Особливості файлових систем FAT32, NTFS та exFAT. Файлова система fat

Предмет: Операційні системи.
Запитання: №7

—————————————————————

Файлова система – це набір специфікацій і відповідне їм програмне забезпечення, які відповідають за створення, знищення, організацію, читання, запис, модифікацію та переміщення файлової інформації, а також за управління доступом до файлів та управління ресурсами, які використовуються файлами.

Існує три версії FAT - FAT-12, FAT-16 та FAT-32. Вони відрізняються кількістю біт, відведених для зберігання номера кластера. FAT-12 застосовується переважно для дискет, FAT-16 - для дисків малого об'єму.

—————————————————————

FAT 16 — таблиця розташування файлів (File Allocation Table) :

Файлова система FAT16 була розроблена ще до створення MS DOS і в даний час підтримується всіма операційними системами Microsoft для забезпечення сумісності.

Її назва відмінно відбиває організацію файлової системи.

Основні характеристики файлової системи:

§ Максимальний розмір тома, що підтримується (жорсткого диска або його розділу) = 4095 Мбайт. У період експлуатації MS DOS 4 гігабайтні диски здавалися нездійсненною мрією.
§ Том відформатований для використання FAT16, поділяється на кластери. Розмір кластера за замовчуванням залежить від розміру тома і може коливатися від 512 до 64 Кбайт.

Не рекомендується застосовувати файлову систему FAT16 на томах розміром більше 511 Мбайт, оскільки для відносно невеликих за обсягом файлів дисковий простір буде використовуватися вкрай неефективно: файл розміром 1 байт бу-

буде займати 64 Кбайт. Незалежно від розміру кластера, файлова система FAT16 не підтримується для томів розміром більше 4 Гбайт.

Перший сектор тому є завантажувальним сектором. Далі за ним йдуть таблиці FAT1 та FAT2.

Таблиця FAT- Це частина файлової системи FAT. Вона містить елементи, що описують стани кластерів у томі.

FAT2 є копією FAT1.

При використанні файлової системи FAT16 за другою копією таблиці FAT завжди розміщується кореневий каталог. Єдиною різницею між кореневим каталогом та іншими є те, що кореневий розташовується в певному місці і має фіксоване число входжень. Кожен каталог і файл використовують одне чи більше входжень. Наприклад: якщо кількість фіксованих входжень для кореневого каталогу дорівнює 512 і створено 100 підкаталогів, у кореневому каталозі можна створити трохи більше 412 файлів (512–100).

Для кожного файлу та каталогу у файловій системі зберігатиметься інформація відповідно до структури:

Кожен елемент каталогу містить номер початкового кластера файлу, який описує цей елемент. Цей номер є покажчиком в FAT, де міститься інформація про інші кластери файлу, організована в зв'язковий список.

У FAT16 кластери можуть мати різне значення:

(0)000h вільний кластер,

(F)FF0h–(F)FF6h зарезервований,

(F)FF7h дефектний кластер,

(F)FF8h – (F)FFFh кінець файлу,

(0)002h–(F)FEFh номер наступного кластера файлу.

Розташування файлів за кластерами показане вище: папці розташовані три файли; перший з них - File1 - займає три кластери (файл не фрагментований, кластери 2, 3 і 4 розташовані послідовно); другий файл - File2 - фрагментований і розташовується в кластерах 5, 6 та 8; третій – File3 – займає лише один кластер. Входження для кожного файлу містить адресу початкового кластера (2, 5 і 7 відповідно).

Останній кластер кожного файлу (4, 8 та 7) як адреса наступного кластера містить значення FFFF, що вказує на те, що це останній кластер для цього файлу.

Оскільки всі входження мають однаковий обсяг інформаційного блоку, вони різняться по байту атрибутів. Один з бітів у даному байті може вказувати, що це каталог, інший – що це мітка тому. Для користувачів доступні чотири біти, що дозволяють керувати атрибутами файлу: архівний (archive), системний (system), прихований (hidden), доступний лише читання (read-only).

—————————————————————

ПеревагиFAT16:

1.) файлова система підтримується операційними системами MS DOS, Windows 95, Windows 98, Windows NT, Windows 2000, а також деякими операційними системами UNIX;

2.) існує велика кількість програм, що дозволяють виправляти помилки в цій файловій системі та відновлювати дані;

3.) у разі виникнення проблем із завантаженням з жорсткого диска система може бути завантажена з флоппі-диска;

4.) дана файлова система досить ефективна для томів обсягом менше 256 Мбайт.

—————————————————————

Основні недолікиFAT16:

1.) кореневий каталог не може містити більше 512 елементів. Використання довгих імен файлів значно скорочує кількість цих елементів;

2.) FAT16 підтримує не більше 65536 кластерів, а так як деякі кластери зарезервовані операційною системою, то число доступних кластерів становить 65524. Кожен кластер має фіксований розмір для даного логічного пристрою. При досягненні максимального числа кластерів з максимальним розміром в 32 кілобайти максимальний об'єм тома, що підтримується, обмежується 4-гігабайтами під керуванням Windows 2000. Для підтримки сумісності з MS DOS, Windows 95 і Windows 98 об'єм тома під FAT16 не повинен перевищувати 2 Гбайт;

3.) не підтримується резервна копія завантажувального сектора;

4.) у FAT16 не підтримується вбудований захист файлів та їх стиснення;

5.) на дисках великого об'єму втрачається багато місця за рахунок того, що використовується максимальний розмір кластера. Місце під файл виділяється виходячи з розміру файлу, а кластера.

—————————————————————

FAT32 - також таблиця розташування файлів (File Allocation Table):

У версії Microsoft Windows 95 OEM Service Release 2 (OSR2) у Windows з'явилася підтримка 32-бітної FAT. Для систем з урахуванням Windows NT цю файлову систему вперше стала підтримуватися в Microsoft Windows 2000.

FAT32 здатна обслуговувати томи об'ємом до 4 Тбайт. Розмір кластера FAT32 може змінюватися від 1 (512 байт) до 64 секторів (32 Кбайт).

Для зберігання значень кластерів FAT32 потрібно 4 байти (32 біт, а не 16, як у FAT16). Це означає, зокрема, що деякі

торі файлові утиліти, розраховані на FAT16, не можуть працювати з FAT32.

Основною відмінністю FAT32 від FAT16:

є зміна розміру логічного розділу диска. При цьому якщо при вико-

ванні FAT16 з 2-гігабайтними дисками був потрібний кластер розміром в 32 Кбайт, то в FAT32 кластер розміром в 4 Кбайт підходить для дисків об'ємом від 512 Мбайт до 8 Гбайт. Це, відповідно, більш ефективне використання дискового простору – чим менше кластер, тим менше місця потрібно для зберігання файлу і, як наслідок, диск рідше стає фрагментованим.

FAT32 дозволяє збільшити максимальну кількість входження в кореневий каталог до 65535.

FAT32 накладає обмеження на мінімальний розмір тому – не менше 65 527 кластерів. При цьому розмір кластера не може бути таким, при якому FAT займала б більше 16 Мбайт - 64 Кбайт/4 або 4 млн. кластерів.

—————————————————————

ПеревагиFAT32:

1.) виділення дискового простору виконується ефективніше, особливо у дисків великого обсягу;

2.) кореневий каталог в FAT32 є звичайним ланцюжком кластерів і може знаходитися в будь-якому місці диска;

3.) за рахунок використання кластерів меншого розміру (4 Кбайт на дисках об'ємом до 8 Гбайт) зайнятий дисковий простір зазвичай на 10-15% менше, ніж під FAT16;

4.) FAT32 є більш надійною файловою системою. Зокрема, вона підтримує можливість переміщення кореневого каталогу та використання резервної копії FAT. Крім того, завантажувальний запис містить низку критичних для файлової системи даних.

