Файловая система ntfs

Что такое FAT32

Файловая система FAT32 является самой старой и опытной в истории компьютерных технологий. Ее путь начался с оригинальной 8-битной системы FAT в 1977 году, которая функционировала внутри автономного диска Microsoft Standalone Disk Basic-80. Он был запущен специально для Intel 8080 NCR 7200 в 1977/1978 году, работая терминалом ввода данных с 8-дюймовыми гибкими дисками.

После обсуждений о введении системы с учредителем Microsoft Биллом Гейтсом, код был написан первым наемным сотрудником компании Марком Макдональдом.

Основной задачей файловой системы FAT была работа с данными в операционной системе Microsoft 8080/Z80 на базе платформы MDOS/MIDAS, написанной Марком Макдональдом.

В дальнейшем FAT претерпела некоторые изменения, постепенно переходя от своего первоначального вида к FAT12, FAT16 и, наконец, FAT32, название которой теперь тесно ассоциируется с внешними накопителями.

Основным отличием FAT32 от ее предшественников является преодоление ограниченного объема доступной для хранения информации. 32-разрядная система была выпущена в августе 1995 года вместе с релизом Windows 95 и в своем обновленном варианте позволила увеличить верхние пределы размера файлов и хранилища данных до 4 Гб и 16 Тб.

Таким образом, FAT32 не предназначена для хранения больших объемов данных и установки тяжелых приложений. Именно по этой причине на жестких дисках используется файловая система NTFS, которая позволяет пользователям перестать думать о загружаемых объемах информации.

Резюмируя, система FAT32 идеально подойдет для хранения данных, объем которых не превышает 4 Гб, на любых съемных носителях. Ее популярность не ограничивается только компьютерной сферой. Она используется в игровых консолях, телевизорах с высокой четкостью изображения, DVD-проигрывателях, Blu-Ray плеерах и любых других устройствах с USB-портом. FAT32 поддерживают все версии Windows, Linux и MacOS.

Характеристика файловых систем

Файловых систем очень много, и при наличии должной заинтересованности вы можете попробовать несколько из них, а уже затем остановится на знакомых типах.

Однако, основные варианты файловых систем в основном сводятся к следующим:

  • NTFS (файловая система NT) — установленный по умолчанию способ хранения данных в разделах Windows. NTFS поддерживает протоколирование, большие размеры файлов, сжатие, длинные имена файлов, управление доступом и т. д. Если вы работаете в среде Windows, тогда можете использовать NTFS без лишних опасений. Linux также поддерживает этот тип хранения данных, а MacOS читает, но для работы требуются сторонние инструменты. Даже при отсутствии Windows это по-прежнему хороший выбор;

  • FAT32 (таблица размещения файлов 32) представляет собой тип хранения данных, который обычно предустановлен на USB-накопителе. Перед появлением NTFS это была основная файловая система Windows. FAT32 работает медленнее конкурентов, менее безопасен и имеет ограничение по 4 ГБ для каждого файла, но широко признан всеми основными операционными системами. Если вы будете использовать USB-накопитель в гетерогенной среде, при этом вам важна мобильность, то FAT32 — идеальный вариант;

  • exFAT (расширенная таблица распределения файлов) — это более новая версия FAT32. Она легкая, но не имеет протоколирования. Файловая система exFAT совместима с Microsoft и MacOS, но для Linux нужны дополнительные инструменты. Она не имеет ограничения на 4 ГБ для каждого файла, как FAT32;
  • HFS +. Иерархическая файловая система (HFS +) установлена по умолчанию в среде macOS. Если вы собираетесь использовать USB-накопитель в основном на таких устройствах, тогда смело выбирайте этот тип хранения данных. HFS + также можно использовать на Windows и Linux. Это идеальный выбор, если вам нужна файловая система, которую поддерживает несколько ОС;

  • EXT 2, 3 и 4. Расширенная файловая система является родной для Linux. Ее поддерживают другие операционные системы, как и в случае с HFS +, но это не самый лучший вариант. Используйте EXT 2, 3 и 4 только на компьютерах под управлением Linux.

NTFS: системный диск

Однако ограничения FAT32 не позволят эффективно использовать ее в современных вычислительных средах. Отсутствие контроля доступа – это одно, абсолютное отсутствие ведения журнала и каких-либо намеков на отказоустойчивость – это другое. Ограниченный размер файла также является огромным минусом. В результате Microsoft представила новую файловую систему, которую они назвали файловой системой новых технологий, или NTFS.

