Файловая система FAT

Файловая система FAT (File Allocation Table - таблица размещения файлов) по­лучила свое название благодаря простой таблице, в которой указываются:

Непосредственно адресуемые участки логического диска, отведенные для раз­мещения в них файлов или их фрагментов;

Свободные области дискового пространства;

Дефектные области диска (эти области содержат дефектные участки и не га­рантируют чтение и запись данных без ошибок).

В файловой системе FAT дисковое пространство любого логического диска де­лится на две области (рис. 6.1): системную область и область данных.

Рис. 6.1. Структура логического диска в FAT

Системная область логического диска создается и инициализируется при форма­тировании, а в последующем обновляется при работе с файловой структурой. Об­ласть данных логического диска содержит обычные файлы и файлы-каталоги; эти объекты образуют иерархию, подчиненную корневому каталогу. Элемент катало-

Файловая система FAT________________________________________________ 167

га описывает файловый объект, который может быть либо обычным файлом, либо файлом-каталогом. Область данных, в отличие от системной области, доступна через пользовательский интерфейс операционной системы. Системная область состоит из следующих компонентов (расположенных в логическом адресном про­странстве друг за другом):

Загрузочной записи (Boot Record, BR);

Зарезервированных секторов (Reserved Sectors, ResSec);

Таблицы размещения файлов (File Allocation Table, FAT);

Корневого каталога (Root Directory, RDir).

Таблица размещения файлов

Таблица размещения файлов является очень важной информационной структу­рой. Можно сказать, что она представляет собой адресную карту области данных, в которой описывается и состояние каждого участка области данных, и принад­лежность его к тому или иному файловому объекту.

Всю область данных разбивают на так называемые кластеры. Кластер представля­ет собой один или несколько смежных секторов в логическом дисковом адресном пространстве (точнее - только в области данных). Кластер - это минимальная адресуемая единица дисковой памяти, выделяемая файлу (или некорневому ката­логу). Кластеры введены для того, чтобы уменьшить количество адресуемых еди­ниц в области данных логического диска.

Каждый файл занимает целое число кластеров. Последний кластер при этом мо­жет быть задействован не полностью, что при большом размере кластера может приводить к заметной потере дискового пространства. На дискетах кластер зани­мает один или два сектора, а на жестких дисках его размер зависит от объема раз­дела (табл. 6.1). В таблице FAT кластеры, принадлежащие одному файлу (или файлу-каталогу), связываются в цепочки. Для указания номера кластера в файло­вой системе FAT 16 используется 16-разрядное слово, следовательно, можно иметь до 2 10 = 65 536 кластеров (с номерами от 0 до 65 535).

Таблица 6.1 . Соотношения между размером раздела и размером кластеров в FAT16

Емкость раздела, Мбайт Количество секторов в кластере Размер кластеров, Кбайт

Заметим, что в Windows NT/2000/XP разделы файловой системы FAT могут иметь размер до 4097 Мбайт. В этом случае кластер будет объединять уже 128 секторов.

Номер кластера всегда относится к области данных диска (пространству, зарезер­вированному для файлов и подкаталогов). Номера кластеров соответствуют эле-

168____________________________________________ Глава 6, Файловые системы

ментам таблицы размещения файлов. Первый допустимый номер кластера всегда начинается с 2.

Логическое разбиение области данных на кластеры как совокупности секторов взамен использования одиночных секторов имеет следующий смысл:

Прежде всего, уменьшается размер самой таблицы FAT; - уменьшается возможная фрагментация файлов;

Ускоряется доступ к файлу, так как в несколько раз сокращается длина цепочек фрагментов дискового пространства, выделенных для него.