—————————————————————

Основні недолікиFAT32:

1.) розмір тома під час використання FAT32 під Windows 2000 обмежений 32 Гбайт;

2.) томи FAT32 недоступні з багатьох операційних систем, які підтримують FAT;

3.) не підтримується резервна копія завантажувального сектора;

4.) у FAT32 не підтримується вбудований захист файлів та їх стиснення.

—————————————————————

Файлова системаNTFS (New Technology File System).

Характеризується рядом значних удосконалень та змін, які істотно відрізняються від інших файлових систем. З погляду користувача файлу також зберігаються в каталогах. Однак у NTFS, на відміну від FAT, робота на дисках більшого обсягу відбувається набагато ефективніше.

p align="justify"> Особлива увага (при проектуванні) було звернено на такі характеристики:

1.) надійність. є ключовим елементом структури та поведінки NTFS. Одним із способів збільшення надійності є введення механізму транзакцій, при якому здійснюється журналуванняфайлових операцій;

2.) розширену функціональність . NTFS проектувалась з урахуванням можливого розширення. У ній було реалізовано багато додаткових можливостей: удосконалена відмовостійкість; емуляція інших файлових систем; потужна модель безпеки; паралельна обробка потоків даних; створення файлових атрибутів, що визначаються користувачем;

3.) підтримку платформно-незалежного системного інтерфейсу для комп'ютерного оточення POSIX(Portable Operating System Interface for Computer Environments). Оскільки уряд США вимагав, щоб всі системи, що закуповуються ним, хоча б мінімальною мірою відповідали стандарту POSIX, така можливість була передбачена і в NTFS.

До базових засобів файлової системи POSIX відноситься необов'язкове використання імен файлів з урахуванням регістру, зберігання часу останнього звернення до файлу і механізм так званих «жорстких посилань» (альтернативних імен, що дозволяють посилатися на один і той же файл по двох і більше імен);

4.) гнучкість. Модель розподілу дискового простору в NTFS відрізняється надзвичайною гнучкістю. Розмір кластера може змінюватись від 512 байт до 64 Кбайт; він є числом, кратне внутрішньому кванту розподілу дискового простору. NTFS також підтримує довгі імена файлів, набір символів Unicode та альтернативні імена формату 8.3 для сумісності з FAT.

Як і при використанні FAT, основною інформаційною одиницею NTFS є кластер.

Теоретично NTFS підтримує томи з числом кластерів до 2 32 , проте крім відсутності жорстких дисків такого обсягу існують інші обмеження на максимальний розмір тома. Одним із таких обмежень є таблиця розділів. Індустріальні стандарти обмежують розмір таблиці розділів 232 секторами. Іншим обмеженням є розмір сектора, який зазвичай дорівнює 512 байтам. Оскільки розмір сектора може змінитись у майбутньому, поточний розмір дає обмеження на розмір одного тому – 2 Тбайт (2 32 × 512 байт = 241). Таким чином, розмір тома 2 Тбайт є практичною межею для фізичних і логічних томів NTFS.

—————————————————————

Керування доступом до файлів та каталогів:

Використовуючи томи NTFS, можна встановлювати права доступу до файлів і каталогів. Ці права доступу вказують, які користувачі та групи мають доступ до них та який рівень доступу. Під NTFS можна встановлювати дозволи на віддалений доступ, які поєднуються з дозволами на доступ до файлів та каталогів. У версії NTFS, що використовується в Windows 2000, з'явився новий тип дозволу на доступ - успадковані рішення.

——————————————

Стиснення файлів та каталогів:

Windows 2000 підтримує стиснення файлів і каталогів, розташованих на NTFS-томах. Стислі файли доступні для читання та запису будь-якими програмами Windows. Для цього немає необхідності в їхньому попередньому розпакуванні. Використовуваний алгоритм стиснення

схожий з тим, який використовується в Double-Space (MS DOS 6.0) і DriveSpace (MS DOS 6.22), але має одну істотну відмінність - під керуванням MS DOS виконується стиснення цілого первинного розділу або логічного пристрою, тоді як під NTFS можна пакувати окремі файли та каталоги.

Алгоритм стиснення NTFS розроблено з урахуванням підтримки кластерів розміром до 4 Кбайт. Якщо розмір кластера більше 4 Кбайт, функції стиснення NTFS стають недоступними.

—————————————————————

СамовідновленняNTFS:

Файлова система NTFS має здатність самовідновлення і може підтримувати свою цілісність за рахунок використання протоколу виконуваних дій та інших механізмів. NTFS розглядає кожну операцію, що модифікує системні файли на NTFS-томах, як транзакцію і зберігає інформацію про таку транзакцію в протоколі. Почата транзакція може бути повністю завершена (commit), або відкочується (rollback). В останньому випадку NTFS тому повертається в стан, що передує початку транзакції.

При формуванні файлової системи NTFS програма форматування створює файл MFT (Master File Table) та інші області зберігання метаданих. Метадані використовуються NTFS для реалізації файлової структури.

—————————————————————

Можливості файлової системи NTFS з обмеження доступу до файлів і каталогів:

Завдяки наявності механізму розширених атрибутів в NTFS реалізовані обмеження в доступі до файлів і каталогів. Ці додаткові атрибути, використані для обмеження доступу до файлових об'єктів, назвали атрибутами безпеки. При кожному зверненні до такого об'єкта порівнюється спеціальний список дискреційних прав доступу, приписаний йому, зі спеціальним системним ідентифікатором, який несе інформацію про ім'я користувача, що здійснює запит до файлу або каталогу. Якщо є у списку необхідний дозвіл, то дія виконується, інакше система повідомляє про відмову.

Файлова система NTFS має так звані індивідуальні дозволи, які можуть бути приписані будь-якому файлу та/або каталогу: Read(прочитати),Write(записати),eXecute(виконати),Delete(видалити),ChangePermissions(змінити дозволи)і Take Ow-nership(Стати власником).

Відповідні дозволи можна виконувати лише у випадках, коли для користувача або групи, до якої він належить, є однойменний дозвіл.

Існує три важливі правила, які допоможуть визначити стан прав доступу під час переміщення або копіювання об'єктів NTFS:

1) при переміщенні файлів у межах розділу NTFS зберігаються вихідні права доступу;

2) при виконанні інших операцій (створенні чи копіюванні файлів, а також їх переміщенні між розділами NTFS) успадковуються права доступу батьківського каталогу;

3) при переміщенні файлів з розділу NTFS до розділу FAT всі права NTFS втрачаються.

Немає схожих постів...

До виникнення операційної системи Microsoft Windows NT у користувачів персональних комп'ютерів рідко виникала проблема вибору файлової системи. Усі власники операційних систем (ОС) MS-DOS і Microsoft Windows застосовували один із різновидів файлової системи з назвою FAT (FAT-12, FAT-16 або FAT-32).

Тепер ситуація змінилася. Встановлюючи ОС Microsoft Windows NT/2000/XP, при форматуванні диска Вам необхідно зробити вибір між трьома файловими системами – FAT-16, FAT-32 чи NTFS.

У цій статті ми розповімо про внутрішній пристрій перелічених файлових систем, розглянемо властиві їм недоліки та переваги. Озброївшись цими знаннями, Ви зможете зробити усвідомлений вибір на користь тієї чи іншої файлової системи для Microsoft Windows.

Коротко про файлову систему FAT

Файлова система FAT з'явилася на зорі розвитку персональних комп'ютерів і спочатку призначалася для зберігання файлів на дискетах.

Інформація зберігається на дисках та дискетах порціями, у секторах розміром 512 байт. Весь простір дискети поділялося області фіксованої довжини, звані кластерами. Кластер може містити один або більше секторів.

Кожен файл займає один або кілька кластерів, можливо несуміжних. Назви файлів та інша інформація про файли, такі як розмір та дата створення, розміщуються в початковій області дискети, виділеної для кореневого каталогу.