В NTFS есть все, чего не хватает FAT. Мощные параметры контроля доступа? Пожалуйста. Отказоустойчивость и ведение журнала? Получите. Мгновенное сжатие и шифрование отдельных файлов, папок и целых томов диска? Конечно. Альтернативные потоки данных, повышенные меры безопасности, резервное копирование самой файловой системы и важных системных файлов и многие другие функции… Начиная с его первоначального выпуска в 1994 году, NTFS получала все новые обновления, в том числе, повышающие ее совместимость. Ее великолепный дизайн и простая реализация по-прежнему не имеют аналогов среди других файловых систем даже сегодня. Она достаточно универсальна для использования даже на смартфонах начального уровня под управлением Windows Phone 8 и 8.1. Но, если это такая отличная файловая система, почему ее не используют все и везде?

Как вы могли ожидать, NTFS не лишена недостатков. Разработанная еще в 1994 году для серверных операций, эта файловая система всегда требовала большой вычислительной мощности для поддержания своих многочисленных структур. Ее системные записи быстро растут, занимают драгоценное пространство и добавляют дополнительную нагрузку на эти устройства хранения, использующие флэш-память NAND. Наконец, если использовать что-либо, кроме больших жестких дисков, ее накладные расходы окажутся слишком велики, поэтому всеобщее признание система пока так и не завоевала

И последнее, но не менее важное: NTFS запатентована Microsoft, которые не желают открывать лицензии на эту файловую систему конкурентам

FAT32: Очевидный выбор

FAT32 по-прежнему остается единственной файловой системой, используемой в Windows 98 или Windows ME. FAT32 фактически является файловой системой выбора для карт памяти SD до 32ГБ включительно. Наконец, FAT32 часто используется для форматирования USB-накопителей, в том числе емкостью 64ГБ и выше.

Старичок FAT32… Его основные ограничения хорошо известны. FAT32 поддерживает работу с файлами размером не более 4 ГБ. Если кажется, что для одного файла это много, вспомните о том, что один видеоролик в формате HD занимает от 4,5 до 10 ГБ, и сразу станет понятно, насколько данное ограничение существенно в современных реалиях. Его другие ограничения включают в себя отсутствие надежной поддержки, абсолютное отсутствие контроля доступа, отсутствия шифрования, сжатия или отказоустойчивости.

Иначе говоря, это совершенно простая и легкая файловая система, которая подходит практически для любой портативной электроники с низкой производительностью, такой как цифровые камеры и видеокамеры, простые смартфоны, MP3-плееры и аналогичные устройства. Из-за его почтенного возраста и широкой популярности в Windows с 1997 года FAT32 поддерживается практически всей техникой, включая холодильник и кофеварку. Другими словами, если вы хотите носить с собой одно съемное запоминающее устройство и быть уверенным, что его можно использовать с любым подключаемым модулем, FAT32 – то, что вам нужно.

Организация прав доступа в файловых системах

Определить права доступа к файлу — значит определить для каждого пользователя набор операций, которые он может применить к данному файлу. В разных файловых системах может быть определен свой список дифференцируемых операций доступа, который может включать следующие операции:

  1. Право чтения.
  2. Право записи.
  3. Право исполнения.
  4. Право удаления.
  5. Право копирования (чтение и создание).
  6. Право перемещения (удаление и создание).
  7. Право просмотра списков файлов.

В самом общем случае права доступа могут быть описаны матрицей прав доступа, в которой столбцы соответствуют всем файлам системы, строки — всем пользователям, а на пересечении строк и столбцов указываются разрешенные операци. В некоторых системах пользователи могут быть разделены на отдельные категории. Для всех пользователей одной категории определяются единые права доступа. Например, в системе UNIX все пользователи подразделяются на три категории: владельца файла, членов его группы и всех остальных.

Различают два основных подхода к определению прав доступа:

  1. избирательный доступ, когда для каждого файла и каждого пользователя сам владелец может определить допустимые операции;
  2. мандатный подход, когда система наделяет пользователя определенными правами по отношению к каждому разделяемому ресурсу (в данном случае файлу) в зависимости от того, к какой группе пользователь отнесен.

FAT (таблица размещения файлов)

 FAT (File Allocation Table) – таблица размещения файлов. В ней определено, какие участки диска относятся к каждому файлу.Область данных диска представлена в ОС как последовательность пронумерованных кластеров.

