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:

РАБОТА С ФАЙЛОВОЙ СИСТЕМОЙ И ОБЪЕКТАМИ WINDOWS

Цель работы: изучение основных принципов работы с файловой системой и объектами Windows

Теоретические сведения

Работу в Windows каждый пользователь начинает так, как ему удобнее: с рабочего стола, на котором располагаются значки программ или их ярлыки, с кнопки Пуск, открывающей Главное меню, в котором содержатся программы и последние из созданных документов или непосредственно выбором нужного документа.

При работе в Windows пользователю приходится сталкиваться с окнами трех видов: программ, документов и диалоговыми окнами.

Рисунок 1.1- Рабочий стол и окна Windows:

1-ярлыки программ; 2- окно программы; 3- окно документа, созданного пользователем; 4- диалоговое окно; 5-кнопка Пуск; 6- панель задач.

Для работы со всеми объектами Windows: файлами, документами, папками, ярлыками, приложениями, дисками существуют программы Мой компьютериПроводник (Windows Explorer).Эти программы позволяют изучить справочную систему Windows.

Программа Мой компьютер в Windows 2000 запускается с рабочего стола, а в WindowsXP–из Главного меню.ПрограммаПроводник запускается из Главного меню или щелчком правой кнопки мыши по кнопке Пуск.

Рисунок 1.2 — Окно программы Мой компьютер

Рисунок 1.3 — Окно программы Проводник

Эти программы позволяют выполнять над объектами Windows следующие действия:

· просматривать содержимое дисков или папок;

· создавать новые папки или ярлыки;

· копировать, перемещать, переименовывать, удалять файлы и папки;

· запускать программы и просматривать содержимое файлов;

· получать информацию о свойствах объектов и наличии свободного места на диске.

Для работы с файловой системой многие пользователи дополнительно устанавливают программы, называемые файловыми менеджерами: Windows Commander, Total Commander, Far Manager. Эти программы позволяют более наглядно выполнять большинство перечисленных выше функций и обладают рядом возможностей, например, Windows CommanderиTotal Commander — встроенными архиваторами, Far Manager имитирует работу Norton Commander и MSDOS. О возможностях этих программ можно узнать, прочитав файл помощи Help, который вызывается нажатием клавиши F1.

Управление работой ведется с использованием команд меню, командной строки, которая находится в нижней части экрана, и функциональными клавишами:

F3 – просмотр выделенного файла;

F4 – редактирование выделенного файла;

F5 – копирование выделенного файла или папки;

F6 – перенос или перемещение выделенного файла или папки;

F7 – создание новой папки;

F8 – удаление выделенного объекта.

Рисунок 1.4 — Окно Windows Commander

Рисунок 1.5 — Окно Far Manager

Для работы в командной строке следует набрать команду MSDOS, например, для копирования файла с диска C: на диск D: copy C: And.for D: , для форматирования дискеты: format A: и др.

Объекты, удаленные программами Windows, помещаются в Корзину. Корзина представляет собой специальную папку, в которой временно хранятся удаляемые объекты. Если пользователь обнаружил, что удалил объект ошибочно, то в содержимом Корзины следует этот объект выделить и нажать кнопку Восстановить.

Порядок выполнения работы

1. Запустите Windows и ознакомьтесь с содержанием Рабочего стола.

2. Нажмите кнопку Пуски изучите Главное меню.

3. Запустите программуМой компьютер.

4. Вызовите и просмотрите Справку Windows.

5. Просмотрите содержимое дисков.

6. Создайте на одном из дисков папку и дайте ей название.

7. Создайте ярлык к папке и отправьте его на Рабочий стол.

8. Вызовите программу Проводник, создайте вторую папку и дайте ей название.

9. Поместите вторую папку в первую.

10.Изучите меню и функции программ Мой компьютериПроводник.

11.Вызовите программу Windows Commander и, нажав клавишу F1, просмотрите файл помощи (Help).

12.Просмотрите содержимое дискови найдите созданные Вами папки.

13.С помощьюWindows Commander переименуйте вторую папку.

14.Вызовите программу Far Manager и, нажав клавишу F1, просмотрите файл Помощь.

15. Просмотрите содержимое дисков и найдите созданные Вами папки.

16.Пользуясь клавишами Alt+Tab, перейдите в окно Windows Commander.

17.Изучите меню и функциональные клавиши программWindows CommanderиFar Manager.

18.Обратите внимание на объекты, находящиеся на Панели задач.

19.Удалите созданные Вами папки с помощьюWindows Commander, а ярлык — с помощью программы Проводник.

20.Закройте все окна и изучите содержание Корзины.

21.Выйдите из Windows и отключите компьютер.

Содержание отчета

2. Краткое описания хода выполнения лабораторной работы.

3. Письменные ответы на контрольные вопросы по указанию преподавателя.

1.4 Контрольные вопросы

1. Каково назначение Рабочего стола, Главного меню, Панели задач?

2. Какие значки расположены на Панели задач?

3. Каково назначение программ Мой компьютериПроводник?

4. Каковы общие свойства этих программ и в чем их отличие?

5. Каково назначение ярлыков?

6. Какие способы создания ярлыков Вам известны?

7. Как создать папку и ярлык с помощью программ Мой компьютериПроводник?

8. Что входит в понятие «объект Windows»?

9. Какими способами можно переименовать объект?

10. Как выполнить копирование объекта?

11. Как перенести объект из одной папки в другую?

12. Какими способами можно удалить объект?

13. Какими способами можно перейти из одного окна Windows в другое?

14. Что означает «свернуть окно» и «закрыть окно»?

15. Как упорядочить значки Рабочего стола?

16. Какие общие свойства имеют программыFar ManagerиWindows Commander?

17. В чем заключается отличие программFar ManagerиWindows Commander?

18. Каково назначение командной строки в программахFar Manager иWindows Commander?

19. Какие действия в программахFar ManagerиWindows Commander можно выполнять с помощью функциональных клавиш?

20. Как с помощьюFar ManagerиWindows Commanderпереименовать объект?

21. Как с помощьюFar ManagerиWindows Commanderперенести объект на другой диск?

22. Как восстановить ошибочно удаленный объект?