Однако слишком большой размер кластера ведет к неэффективному использова­нию области данных, особенно в случае большого количества маленьких файлов. Как мы только что заметили, в среднем на каждый файл теряется около половины кластера. Из табл. 6.1 следует, что при размере кластера в 32 сектора (объем разде­ла при этом - от 512 до 1023 Мбайт), то есть 16 Кбайт, средняя величина потерь на файл равняется 8 Кбайт, и при нескольких тысячах файлов 1 потери могут со­ставлять более 100 Мбайт. Поэтому в современных файловых системах размеры кластеров ограничиваются (обычно от 512 байт до 4 Кбайт), либо предоставляет­ся возможность выбирать размер кластера.

Достаточно наглядно идею файловой системы, использующей таблицу размеще­ния файлов, иллюстрирует рис. 6.2.

Рис. 6.2. Иллюстрация основной концепции FAT

Из рисунка видно, что файл MYFILE.TXT размещается, начиная с восьмого кластера. Всего файл MYFILE.TXT занимает 12 кластеров. Цепочка (chain) кластеров для на­шего примера может быть записана следующим образом: 8, 9,0А, 0В, 15,16,17,19,

1 Например, число 10 000-15 000 файлов (или даже более, особенно когда файлы небольшого разме­ра) на логическом диске с объемом в 1000 Мбайт встречается достаточно часто.

Файловая система FAT 169

1А, 1B, 1С, 1D. Кластер с номером 18 помечен специальным кодом F7 как плохой (bad), он не может быть использован для размещения данных. При форматирова­нии обычно проверяется поверхность магнитного диска, и те сектора, при конт­рольном чтении с которых происходили ошибки, помечаются в FAT как плохие. Кластер 1D помечен кодом FF как конечный (последний в цепочке) кластер, принадлежащий данному файлу. Свободные (незанятые) кластеры помечаются кодом 00; при выделении нового кластера для записи файла берется первый сво­бодный кластер. Возможные значения, которые могут приписываться элементам таблицы FAT, приведены в табл. 6.2.

Таблица 6.2. Значения элементов FAT

Значение Описание

OOOOh Свободный кластер

fffOh-fff6h Зарезервированный кластер

fff7h Плохой кластер

fffSh-ffffh Последний кластер в цепочке

0002h-ffefh Номер следующего кластера в цепочке

Поскольку файлы на диске изменяются (удаляются, перемещаются, увеличива­ются или уменьшаются), то упомянутое правило выделения первого свободного кластера для новой порции данных приводит к фрагментации файлов, то есть дан­ные одного файла могут располагаться не в смежных кластерах, а порой в очень удаленных друг от друга, образуя сложные цепочки. Естественно, что это приво­дит к существенному замедлению работы с файлами.

В связи с тем, что таблица FAT используется при доступе к диску очень интенсив­но, она обычно загружается в оперативную намять (в буферы ввода-вывода или в кэш) и остается там настолько долго, насколько это возможно. Если таблица боль­шая, а файловый кэш, напротив, относительно небольшой, в памяти размещаются только фрагменты этой таблицы, к которым обращались в последнее время.

В связи с чрезвычайной важностью таблицы FAT она обычно хранится в двух иден­тичных экземплярах, второй из которых непосредственно следует за первым. Об­новляются копии FAT одновременно, используется же только первый экземпляр. Если он по каким-либо причинам окажется разрушенным, то произойдет обраще­ние ко второму экземпляру. Так, например, утилита проверки и восстановления файловой структуры ScanDisk из ОС Windows 9x при обнаружении несоответствия первичной и резервной копии FAT предлагает восстановить главную таблицу, ис­пользуя данные из копии.

Корневой каталог отличается от обычного файла-каталога тем, что он помимо раз­мещения в фиксированном месте логического диска имеет еще и фиксированное число элементов. Для каждого файла и каталога в файловой системе хранится ин­формация в соответствии со структурой, представленной в табл. 6.3.