Крім кореневого каталогу, у файловій системі FAT можуть створюватися інші каталоги. Разом з кореневим каталогом вони утворюють дерево каталогів, що містять інформацію про файли та каталоги. Що ж до розташування кластерів файлу на диску, то ця інформація зберігається в початковій області дискети, званої таблицею розміщення файлів (File Allocation Table, FAT).

Для кожного кластера в таблиці FAT є свій індивідуальний осередок, в якому зберігається інформація про те, як цей кластер використовується. Таким чином, таблиця розміщення файлів – це масив, що містить інформацію про кластери. Розмір цього масиву визначається загальною кількістю кластерів на диску.

У каталозі зберігається номер першого кластера, розподіленого файлу або вкладеного каталогу. Номери інших кластерів можна знайти з допомогою таблиці розміщення файлів FAT.

Під час створення формату таблиці FAT стояло завдання економії місця, т.к. дискета має дуже невеликий об'єм (від 180 Кбайт до 244 Мбайт). Тому для зберігання номерів кластера було відведено лише 12 двійкових розрядів. В результаті таблицю FAT вдалося запакувати так щільно, що вона займала лише один сектор дискети.

Таблиця FAT містить критично важливу інформацію про розташування каталогів та файлів. Якщо в результаті збою апаратури, програмного забезпечення або шкідливого впливу вірусів таблиця FAT виявиться пошкодженою, доступ до файлів та каталогів буде втрачено. Тому для підстрахування на диску зазвичай створюються дві копії таблиці FAT.

Різні версії FAT

Після появи жорстких дисків великого об'єму (на той час великими вважалися диски розміром 10-20 Мбайт) кількість кластерів збільшилася, і 12 розрядів стало замало зберігання їх номерів. Було розроблено новий 16-розрядний формат таблиці розміщення файлів, де для зберігання номера одного кластера виділялося два байти. Стара файлова система, розроблена для дискет, стала називатися FAT-12, а нова – FAT-16.

Збільшена у розмірах таблиця FAT-16 перестала поміщатися в одному секторі, проте при великих обсягах диска цей недолік не відігравав суттєвої ролі. Як і раніше, для страховки на диску зберігалося дві копії таблиці FAT.

Однак коли об'єм диска почав вимірюватися в сотнях Мбайт і навіть у гігабайтах, файлова система FAT-16 знову стала неефективною. Щоб номери кластерів містилися у 16 розрядів, при форматуванні дисків великого обсягу доводиться збільшувати розмір кластера до 16 Кбайт і більше. Це викликало проблеми при необхідності зберігання на диску великої кількості дрібних файлів. Так як простір для зберігання файлів виділяється кластерами, навіть для маленького файлу доводиться відводити дуже багато дискової пам'яті.

В результаті була зроблена ще одна, мабуть, остання спроба вдосконалення файлової системи FAT - розмір комірки таблиці розміщення файлів був збільшений до 32. Це дозволило форматувати диски розміром сотні Мбайт і одиниці Гбайт з використанням відносно невеликого розміру кластера. Нова файлова система стала називатися FAT-32.

Стандарт 8.3

До появи ОС Microsoft Windows 95 користувачі персональних комп'ютерів були змушені використовувати для іменування файлів вельми незручний стандарт 8.3, в якому ім'я файлу мало складатися з 8 символів плюс 3 символи розширення. Це обмеження накладалося як програмним інтерфейсом операційної системи MS-DOS, а й структурою запису каталогу файлової системи FAT.

Після модифікації структури записів каталогу обмеження кількості символів в імені файлу було практично знято. Тепер довжина імені файлу може сягати 255 символів, що, очевидно, досить у більшості випадків. Однак така модифікована файлова система FAT стала несумісною з операційною системою MS-DOS, а також з оболонкою Microsoft Windows версій 3.1 і 3.11, що працює в її середовищі.

Детальніше про формати внутрішніх структур FAT Ви можете прочитати у нашій статті "Відновлення даних у розділах FAT", опублікованих на цьому сайті.

Обмеження файлової системи FAT

Приймаючи рішення про використання файлової системи FAT для форматування диска, слід враховувати властиві обмеження. Ці обмеження стосуються, перш за все, максимального розміру диска FAT, а також максимального розміру файлу на цьому диску.

Максимальний розмір логічного диска FAT-16 складає 4 Гбайт, що дуже мало за сучасними поняттями. Компанія Microsoft, однак, не рекомендує створювати диски FAT-16 розміром понад 200 Мбайт, т.к. при цьому дисковий простір використовуватиметься дуже неефективно.

Теоретично максимальний розмір диска FAT-32 може становити 8 Тбайт, що має вистачити для розгортання будь-яких сучасних програм. Це значення виходить шляхом перемноження максимальної кількості кластерів (268435445) на максимальний розмір кластера, допустимий в FAT-32 (32 Кбайт).

Однак на практиці ситуація виглядає дещо по-іншому.

Через внутрішні обмеження утиліта ScanDisk в ОС Microsoft 95/98 не здатна працювати з дисками, що перевищують за своїм обсягом значення 127.53 Гбайт. Ще рік тому таке обмеження не викликало б проблем, проте сьогодні на ринку вже з'явилися недорогі диски об'ємом 160 Гбайт, і скоро їх буде ще більшим.

Що ж до нових операційних систем Microsoft Windows 2000/XP, то вони не здатні створювати розділи FAT-32 з об'ємом, що перевищує 32 Гбайт. Якщо вам потрібні розділи такого чи більшого обсягу, компанія Microsoft запропонує використовувати файлову систему NTFS.

Інше суттєве обмеження FAT-32 накладається на розмір файлів – він не може перевищувати 4 Гбайт. Це обмеження позначатиметься, наприклад, під час запису на диск відеофрагментів або створення об'ємних файлів баз даних.

У каталозі FAT-32 може зберігати трохи більше 65534 файлів.

Недоліки FAT

Крім розглянутих вище обмежень, файлової системи FAT притаманні інші недоліки. Найбільш суттєвими, мабуть, є повна відсутність засобів розмежування доступу, а також можливість втрати інформації про розміщення файлів після руйнування досить компактної таблиці FAT та її копії.

Завантаживши комп'ютер із системної дискети, зловмисник легко отримає доступ до будь-яких файлів, що зберігаються на дисках із файловою системою FAT. Йому не важко скопіювати потім ці файли на пристрій ZIP або будь-який інший зовнішній носій даних.

У разі використання FAT на дисках сервера неможливо забезпечити надійне та гнучке розмежування доступу користувачів до каталогів. Саме тому, а також через свою низьку стійкість до збоїв, FAT зазвичай не використовується на серверах.

Наявність компактних таблиць розміщення файлів FAT робить цю файлову систему вразливою мішенню для комп'ютерних вірусів – достатньо знищити початковий фрагмент диска FAT, і майже всі дані будуть втрачені.

Файлова система NTFS

Сучасна файлова система NTFS, розроблена компанією Microsoft для своєї операційної системи Microsoft Windows NT, позбавлена обмежень та недоліків FAT. З моменту свого виникнення файлова система NTFS, що розвивається, зазнала кількох удосконалень, останні з яких (на момент створення цієї статті) були зроблені в ОС Microsoft Windows XP.

У файловій системі NTFS всі атрибути файлів (ім'я, розмір, розташування екстентів файлу на диску тощо) зберігаються в прихованому системному файлі $MFT. На зберігання інформації про кожен файл (і каталог) у $MFT відводиться від одного до декількох Кбайт. При великій кількості файлів, що зберігаються на диску, обсяг $MFT може досягати десятків або навіть сотень Мбайт.

Файли невеликого розміру (близько сотень байт) зберігаються у $MFT, що значно прискорює доступом до них.

