ли полезен опубликованный материал? Да | Нет