Для работы с данными на магнитных дисках в системах DOS, которые имеют файло­вую систему FAT, удобно использовать широко известную утилиту Disk Editor из

170___________________________________________ Глава 6. Файловые системы

комплекта утилит Питера Нортона. У нее много достоинств. Прежде всего, она ком­пактна, легко размещается на системной дискете с MS DOS, снабжена встроенной системой подсказок и необходимой справочной информацией. Используя ее, можно сохранять, модифицировать и восстанавливать загрузочную запись, восстанавливать таблицу FAT в случае ее повреждения, а также выполнять много других операций. Основными недостатками этой программы на сегодняшний день являются ограниче­ния на размеры диска и разделов и отсутствие поддержки работы с такими распрост­раненными файловыми системами, как FAT32 и NTFS. Вместо нее теперь часто ис­пользуют утилиту Partition Magic, однако наилучшей альтернативой этой программе на сегодняшний день можно считать утилиту Администратор дисков от Acronis.

Таблица 6.3. Структура элемента каталога

Размер поля данных, байт Содержание поля

11 Имя файла или каталога

1 Атрибуты файла

1 Резервное поле

3 Время создания

2 Дата создания

2 Дата последнего доступа

2 Зарезервировано

2 Время последней модификации

2 Дата последней модификации

2 Номер начального кластера в FAT

4 Размер файла

Структура загрузочной записи DOS

Сектор, содержащий системный загрузчик DOS, является самым первым на логи­ческом диске С:. Напомним, что на дискете системный загрузчик размещается в са­мом первом секторе; его физический адрес равен 0-0-1. Загрузочная запись состо­ит, как мы уже знаем, из двух частей: блока параметров диска (Disk Parameter Block, DPB) и системного загрузчика (System Bootstrap, SB). Блок параметров диска слу­жит для идентификации физического и логического форматов логического диска, а системный загрузчик играет существенную роль в процессе загрузки DOS. Эта информационная структура приведена в табл. 6.4.

Первые два байта загрузочной записи занимает команда безусловного перехода (JMP) на программу SB. Третий байт содержит код 90Н (NOP - нет операции). Да­лее располагается восьмибайтовый системный идентификатор, включающий ин­формацию о фирме-разработчике и версии операционной системы. Затем следует блок параметров диска, а после него - системный загрузчик.

Для работы с загрузочной записью DOS, как и с другими служебными информа­ционными структурами, удобно использовать уже упомянутую программу Disk

Файловая система FAT________________________________________________ 171

Editor из комплекта утилит Питера Нортона. Используя ее, можно сохранять, мо­дифицировать и восстанавливать загрузочную запись, а также выполнять много других операций. Достаточно подробно работа с этой утилитой описана в .

Таблица 6.4. Структура загрузочной записи для FAT16

Смещение поля, Длина поля, Обозначение Содержимое поля
байт байт поля

ООН (0) 3 JUMP 3EH Безусловный переход на начало

системного загрузчика

ОЗН (3) 8 Системный идентификатор

ОВН (11) 2 SectSize Размер сектора, байт

ООН (13) 1 ClastSize Число секторов в кластере

0ЕН(14) 2 ResSecs Число зарезервированных секторов

10Н (16) 1 FATcnt Число копий FAT

11Н (17) 2 RootSize Максимальное число элементов Rdir

13Н (19) 2 TotSecs Число секторов на логическом диске,

если его размер не превышает 32 Мбайт; иначе 0000Н

15Н (21) 1 Media Дескриптор носителя

16Н(22) 2 FATsize Размер FAT, секторов

18Н(24) 2 TrkSecs Число секторов на дорожке

1АН(26) 2 HeadCnt Число рабочих поверхностей

1СН(28) 4 HidnSecs Число скрытых секторов

20Н (32) 4 Число секторов на логическом диске,

если его размер превышает 32 Мбайт

24Н (36) 1 Тип логического диска (ООН - гибкий,

80Н - жесткий)

25Н (37) 1 Зарезервировано

26Н (38) 1 Маркер с кодом 29Н

27Н (39) 4 Серийный номер тома 1

2ВН (43) 11 Метка тома

36Н (54) 8 Имя файловой системы

ЗЕН (62) Системный загрузчик

1FEH (510) 2 Сигнатура (слово АА55Н)

1 Том (volume) представляет собой единое логическое адресное пространство. Томом может быть обыч­ный логический диск либо несколько дисковых пространств.