Зауважимо, однак, що накладні витрати NTFS на зберігання системної інформації, хоч і перевищують накладні витрати FAT, все ж таки не дуже великі в порівнянні з обсягом сучасних дисків. Через те, що файл $MFT зазвичай знаходиться ближче до середини диска, руйнування перших доріжок диска NTFS не призводить до таких фатальних наслідків, як руйнування початкових областей диска FAT.

Файлова система NTFS має численні можливості, відсутні в FAT. Вони дозволяють досягти набагато більшої гнучкості, надійності та захищеності в порівнянні з FAT.

Перерахуємо деякі найцікавіші можливості NTFS сучасних версій.

Засоби розмежування доступу

Засоби розмежування доступу NTFS є досить гнучкими і дозволяють керувати доступом на рівні окремих файлів і каталогів, надаючи (або блокуючи) доступ до них окремим користувачам або групам користувачів.

Хоча на перший погляд може здатися, що засоби розмежування доступу потрібні тільки для файлових серверів, вони будуть потрібні й у тому випадку, якщо до комп'ютера є кілька користувачів.

Шифрування файлів

Зазначені вище засоби розмежування доступу виявляться марними, якщо фізичний диск NTFS потрапить до рук зловмисника. З використанням сучасних утиліт вміст такого диска може бути без особливих зусиль прочитаний в середовищі будь-якої операційної системи - DOS, Microsoft Windows або Linux.

З метою убезпечити фали користувачів від несанкціонованого доступу, в операційних системах Microsoft Windows 2000/XP передбачено додаткове шифрування файлів, що зберігаються у розділах NTFS. І хоча стійкість такого шифрування, можливо, не надто висока, вона цілком достатня у більшості випадків.

Програмний дисковий масив RAID

Засобами NTFS можна створити про програмний масив RAID 1 (Mirrored set). Цей масив, що складається з двох фізичних чи логічних дисків однакового об'єму, дозволяє дублювати (або, як ще кажуть, "дзеркалювати") файли.

Такий масив може зберегти Ваші файли у разі фізичної поломки одного з дисків, що складають масив, тому часто застосовується для збільшення надійності дискової системи.

Набори Volume Set

Файлова система NTFS дозволяє об'єднати до одного логічного тома кілька розділів, розміщених одному чи кількох фізичних дисках. Це може знадобитися, наприклад, для зберігання файлів баз даних великого розміру, які не розміщуються на одному фізичному диску, або для створення каталогу з сумарним обсягом файлів, що перевищує розміри фізичного диска.

Набори, створені з кількох розділів чи фізичних дисків, називаються Volume Set (у термінології ОС Microsoft Windows NT) чи Spanned Volume (у термінології ОС Windows 2000/XP).

Упаковка файлів

Для збереження дискового простору можна використовувати здатність NTFS упаковувати (стискати) файли. Крім цього NTFS дозволяє створювати так звані розріджені (sparse) файли, які містять області нульових даних. Такі файли можуть мати великий обсяг, але при цьому займати мало місця на диску, оскільки фактично зберігаються лише байти файлу.

Зауважимо, що упаковка файлів призведе до деякого уповільнення роботи. Ця обставина, однак, матиме значення далеко не завжди. Наприклад, офісні документи можна упаковувати без помітного зниження швидкості роботи, а про файли баз даних, до яких одночасно звертається велика кількість користувачів, цього не можна сказати. З урахуванням появи на ринку щодо недорогих дисків величезного обсягу засобу упаковки потрібно використовувати лише тоді, коли вони справді необхідні. Це, однак, стосується інших можливостей NTFS.

Багатопотокові файли

За необхідності, в одному файлі, записаному на диску NTFS, можна зберігати кілька потоків інформації. Це дозволяє, зокрема, постачати файли документів додатковою інформацією, зберігати в одному файлі кілька версій документів (наприклад, різними мовами), зберігати в окремих потоках одного файлу програмний код і дані тощо.

Жорсткі зв'язки

Жорсткі зв'язки (hard links) дозволяють призначати одного фізичного файлу кілька різних імен, маючи ці імена (тобто посилання файл) у різних каталогах. При видаленні зв'язку не видаляється сам файл. Тільки коли всі зв'язки файлу будуть знищені, буде видалено і сам файл.

Зауважимо, що подібні можливості характерні для файлових систем, що застосовуються в Unix-подібних ОС, наприклад, Linux, FreeBSD і т.д.

Точки перевизначення

Такі системні об'єкти NTFS, як точки перевизначення (reparse points), дозволяють перевизначити будь-який файл або каталог. При цьому, наприклад, перевизначені файли або каталоги, що рідко використовуються, фактично можуть зберігатися на магнітній стрічці, завантажуючись на диск тільки при необхідності.

Переходи

Користуючись переходами NTFS, можна змонтувати в каталог диска інший жорсткий або компакт-диск. Ця можливість спочатку існувала у файлових системах Unix-подібних ОС.

Квотування дискового простору

Файлова система NTFS, використана в ОС Microsoft Windows 2000/XP, дозволяє квотувати або обмежувати дисковий простір, що надається в розпорядження користувачів. Така можливість особливо корисна під час створення файлових серверів.

Ведення журналу змін

У процесі роботи операційна система виконує різні дії над файлами (створення, зміна, видалення). Усі такі зміни зберігаються у спеціальному журналі, створеному на томі NTFS, і можуть використовуватись програмами резервного копіювання, системами індексації тощо. Протоколування змін підвищує надійність файлової системи, дозволяючи часом продовжити роботу після некритичних відмов операційної системи та устаткування. Хоча, звичайно, більшість серйозних збоїв призводить до необхідності відновлювати дані із резервної копії або із застосуванням спеціальних утиліт відновлення даних.

Обмеження NTFS

Незважаючи на велику кількість можливостей, файловій системі NTFS також притаманні деякі обмеження. Втім, у більшості випадків вони не відіграють суттєвої ролі.

Максимальний розмір логічного диска NTFS становить приблизно 18446744 Тбайт, що, очевидно, достатньо для всіх сучасних додатків, а також додатків, які з'являться в найближчому майбутньому. Максимальний розмір файлу ще більший, так що це обмеження також несуттєве.

Кількість файлів, що зберігаються в одному каталозі NTFS, нічим не обмежена, тому тут теж є перевага перед FAT.

Порівняння NTFS і FAT за швидкістю доступу до файлів

З точки зору перспективності, функціональних можливостей, безпеки та надійності NTFS набагато випереджає FAT. Однак порівняння продуктивності цих файлових систем не дає однозначного результату, оскільки продуктивність залежить від багатьох різних факторів.

Так як принципи роботи та внутрішні структури FAT набагато простіше, ніж NTFS, при роботі з невеликими каталогами FAT буде швидше за все швидше. Однак якщо вміст каталогу настільки мало, що він повністю поміщається в один або кілька записів файлу $MFT, або навпаки, якщо каталог дуже великий, "переможе" NTFS.

Пальма першості, швидше за все, дістанеться NTFS при пошуку неіснуючих файлів або каталогів (тому що не потрібно повністю переглядати вміст каталогу), при зверненні до файлів невеликого розміру (обсягом близько сотень байт), а також у разі сильної фрагментації диска.

Для збільшення продуктивності NTFS можна збільшити розмір кластера, однак це може призвести до неекономного використання дискового простору при зберіганні великої кількості файлів, розмір яких перевищує 1-2 Кбайт і становить десятки Кбайт. При збільшенні розміру кластера до 64 Кбайт можна отримати максимальне підвищення продуктивності, проте доведеться відмовитися від пакування файлів та застосування утиліт дефрагментації.

При пакуванні файлів, розташованих на дисках невеликого розміру (порядка 4 Гбайт), продуктивність може зрости, а при стисненні дисків великого розміру зменшитися. У будь-якому випадку упаковка призведе до додаткового навантаження на центральний процесор.

Так що ж вибрати – FAT чи NTFS?