FAT – это массив элементов, адресующих кластеры области данных диска. Каждому кластеру области данных соответствует один элемент FAT. Элементы FAT служат в качестве цепочки ссылок на кластеры файла в области данных.

Структура таблицы размещения файлов:

FAT состоит из элементов длиной 16 /32/64 бита. Всего в таблице может быть до 65520 таких элементов, каждый из них (кроме первых двух) соответствует кластеру диска. Кластер является той единицей, в которой распределяется пространство в области данных на диске для файлов и каталогов. Первые два элемента таблицы (с номерами 0 и 1) зарезервированы, а каждый из остальных элементов таблицы описывает состояние кластера диска с тем же номером. Элемент может указывать, что кластер свободен, что кластер дефектный, что кластер принадлежит файлу и является последним кластером в файле. Если кластер принадлежит файлу  и не является его последним кластером, то элемент таблицы содержит номер следующего кластера в этом файле.

FAT – крайне важный элемент файловой структуры. Нарушения в FAT могут привести к полной или частичной потери информации на всем логическом диске. Именно поэтому, на диске хранится две копии FAT. Существуют специальные программы, которые контролируют состояние FAT и исправляют нарушения.
Для разных ОС необходимы разные версии FAT
Windows 95              FAT 16, FAT 32
Windows NT (XP)    NTFS
Novell Netware        TurboFAT
UNIX                            NFS,ReiserFS

Логическая структура носителя информации

Файловая система NTFS

NTFS — это более современная и технологичная файловая система, о чем говорит даже расшифровка аббревиатуры её названия -«new technology file system». Больше всего её любит операционная система Windows, что в общем и не удивительно — ведь и то, и другое, разработано компанией Microsoft.

Начиная с версии операционной системы от Microsoft под названием XP, в которой система NTFS впервые и стала стандартном, при установке Windows диалоговое окно обязательно попросит вас отформатировать системный раздел именно в эту файловую систему. На данный момент считается, что об ограничениях файловой системы NTFS вам, теоретически, не придётся беспокоиться ещё долгие годы.

Помимо отсутствия серьезных ограничений на размер файла и раздела, NTFS имеет несколько дополнительных преимуществ, таких как: поддержка прав доступа к файлам (для повышения безопасности данных), журналирование изменений (для восстановления файловой структуры в случае сбоя), шифрование, дисковые квоты, жёсткие ссылки, и другие современные функции, которые делают NTFS идеальной для системного диска.

Именно поэтому раздел вашего диска, на который установлена операционная система Windows, обязательно должен быть в отформатирован в NTFS. Если вы собираетесь устанавливать программы на другие разделы того же диска или другие жесткие диски, они также должны иметь соответствующую файловую систему.

К несчастью, NTFS не совместима с большинством других операционных систем, так как она была разработана под требования ОС Windows. С ней отлично работают все версии операционной системы от Microsoft начиная с XP и заканчивая последней на сегодняшний день Windows 10, но вот другие ОС имеют значительные ограничения при работе с ней.

К примеру, Mac OS может только считывать данные с дисков с файловой системой NTFS, но не может записывать на них. Некоторые редкие дистрибутивы линукса могут иметь возможность записи на диски с NTFS, но большинство всё же ограничены лишь чтением информации. Ни одна из версии Playstation не может работать с NTFS, так же как и Xbox 360 от Microsoft, и лишь новая Xbox One поддерживает эту файловую систему.

Совместимость NTFS

Эта файловая система отлично работает со всеми последними версиями операционной системы Windows начиная с XP, имеет ограничения на запись в Mac OS и Linux, и не работает с большинством других устройств, за исключением разве что Xbox One.

Ограничения NTFS

Ограничения на размер фалов или разделов в NTFS еще долго не должны упереться в рамки, так что можно сказать, что на данный момент их нет.

Применение NTFS

Использование этой файловой системы разумно только на жестких дисках и SSD, на которых установлена операционная система Windows, так как только лишь с ней этот формат раскрывает все свои преимущества.

Общие понятия

Назначение файловой системы — обеспечение интерфейса к данным на накопителях. Цель — организация хранения и доступа.

Состав файловой системы

  • Совокупность файлов.
  • Набор структур данных управления (каталоги, дескрипторы, таблицы).
  • Функции управления (создание объекта ФС, уничтожение, чтение, запись).

Каждый файл характеризуется своим уникальным именем. Чтобы упростить имена используются разрешения.

Для FAT16 правило 8.3: имя файла может состоять из 12 символов (8 — основная часть, и 3 символа расширения).