Форматирование флэш-накопителя - это не только быстрый способ очищения его от ненужных файлов, но и выбор определенной файловой системы, которая позволит без проблем считывать информацию с этого носителя самым разнообразным устройствам: ПК, лаптопам, магнитолам, телевизорам, DVD-проигрывателям, игровым приставкам и т.д. Поэтому для начала разберем, в какой системе форматировать флешку лучше всего именно для вас, коснувшись особенностей каждой. Затем подробно остановимся на алгоритмах форматирования для популярных FAT32 и NTFS.

Что такое файловая система

Файловой системой называется вариант организации данных на том или ином носителе. У каждой ОС (а ею обладает даже музыкальный проигрыватель) своя такая система, с ней гармонично совместимая. Или даже несколько. Таким образом, форматируя внешний или жесткий диск в определенной файловой системе, вы прежде всего определяетесь, какая ОС сможет его прочесть.

Многие считают, что возможно только форматировать флешку в FAT32 или NTFS, однако это заблуждение. Файловых систем гораздо больше. Перечислим наиболее известные:

• На Windows: FAT32, exFAT, NTFS.
• На Mac OS: HFS+.
• На Linux: EXT2, EXT3.

Познакомимся с каждой из них поподробнее.

FAT32

Данная файловая система является самой старой, самой распространенной и самой надежной - именно она пришла на смену FAT16. Поэтому многие, решая форматировать флешку в FAT32 или NTFS, традиционно выбирают первый вариант.

Это тот редкий формат, который поддерживается всеми ОС и практически всеми игровыми консолями и прочими устройствами с USB. Но FAT32 ставит следующие ограничения: размер одного файла на диске не должен быть более 4 Гб, а одного раздела - не более 8 Тб.

На многих флешках, которые продаются в магазинах, по умолчанию установлена старая добрая FAT, чтобы данные накопители читались как современными, так и устаревшими устройствами. Для жестких дисков эта система сегодня совсем не годится - чтобы установить современную "Виндоуз", накопитель должен быть отформатирован как минимум в NTFS.

Ваш выбор - FAT32, если вы хотите получить флэш-диск, на который предполагается записывать не тяжелую информацию, и с которым может работать максимальное число разнообразных устройств.

NTFS

Еще один продукт "Майкрософт". Работать с флэш-накопителем, отформатированным в этой системе, может в основном Windows, иногда - Linux. "Яблочная" техника сможет его только прочесть, а игровые приставки и вовсе не поддерживают (Xbox, PS). NTFS допускает размер одного файла на носителе большего размера, чем существующие на сегодня флэш-носители, а ограничение для раздела - 16 Eb!

Кроме того, файловая система подразумевает и следующие возможности:

• запись изменений для восстановления системы в случае краха;
• установление прав доступа к хранящимся файлам;
• дисковые квоты;
• шифрование и др.

Таким образом, форматирование съемного диска в этой системе не практично, т.к. она более заточена для жестких дисков и на работу с Windows, а не с другими ОС.

exFAT

Разбираясь, где лучше форматировать флешку - в FAT32 или NTFS, многие обходят вниманием более современную exFAT, тоже детище "Виндоуз". А она позволяет записывать файлы практически неограниченного объема, ставя ограничение для одного раздела в космические 64 Zb! Хорошо с ней сотрудничает Windows, последние версии "яблочных" ОС и Linux при установке дополнительных пакетов. Современные версии игровых консолей также поддерживают exFAT, что не сказать о Xbox 360 и Playstation 3.

Итак, exFAT - это самая современная файловая система от "Окон", вобравшая в себя возможности совместимости FAT32 и более широкий функционал NTFS. Один недостаток - она работает только с последними версиями существующих ОС и бесполезна на устройствах с устаревшей начинкой.