Як бачите, NTFS має численні переваги перед FAT, а її обмеження здебільшого несуттєві. Якщо Ви стоїте перед вибором файлової системи, розгляньте в першу чергу можливість використання NTFS, а потім - FAT.

Які можуть бути перешкоди, що ускладнюють заміну FAT на NTFS?

Найбільш серйозна перешкода – необхідність використання ОС Microsoft Windows NT/2000/XP. Для нормальної роботи цієї ОС потрібно як мінімум 64 Мбайт оперативної пам'яті та процесор з тактовою частотою не нижче 200-300 МГц. Втім, цим вимогам не задовольняють дуже старі комп'ютери, не здатні працювати під управлінням ОС Microsoft Windows сучасних версій.

Якщо ж Ваш комп'ютер може працювати в середовищі Microsoft Windows 2000/XP, і у Вас немає жодної прикладної програми, розрахованої виключно на ОС Microsoft Windows 95/98/ME, ми рекомендуємо Вам при першій же нагоді перейти до нової операційної системи, замінивши при це FAT на NTFS.

При цьому Ви отримаєте помітне збільшення надійності роботи, т.к. після встановлення всіх необхідних пакетів виправлень (Service Pack), а також коректних версій драйверів периферійних пристроїв, ОС Microsoft Windows 2000/XP працюватиме дуже стабільно.

У деяких випадках доводиться поєднувати в рамках одного диска кілька файлових систем. Наприклад, якщо на Вашому комп'ютері встановлено три операційні системи Microsoft Windows ME, Microsoft Windows XP та Linux, можна створити три файлові системи - FAT, NTFS та Ext2FS. Перша з них буде "помітна" при роботі в Microsoft Windows ME і Linux, друга - тільки в Microsoft Windows XP, і третя - тільки в Linux (зауважимо, що в ОС LINUX існує можливість доступу до розділів NTFS).

Але якщо Ви створюєте сервер (файловий, бази даних чи Web) на базі ОС Microsoft Window NT/2000/XP, то єдиним розумним вибором буде NTFS. Тільки в цьому випадку вдасться досягти необхідної стабільності, надійності та захищеності сервера.

Існує також загальноприйнята (і на наш погляд помилкова) думка, що домашнім користувачам комп'ютерів не потрібна ні ОС Microsoft Window NT/2000/XP, ні файлова система NTFS.

Звичайно, якщо комп'ютер застосовується виключно для ігор, з міркувань сумісності краще встановити Microsoft Windows 98/ME і відформатувати диски в FAT. Однак якщо Ви працюєте не тільки в офісі, а й удома, краще використовувати сучасні, професійні та надійні рішення. Це дозволить, зокрема, організувати захист від вторгнення на Ваш комп'ютер через Інтернет, обмежити доступ до каталогів і файлів з критичними даними, а також підвищить шанси успішного відновлення інформації при виникненні різних збоїв.

Системи керування файлами.

Файлова система FAT. Файлові системи VFATіFAT32.

1. Області логічного диска

2. Завантажувальний сектор

3. Таблиця розміщення файлів

4. Кореневий каталог

5.Файлова система VFAT

6.Файлова система FAT32

У файловій системі FAT дискове місце будь-якого логічного диска ділиться на дві області:

· Системну область та

· Область даних.

Системна областьстворюється та ініціалізується при форматуванні, а згодом оновлюється під час маніпулювання файловою структурою.

Системна область складається з наступних компонентів:

· Завантажувального сектора, що містить завантажувальний запис (boot record);

· Зарезервованих секторів (їх може і не бути);

· таблиці розміщення файлів (FAT, File Allocation Table);

· Кореневого каталогу (Root directory, ROOT).

Ці компоненти розташовані на диску один за одним.

Область данихмістить файли каталоги, підпорядковані кореневому.

На відміну від системної області, область даних доступна через інтерфейс користувача DOS .

Завантажувальний сектор

Формування завантажувального запису відбувається при форматуванні (наприклад, FORMAT). Формат завантажувального сектора залежить від ОС і навіть від версії.

Завантажувальний сектор є першим на логічному диску. Він містить завантажувальний запис (boot record).

Завантажувальний запис складається з двох частин:

· Блоку параметрів диска (disk parameter block) – часто зв. блоком параметрів BIOS (BPB) або Extended BPB (для старших версій ОС)

· Програми початкового завантаження ОС (system bootstrap).

Перші два байти завантажувального запису - команда безумовного переходу на системний завантажувач - JMP 3Eh. У третьому байті - NOP (90h).

Потім слідує блок параметрів диска, а після нього - завантажувач ОС.

Блок параметрів диска містить таку інформацію

· Розмір сектора,

· Число секторів у кластері,

· Число зарезервованих секторів,

· кількість копій FAT,

· максимальна кількість елементів ROOT,

· кількість секторів у таблиці FAT,

· Число секторів на доріжці,

· Мітки тому,

· Ім'я файлової системи

· та інші параметри (байт-описувач середовища по зміщ 0Ah = F8H-залізниці будь-якої ємності; F0 -дискета 1.44, 3.5'') .

Завантажувальні записи різних операційних систем зазвичай відрізняються структурою блоку параметрів. Деякі мають і додаткові поля.

Детально ми познайомимося із завантажувальним записом на лабораторних роботах.

Між завантажувальним сектором і FAT можуть бути зарезервовані сектори, які є службовими для файлової системи або не використовуються. Кількість зарезервованих секторів визначено у BPB. (У форматному перегляді - Reserved sectors at beginning -якщо =1, це MBR)

Для перегляду та редагування, а також збереження та відновлення завантажувального запису можна використовувати утилітуDisk Editor.

Таблиця розміщення файлів

Т абліця розміщення файлів (File Allocation Table – FAT) по суті є картою області даних.

Область даних розбивають так звані кластери. Кластер - це чи кілька суміжних секторів області даних. З іншого боку, кластер - це мінімальна одиниця дискової пам'яті, що адресується, що виділяється файлу. Тобто. файл або каталог займає цілу кількість кластерів. Для створення та запису на диск нового файлу операційна система відводить йому кілька вільних кластерів диска. Ці кластери не обов'язково повинні слідувати один за одним. Для кожного файлу зберігається список усіх номерів кластерів, які надані файлу.

На дискетах кластер займає один або два сектори, а на жорстких дисках – залежно від обсягу розділу:

для розділів ємністю 16-127 Мбайт-4 сектори в кластері (розмір кластера - 2 Кбайти);

для розділів ємністю 128-255 Мбайт-8 секторів у кластері (4 Кб);

для розділів ємністю 256-511 Мбайт-16 секторів у кластері (8 Кб);

для розділів ємністю 512-1023 Мбайт-32 сектори в кластері (16 Кб);

для розділів ємністю 1024-2047 Мбайт-64 сектори в кластері (32 Кб).

Розбиття області даних на кластери замість використання секторів дозволяє:

· Зменшити розмір таблиці FAT;

· Зменшити фрагментацію файлів;

· скорочується довжина ланцюжків файлу Þ пришвидшується доступ до файлу.

Однак занадто великий розмір кластера веде до неефективного використання області даних, особливо у разі великої кількості маленьких файлів (адже кожен файл втрачається в середньому півкластера).

У сучасних файлових системах (FAT32, HPFS, NTFS) цю проблему вирішується з допомогою обмеження розміру кластера (максимум 4 Кбайта)

Кожен елемент таблиці FAT (12, 16 чи 32 біт) відповідає одному кластеру диска і характеризує його стан: вільний, зайнятий чи є збійним кластером (bad cluster).

· Якщо кластер розподілений будь-якому файлу (тобто, зайнятий), то відповідний елемент FAT містить номер наступного кластера файлу;

· Останній кластер файлу відзначається числом у діапазоні FF8h – FFFh (FFF8h – FFFFh);

· якщо кластер є вільним, він містить нульове значення 000h (0000h);

· Кластер, непридатний для використання (збійний), відзначається числом FF7h (FFF7h).