При копировании в файловой системе файлов производится преобразование имен.

Путь в файловой системе — для однозначной идентификации объекта.

Типы файлов

  • Текстовые.
  • Двоичные.
  • Специальные (связанные с аппаратными устройствами).
  • Файлы, через которые описываются каталоги (директор).

Атрибуты файлов

  • Системные.
  • Архивные.
  • Только для чтения.
  • Скрытые.
  • Время создания
  • Временные

Типы иерархической структуры

  • Дерево: узлы — объекты файловой системы, показана их вложенность; корень — точка, в которой начинается файловая система.
  • Сеть: в отличие от дерева один объект может присутствовать в разных директориях.

С понятием файловые системы связаны следующие технологии:

Разделы

Любой жесткий или магнитооптический диск в процессе форматирования можно разделить на несколько частей и работать с ними как с отдельными (самостоятельными) дисками. Эти части называются разделами или логическими дисками. Разбиение диска на несколько логических дисков может быть необходимо из-за того, что ОС не могут работать с дисками, размер которых превышает определенную величину.  Очень удобно хранить данные и пользовательские программы отдельно от системных программ (ОС), ведь ОС может «слететь с компьютера».

Раздел – область диска. Под логическим диском(разделом) в компьютере понимается любой носитель информации, с которым операционная система работает как с единым целым объектом.  

Имя диска – обозначение логического диска; запись в корневом каталоге.

Логические диски (разделы)  обозначаются латинскими буквами A, B, C, D, E, … (32 буквы от A до Z).

Буквы A, B зарезервированы для обозначения дискет.

С – жесткий диск, обычно с которого производится загрузка ОС.

Остальные буквы – логические диски, компакт-диски и т.д.  Максимальное количество логических дисков для ОС Windows – бесконечное.

В таблице разделов указывается расположение начала и конца этого раздела и число секторов в этом разделе (место и размер).

Сравнение основных видов файловых систем

Давайте теперь вкратце разберем недостатки и достоинства основных файловых систем.

Файловая система Характеристика Совместимость с операционной системой Достоинства Недостатки Идеальный вариант использования
exFAT (расширенная таблица распределения файлов) Предназначена для преодоления ограничений файловой системы FAT32. Хотя все остальное похоже на предыдущий тип хранения данных, максимальный размер файла при использовании exFAT составляет 16 ЕБ, а максимальный объем — 24 ЗБ (2.4E+13 ГБ) Windows XP, Windows 7/8/10 / Vista, Mac OS X, Linux (с использованием FUSE) Меньшие ограничения касательно размера файла в сравнении с FAT32 Снижение производительности в случае использования больших файлов USB, флеш-накопители или другие внешние устройства хранения данных размером более 4 ГБ
FAT32 (таблица распределения файлов) Наиболее совместимая файловая система. У нее есть свои ограничения, поскольку FAT32 поддерживает лишь файлы размером меньше 4 ГБ и объем не больше 8 ТБ. Производительность замедляется в том случае, если на одном томе имеется большое количество данных. Именно поэтому FAT32 подходит для устройств хранения с меньшим пространством и где требуется кросс-платформенная совместимость Windows XP, Windows 7/8/10 / Vista, Mac OS Leopard, Mac OS X, Linux, PlayStation 3, Xbox Кросс-платформенная совместимость, небольшой вес Ограниченный размер файла и раздела, ухудшенная производительность при работе с большим массивом данных Сменные накопители
NTFS (новая файловая система) Лучшая файловая система, когда дело доходит до производительности и безопасности. Поскольку это собственность Microsoft, то совместимости со всеми операционными системами ждать не стоит. Mac OSX и Linux читают разделы NTFS, но не могут изменять или записывать какие-либо данные. Максимальный размер файла, который можно хранить в этой системе, составляет 16 ЕБ, как и максимальный объем Windows NT, Windows XP, Windows 7/8/10/Vista, Linux (только для чтения), Mac (только для чтения) Безопасность, производительность, скорость Путь к файлу ограничен 255 символами, несовместима с другими основными операционными системами, отличными от Windows Чтобы обеспечить необходимую производительность и безопасность лучше остановится на Windows

Большинство этих файловых систем работают с несколькими операционными системами, как Windows, macOS, Linux и т.д. Обычно пользователи не ограничиваются только одним типом хранения данных. Если вы не располагаете большими рабочими файлами, тогда можете выбирать среди множества вариантов. Их количество возрастает, если скорость передачи не является приоритетом.

Ссылка на основную публикацию