EXT2, 3 и HFS+

HFS+ - файловая система, разработанная Mac OS. С ней работает также Linux и Xbox, "Виндоуз" она не поддерживается. Ограничений для объема одного файла здесь практически нет, для раздела - 8 Eb.

EXT2, 3 - продукт Linux. Предельный размер файла на флешке, отформатированной в этой системе - 16 Гб, для раздела - 32 Тб. Среди сторонних ОС работает с этим форматом только Xbox.

Как форматировать флешку в FAT32

Алгоритм очень несложный:

1. Подсоедините внешний накопитель к компьютеру, после того как система его увидит, зайдите в "Мой компьютер". Никаких программ для форматирования для этой системы не требуется.
2. ПКМ по нужной флешке - "Отформатировать".
3. Нужная система, как правило, уже выбрана по умолчанию - вам останется только кликнуть на "Начать".
4. Через некоторое время компьютер уведомит вас, что форматирование завершилось. Вот и все!

Как отформатировать флешку в NTFS

Форматирование в этой файловой системе сложнее, т. к. она, по сути, не предназначена для Для процедуры вам будет нужна сама флешка и ПК:

1. В "Панели управления" зайдите в "Систему".
2. В "Свойствах" нужна вкладка "Оборудование", а затем "Диспетчер устройств".
3. Далее - "Дисковые устройства" - двойной клик по нужной флешке для открытия ее свойств.
4. Затем "Политика" и "Оптимизировать для выполнения". Подтвердите действие и закройте окна.
5. Теперь зайдите в "Мой компьютер", выберите нужный съемный диск.
6. ПКМ по его названию, далее - "Отформатировать".
7. Как отформатировать флешку в NTFS? В выпадающем меню "Файловая система" теперь появилось искомое наименование - выберите его.
8. Отформатируйте накопитель, нажав на "Начать".
9. В "Моем компьютере" зайдите в системы".
10. Далее - "Оборудование", "Диспетчер устройств" - "Дисковые".
11. Выберите отформатированный съемный диск, затем перейдите в его "Свойства".
12. В "Политике" отметьте "Оптимизировать для быстрого удаления", подтвердите выбор.

Что проще: форматировать флешку в FAT32 или NTFS? Ответ очевиден.

Вспомогательные программы

Чтобы отформатировать накопитель в редкой файловой системе, порой недостаточно возможностей одной ОС. Представим вспомогательные программы для форматирования:

• В NTFS - convert.exe (встроенная утилита Windows), HP USB Disk Storage Format Tool, Format USB Or Flash Drive Software.
• В HFS+ и для карт SD, SHDC, SDXC, SD-C, LLC - SD Formatter.
• Для JetFlash, Transcend и A-DATA - JetFlash Recovery Tool.
• Поддержка всех файловых систем - MiniTool Partition Wizard.

Размышляя над тем, форматировать флешку в FAT32 или NTFS, прежде всего отметьте, для чего вам нужен этот накопитель - для записи больших файлов, работы с разнообразными устройствами, хранения секретных данных и т. д. Ознакомившись с плюсами и минусами этих файловых систем, вы без труда сможете выбрать нужный алгоритм форматирования в этой статье.

Приветствую!

Какой бы не был носитель данных – будь то жёсткий диск, SSD накопитель или флешка (MicroSD, microSDXC, USB-Flash Drive и т.д.) им всем необходима файловая система, дабы можно было записывать и считывать с них данные.

Файловых систем существует некоторое количество, но в этой статье мы рассмотрим наиболее популярные и соответственно применяемые.

Представленная информация весьма пригодится в ситуациях, когда потребуется отформатировать жёсткий диск (SSD накопитель) или один из его разделов, флешку и т.п.

Файловая система FAT16, FAT32 – история и особенности

Начнём повествование с файловой системы FAT16 (ещё её называют просто FAT ) – она была создана преимущественно для операционной системы MS DOS, и её поддержка имелась в Windows 95 и Windows 98. Ограничение на максимальный размер одного файла равнялся 2 Гигабайтам. Ровно столько же мог быть максимальный размер раздела.