Таким чином, у таблиці FAT кластери, що належать одному файлу, зв'язуються в ланцюжки.

Перший елемент FAT визначає середовище завантажувального сектора. Його перший байт збігається з байтом-описувачем середовища носія даних. 0Ah - див. табл.4) і дорівнює 0F0h для гнучкого магнітного 3,5 дм. диска або 0F8h для жорсткого диска Наступні 5 байт (7 байт) для 12-розрядного (16-розрядного) формату містять значення 0FFh.

Таблиця розміщення файлів зберігається відразу після завантажувального запису логічного диска, її точне розташування описано у спеціальному полі у завантажувальному секторі.

Вона зберігається у двох ідентичних примірниках, які йдуть один за одним. У разі руйнування першої копії таблиці використовується друга.

У зв'язку з тим, що FAT використовується дуже інтенсивно при доступі до диска, вона зазвичай завантажується в ОП (у буфера вводу/виведення або кеш) і залишається там так довго, наскільки це можливо.

Основний недолік FAT – повільна робота з файлами. Під час створення файлу працює правило - виділяється перший вільний кластер. Це веде до фрагментації диска та складних ланцюжків файлів. Звідси випливає уповільнення роботи з файлами.

Для перегляду та редагування таблиці FAT можна використовувати утилітуDisk Editor.

Кореневий каталогROOT

Детальна інформація про файл зберігається в іншій структурі, яка називається кореневим каталогом. Кожен логічний диск має свій кореневий каталог (ROOT, англ. – Корінь).

Кореневий каталог описує файли та інші каталоги. Елементом каталогу є дескриптор (описувач) файлу.

Дескриптор кожного файлу та каталогу включає його

· Ім'я (8 байт)

· Розширення (3)

· дату створення або останньої модифікації (2)

· час створення або останньої модифікації (2)

· атрибути (1) (архівний, атрибут каталогу, атрибут тома, системний, прихований, тільки для читання)

· Довжину файлу (для каталогу - 0) (4)

· Зарезервоване поле, яке не використовується (10)

· Номер першого кластера в ланцюжку кластерів, відведених файлу чи каталогу; отримавши цей номер, операційна система, звертаючись до таблиці FAT, дізнається й інші номери кластерів файлу (2 байти).

Отже, користувач запускає файл виконання. Операційна система шукає файл із потрібним ім'ям, переглядаючи описи файлів у поточному каталозі. Коли знайдено необхідний елемент у поточному каталозі, операційна система зчитує номер першого кластера файлу, а потім за таблицею FAT визначає інші номери кластерів. Дані з цих кластерів зчитуються в оперативну пам'ять, об'єднуючись в одну безперервну ділянку. Операційна система передає керування файлом, і програма починає працювати.

Для перегляду та редагування кореневого каталогу ROOT також можна використовувати утилітуDisk Editor.

Зауваження.Останнім часом обсяги дискових механізмів набагато перевищили максимально допустимий розмір, прийнятний для FAT – 8,4 Гбайт. Ця межа пояснюється максимально можливими значеннями в адресі сектора, для якого приділяється всього 3 байти. Тому в переважній більшості випадків під час роботи в середовищі Windows-систем FAT не використовується (використовують або FAT32, або NTFS).

Файлова системаVFAT

Файлова система VFAT (віртуальна FAT) вперше з'явилася у Windows for Workgroups 3.11 і була призначена для файлового введення/виведення в захищеному режимі.

Використовується ця файлова система у Windows 95. Підтримується вона також у Windows NT 4.

VFAT - це "рідна" 32-розрядна файлова система Windows95. Її контролює драйвер VFAT.VXD.

Керує різними файловими системами та програмами диспетчер встановлюваних файлових систем -Installable File Systems Manager.

VFAT використовує 32-розрядний код для всіх файлових операцій, може використовувати 32-розрядні драйвери захищеного режиму.

АЛЕ, елементи таблиці розміщення файлів залишаються 12- або 16-розрядними, тому на диску використовується та ж структура даних (FAT). Тобто. ф ормат таблиціVFAT такий же, як і формат FAT.

VFAT поряд з іменами "8.3" підтримує довгі імена файлів. (Часто говорять, що VFAT – це FAT з підтримкою довгих імен).

Існує спеціальний механізм перетворення довгих імен у короткі та навпаки.

Ви пам'ятаєте, що довжина імені DOS підпорядковується правилу “8.3”, тобто, довжина імені має перевищувати 8 символів,а розширення - 3. Головною особливістю файлової системи Windows 95 для користувача є те, що максимальна довжина імені файлу в Windows 95 може досягати 256 символів, включаючи прогалини. Обмеженням довжини імені файлу є шлях до файлу: сумарна довжина шляху та імені файлу не може перевищувати 260 символів.

При створенні файлу вWindows95 йому надається відразу два імені -довге та коротке (8.3). Коротке ім'я утворюється з довгого шляхом видалення з нього прогалин та символів / : *? “ “< >I. Для восьмилітерного імені файлу використовуються перші шість символів довгого імені, що залишилися, символ "~" (тильда) і порядковий номер. Для трилітерного розширення використовуються перші три символи після останньої точки в довгому імені файлу.

Наприклад, короткі імена для файлів (у наступному порядку)

Article about Windows 95.DOS

Next article about Windows 95.DOS

Article about Windows NT.DOS

Microsoft office.HTML

Microsoft Windows. HTML

виглядатимуть так

При цьому в структурі ROOT, поряд із звичайним дескриптором (званим аліасним) для файлу або каталогу створюються дескриптори спеціального виду, в яких зберігається довге ім'я. Для спеціальних дескрипторів встановлені атрибути Read Only (лише читання), System (системний), Hidden (прихований), Volume Label (Мітка Тома). Кількість спеціальних дескрипторів залежить від довжини імені.

Спеціальний дескриптор посилається на кластер з номером О. Цей номер першого кластера, розподіленого файлу або каталогу, знаходиться в стандартному (аліасному) дескрипторі, розташованому безпосередньо за спеціальними.

Для томів VFAT не можна користуватися жодними утилітами, крім утиліт «розуміють» VFAT

Основний недолік VFAT - великі втрати на кластеризацію при великих розмірах логічного диска та обмеження на розмір логічного диска.

Файлова системаFAT32

Це нова реалізація ідеї використання таблиці FAT.

FAT 32 – це повністю самостійна 32-розрядна файлова система.

Вперше використовувалася в Windows OSR2 (OEM Service Release 2).

В даний час FAT32 використовується в Windows 98 та Windows ME.

Вона містить численні вдосконалення та доповнення порівняно з попередніми реалізаціями FAT.

1. Набагато ефективніше витрачає дискове простір з допомогою те, що використовує кластери меншого розміру (4 Кб) - підраховано, що економиться до 15%.

2. Має розширений завантажувальний запис, який дозволяє створювати копії критичних структур даних Þ підвищує стійкість диска до порушень структур диска

3. Може використовувати резервну копію FAT замість стандартної.

4. Може переміщувати кореневий каталог, тобто кореневий каталог може перебувати в довільному місці Þ знімає обмеження розмір кореневого каталогу (512 елементів, т.к. ROOT мав займати один кластер).

5. Удосконалено структуру кореневого каталогу

З'явилися додаткові поля:

· Час створення (2)

· дата створення (2)

· Дата останнього доступу (2)

· Старше слово номера початкового кластера

· Молодше слово номера початкового кластера

· контрольна сума

Як і раніше, для довгого імені файлу використовується кілька дескрипторів.

Для томів FAT32 не можна користуватися жодними утилітами, крім утиліт «розуміючих» FAT32

Існує безліч способів зберігання інформації та програм на жорсткому диску. Дуже відома система, яка зберігає різну інформацію у вигляді файлів, групуючи їх у папки із присвоєнням унікального файлу. Проте, мало хто замислювався, як насправді відбувається фізичне збереження інформації на носії.

Щоб на фізичному носії можна було зберегти інформацію, його потрібно підготувати для використання в комп'ютерній операційній системі. Операційна система збереження інформації виділяє вільну область диска. Для цього необхідно поділити диск на малі контейнери – сектори. Форматування диска на низькому рівні виділяє для кожного сектора певний розмір. Операційна система групує ці сектори у кластери. Форматування на рівні задає всім кластерам однаковий розмір, зазвичай, в інтервалі від 2 до 16 секторів. Надалі кожен файл виділяється по одному чи кілька кластерів. Розмір кластера залежить від операційної системи, ємності диска, а також швидкості роботи.

Крім області зберігання файлів на диску є області, необхідних роботи операційної системи. Ці області призначені для зберігання завантажувальної інформації та інформації для зіставлення адрес файлів із фізичним положенням на диску. Завантажувальна область використовується для запуску операційної системи. Після завантаження BIOS відбувається зчитування та виконання завантажувальної області диска для запуску операційної системи.

Файлова система FAT

Файлова система FAT з'явилася разом із операційною системою Microsoft DOS, після чого було кілька разів удосконалено. Вона має версії FAT12, FAT16 і FAT32. Сама назва FAT походить від використання файлової системи своєрідної бази даних у вигляді «таблиці розміщення файлів» (File Allocation Table), яка містить запис для кожного кластера на диску. Номери версій посилаються на кількість біт, які у номерах елементів у таблиці. Таким чином файлова система має обмеження на розмір диска, що підтримується. У 1987 році вона не підтримувала диск розміром понад 32 Мб. З появою Windows 95 вийшла нова версія файлової системи FAT32 із теоретичною підтримкою дисків ємністю до 2 ТБ. Постійні проблеми з підтримкою дисків великих розмірів виникають через фіксовану кількість елементів, обмежену кількістю біт, що використовуються у визначенні положення кластера. Наприклад, версія FAT16 не підтримує більше 2 16 або 65 536 кластерів. Кількість секторів у кластері також обмежена.

Ще одна проблема з великими дисками полягала у неможливості використання величезного простору, виділеного для дрібних файлів. Через те, що кількість кластерів обмежена, збільшувався їхній розмір, щоб можна було охопити всю ємність диска. Це призводить до неефективного використання простору при зберіганні більшості файлів, розмір яких не кратний розміру кластера. Наприклад, FAT32 виділяє кластери розміром 16 Кб розділів диска в інтервалі від 16 до 32 ГБ. Для зберігання файлу розміром 20 Кб потрібно два кластери розміром 16 Кб, які займуть на диску 32 Кб. Файли розміром 1 Кб займають 16 Кб на диску. Таким чином, в середньому 30-40% розміру ємності диска пропадає для зберігання дрібних файлів. Розбиття диска на дрібні розділи дозволяє зменшити розмір кластера, але для дисків ємністю більше 200 Гб практично не застосовується.

Фрагментація файлів теж велика проблема файлової системи. Оскільки для розміщення файлу може знадобитися кілька кластерів, які можуть і не бути фізично розташовані послідовно один за одним, час, який потрібно на зчитування, уповільнює роботу програм. Тому постійно виникає необхідність у .

Файлова система NTFS

На початку 90-х Microsoft розпочала розробку абсолютно нового програмного забезпечення, призначеного для оточення з більшим споживанням ресурсів, ніж звичайні домашні користувачі. Для потреб бізнесу та промисловості ресурсів, наданих операційними системами Windows заснованих на DOS, стало недостатньо. Корпорація Microsoft спільно з IBM працювала над операційною системою OS/2 з файловою системою HPFS (High Performance File System – файлова система високої ефективності). Корпоративна технологія не принесла успіху і незабаром кожна компанія знову пішла своїм шляхом. Microsoft розробила різні версії операційної системи Windows NT, на основі яких побудовано Windows 2000 та Windows XP. У кожному їх використовується власна версія файлової системи NTFS, яка продовжує розвиток.

NTFS (New Technology File System – файлова система нової технології) є стандартною файловою системою для операційних систем на основі Windows NT. Вона була розроблена для заміни FAT. NTFS є найбільш гнучкою в порівнянні з FAT. У її системних областях зберігаються переважно файли, а чи не фіксовані структури як у FAT, що дозволяє їх змінювати, розширювати чи переміщати у процесі використання. Найпростішим прикладом є Master File Table (MFT) – «головна таблиця файлів». MFT – це своєрідна база даних із різною інформацією про файли на диску. Файли малого розміру (1 Кб і менше) можуть зберігатися безпосередньо у MFT. Для великих файлів NTFS виділяє кластери, але, на відміну від FAT, розмір кластера зазвичай не перевищує 4 Кб, а вбудований метод стиснення позбавляє проблем з невикористаним місцем, виділеним під файли. А ще в NTFS можна використовувати.

Файлова система NTFS розроблена для розрахованого на багато користувачів оточення і має вбудовані механізми захисту і розмежування прав доступу. Наприклад, операційні системи Windows 2000 та Windows XP (крім «Домашньої редакції») дозволяють встановлювати дозволи доступу до окремих файлів та шифрувати їх. Проте високий рівень безпеки ускладнює роботу звичайних користувачів із комп'ютером. Необхідно бути гранично обережним під час встановлення паролів та дозволів на файли, щоб не втратити важливі дані.

Цю файлову систему використовують операційні системи, як Windows NT/2000/XP. При установці NTFS, диск поділяється на дві нерівні частини: перша відводиться під MFT (Master File Table - загальна таблиця файлів), називається MFT - зоною і займає близько 12% від загального розміру диска, другу частину займають Ваші дані. Є ще третя зона, але про неї пізніше. Що за звір цей MFT? Це є основою NTFS. Він лежить, як було сказано раніше, в MFT - зоні, тобто на початку диска. Кожен запис у MFT відповідає якомусь файлу і займає близько 1 Kb. За своєю суттю це каталог всіх файлів, що знаходяться на диску. Слід зазначити, що будь-який елемент даних у NTFS сприймається як файл, навіть MFT. Перші 16 файлів (метафайли) у MFT - зоні є особливою кастою. Вони містяться службова інформація, вони мають фіксоване становище і вони недоступні навіть операційній системі. До речі, першим із цих 16 є сам MFT – файл. Існує копія перших трьох записів. Пам'ятайте, я говорив про третю зону, отож там вона і лежить і своїм становищем, якщо можна так висловитися, ділить диск навпіл. Навіщо це зроблено? Так для надійності, у разі втрати інформації в MFT-файлі, завжди можна відновити інформацію, а там уже справа техніки, як кажуть. Решта файлів в MFT - зоні можуть розташовуватися довільно. Слід зазначити, що у MFT - зоні теоретично крім службових файлів нічого перебувати. Але трапляються випадки, коли місця на тій частині диска, що відведена для користувача не залишається: - (і тоді MFT - зона зменшується. Відповідно з'являється місце в другій половині диска для запису даних. Коли ж у цій зоні звільняється достатня кількість вільного місця, MFT - Зона знову розширюється. І ось тут з'являється проблема. Зону потрапляють звичайні файли і вона починає фрагментуватися. якусь область роботи. Починаються вони з символу імені $ (тим, хто займається програмуванням значок відомий).

MFT - не що інше як сам MFT
MFTmirr - та сама копія, що по серединці диска
LogFile – це файл журналування
Boot - як видно з назви, його величність завантажувальний сектор
Bitmap - карта вільного місця розділу

Ну і таке інше. Інформація про метафайли знаходиться в MFT-файлі. Важко? Є така справа. Але вся ця фігня вигадана для збільшення надійності NTFS і виправдовує себе. Їдемо далі. NTFS практично не має обмеження на розміри диска (принаймні за нинішніх технологій виробництва жорстких дисків). Розмір кластера може змінюватись від 512 b до 64 Kb, хоча звичайний його розмір дорівнює 4 Kb.

Поговоримо тепер про каталог. Це метофайл із позначенням $. . Він розділений на частини в кожній з яких міститься ім'я файлу, його атрибути та посилання на MFT-файл. А там уже є решта інформації. Каталог є бінарним деревом. Спробуємо розібратися, що це за фігня така. У каталозі інформація про даних на диску розташована таким чином, що при пошуку будь-якого файлу каталог розбивався на дві частини і відповідь полягала в тому, в якій частині знаходитиметься. Потім та сама операція повторюється в обраній половині. І так доти, доки не буде знайдено потрібний файл.

А тепер про файли. Їх як таких нема. Нормально, так! Є так звані стрими, або кажучи нормальною російською мовою – потоки. Тобто, будь-яка одиниця інформації є кілька потоків. Один потік – це самі дані, він є основним. Інші потоки – атрибути файлу. До будь-якого файлу можна прикріпити будь-який інший файл. Простіше кажучи, до потоків одних даних можна прикріпити новий потік і записати туди нові дані. Ось тільки інформація щодо обсягу файлу береться за обсягом основного потоку. Порожні або малорозмірні файли на диску відображаються лише у метафайлах. Зроблено це з метою економії дискового простору. Взагалі треба зазначити, що поняття файл набагато глибше і ширше, і всі властивості описати досить складно. Зауважте, що максимальна довжина імені файлу може досягати 255 символів.

До того ж, файли NTFS мають такий чудовий атрибут як стислий. Будь-який файл або навіть каталог може бути стиснутий. Сама операція стиснення відбувається непомітно, оскільки її швидкість досить висока. До купи, використовується так зване віртуальне стиснення, тобто одна частина файлу може бути стиснута, а інша ні. Стиснення здійснюється блоками. Кожен блок дорівнює 16 кластерам.

У NTFS використовується шифрування даних. Таким чином, якщо Ви знесли систему та встановили її за новою, зашифровані файли без відповідної санкції прочитати не зможете.

Тепер про журнал. Але спочатку визначимося з поняттям «транзакція». Транзакція - це дія, яка має бути виконана цілком і повністю (читай - коректно), інакше вона взагалі не буде виконана. Так ось, на основі цієї фігні, при збої під час запису даних на диск, позначок про новий файл у метафайлах зроблено не буде. А місце, куди розпочато запис буде вважати чистим. Це необхідно для запобігання:-) від різноманітних гемороїв. Коротше, виконав дію до кінця – зробив запис, не вдалося – і записувати про це нема чого. Але слід зазначити, що функція журналування зберігає працездатність файлової системи, а чи не ваших даних.

І нарешті в NTFS є ще дві такі функції, як Symbolic Links - можливість створення віртуальних каталогів, і Hard Links - підтримка декількох імен для одного і того ж файлу.

На даний момент ця файлова система є найпоширенішою, хоча і поступово здає свої позиції після виходу Windows XP. Підтримують FAT 32 всі операційні системи сімейства Windows, починаючи з Windows 95 OSR2. Отже, FAT 32 (File Allocation Table) – це електронна таблиця розміщення файлів. Знаходиться вона практично на початку диска. Структура диска FAT:

1. завантажувальні сектори головного та додаткового розділів;

2. завантажувальний сектор логічного диска;

3. кореневий каталог;

4. область даних;

5. циліндр для виконання діагностичних операцій читання/запису;

Основна перевага FAT 32 перед FAT 16 полягає в тому, що замість 16 розрядних записів використовуються 32-х розрядні. Це своє чергу збільшує кількість кластерів розділі до 268 435 456 (у FAT - 65 536). При використанні FAT 32 розмір тому дорівнює 2 Tb, а розмір одного файлу може досягати 4 Gb. Помітна відмінність FAT 32 від попередніх таблиць полягає в тому, що кореневий каталог не займає фіксованого місця на диску і може мати будь-який розмір.

Розмір кластера при використанні FAT 32 у розділі розміром 2 Gb з 5 000 файлами дорівнює 4 Kb (FAT 16 - 32 Kb), в таблиці буде використовуватися до 524 288 записів. При цьому сама таблиця важитиме близько 2 Мb.

Порівняння NTFS та FAT 32.

Ну що, займемося невдячною справою – порівнянням двох файлових систем.

Переваги:

1. Швидка швидкість доступу до файлів мінімального розміру;

2. Розмір дискового простору на сьогоднішній день практично не обмежений;

3. Фрагментація файлів не впливає на файлову систему;

4. Висока надійність збереження даних та власне самої файлової структури;

5. Висока продуктивність під час роботи з файлами великого размера;

Недоліки:

1. Вищі вимоги до обсягу оперативної пам'яті порівняно з FAT 32;

2. Робота з каталогами середніх розмірів утруднена через їхню фрагментацію;

3. Нижча швидкість роботи порівняно з FAT 32

Переваги:

1. Висока швидкість роботи;

2. Низька вимога до обсягу оперативної пам'яті;

3. Ефективна робота з файлами середніх та малих розмірів;

4. Нижче знос дисків, внаслідок меншої кількості пересувань головок читання/запису.

Недоліки:

1. Низький захист від збоїв системи;

2. Чи не ефективна робота з файлами великих розмірів;

3. Обмеження за максимальним обсягом розділу та файлу;

4. Зниження швидкодії при фрагментації;

5. Зниження швидкодії при роботі з каталогами, що містять велику кількість файлів;

Отже, деякі міркування. Обидві файлові системи зберігають дані в кластерах, мінімальний розмір якого дорівнює 512 b. Як правило, звичайний розмір кластера дорівнює 4 Kb. На цьому подібності, мабуть, і закінчуються. Дещо про фрагментацію: швидкість роботи NTFS різко знижується при заповненні диска на 80 - 90%. Це з фрагментацією службових і робочих файлів. Чим більше Ви працюєте з таким завантаженим диском, тим сильніша фрагментація і тим нижча продуктивність. У FAT 32 фрагментація робочої області диска відбувається на більш ранніх етапах. Справа тут залежить від того, наскільки часто Ви записуєте/праєте дані. Як і NTFS, фрагментація сильно знижує продуктивність. Тепер про оперативну пам'ять. Об'єм самої електронної таблиці FAT 32 може займати в ОЗУ близько кількох мегабайт. Але на допомогу приходить кешування. Що записується в кеш:

1. Найбільш використовувані каталоги;

2. Дані про всі файли, що використовуються в даний момент часу;

3. Дані про вільний простір диска;

А що ж NTFS? Кешування важко піддаються каталоги великих розмірів, а вони можуть досягати розмірів кількох десятків мегабайт. Плюс MFT плюс інформація про вільне місце на диску. Хоча треба зауважити, що NTFS все ж таки досить економно витрачає ресурси оперативної пам'яті. У наявності вдала система зберігання даних, в MFT кожен запис приблизно дорівнює 1 Kb. Але все ж таки вимоги до обсягу ОЗУ вищі, ніж для FAT 32. Коротше, якщо Ваша пам'ять менша або дорівнює 64 Mb, то ефективніше з точки зору швидкості виявиться FAT 32. Якщо більше - різниця у швидкості буде маленька, а часто взагалі ніяка. Тепер про найжорсткіший диск. Для використання NTFS бажано наявність Bus Mastering. Що це? Це особливий режим роботи драйвера та контролера. Під час використання BM обмін відбувається без участі процесора. Відсутність ВМ позначиться на продуктивності системи. Крім цього, внаслідок використання складнішої файлової системи кількість рухів головок читання/запису зростає, що так само впливає на швидкість. Наявність дискового кеша однаково позитивно позначається, як у NTFS, і на FAT 32.