Господство FAT16 продлилось недолго, вскоре ей на смену пришла файловая система FAT32 – она являлась штатной для Windows 95 и Windows 98,хотя в целях совместимости, как уже говорилось выше, данные операционные системы поддерживали и FAT16.

В FAT32 максимальный размер файла равнялся уже 4 Гигабайтам. Т.е. количество файлов может быть любым, но размер любого из них не может превышать 4-х Гигабайт. А максимальный размер раздела мог составлять теоретические 8 Терабайт, однако в Windows он искусственно ограничивался. К примеру, в Windows 98 размер раздела не мог быть больше 137 Гигабайт.

У вас может возникнуть закономерный вопрос, почему по прошествии стольких лет в данную файловую систему можно отформатировать флеш накопители и жёсткие диски небольшого объёма. Ответ на этот вопрос ниже.

• Совместимость: FAT32 по сей день повсеместно поддерживается основными операционными системами: Windows, MacOS, Linux, различными автономными устройствами (приставками, MP3 плеерами, телефонами, смартфонами и т.д.) и встраиваемыми системами.
• Ограничения: Если вы попытаетесь записать файл, размер которого больше 4 Гигабайт, то вы не сможете этого сделать и выскочит ошибка. Есть решения данной проблемы.

  Также имеются и ограничения по размеру раздела – хотя FAT32 теоретически поддерживает носители данных до 8 Терабайт, в Windows XP (и новее) вы не сможете отформатировать в FAT32 диск или раздел, размер которого больше 32 Гигабайт. Это ограничение было введено со стороны Microsoft в целях сохранения оптимальной производительности при работе с данной файловой системой.

• на сегодняшний день данная файловая система с успехом используется на флеш дисках и накопителях, дабы обеспечить максимальную совместимость с самым широким классом устройств.

  Ещё одним преимуществом является отсутствие избыточной записи\чтения «технических данных» в процессе взаимодействия с данной файловой системой. Для Flash дисков, у которых ресурс считывания\записи ячеек памяти ограничен, это, несомненно, благо.

Файловая система NTFS – описание, применение и ключевые свойства

Файловая система NTFS на сегодняшний день является актуальной и повсеместно распространённой. Впервые дебютировав в Windows XP, она так продолжает использоваться во всех современных версиях ОС от Microsoft, включая самую последнюю Windows 10.

Её разработчики постарались на славу, наделив данную файловую систему множеством особенностей, которые были продиктованы современными реалиями. К примеру, за счёт записи технической информации всех осуществляемых файловых операций, существенно удалось поднять надёжность сохранности данных в случае резкого обесточивания носителя.

Также в NTFS была добавлена возможность установки прав на файлы и папки, что существенно поднимает общую безопасность при работе в Windows. Не стоит забывать и о возможности создания теневых копий файлов и данных в процессе работы системы, которой активно используется ОС Windows, дабы обеспечить высокую производительность при резервировании данных, шифровании и просто штатной работе операционной системы.

Естественно, это не полный перечень того, что предлагает современная файловая система NTFS.

Как уже говорилось выше, данная файловая система является штатной для Windows XP и последующих выпущенных ОС от Microsoft. В процессе установки операционной системы вы даже не сможете выбрать файловую систему – жёсткий диск или SSD будет отформатирован строго в NTFS.

Ввиду существенного усложнения принципов работы файловой системы NTFS и некоторых лицензионных моментов, она имеет весьма ограниченную поддержку со стороны других операционных систем и устройств.

К примеру, операционная система MacOS способна лишь считывать данные с носителей, на которых используется NTFS, а вот записывать данные на носители с данной файловой системой уже не может.

В Linux ситуация обстоит лучше. Хотя штатно Linux может лишь читать данные с NTFS носителей, но в некоторые конечные дистрибутивы Linux добавляется и поддержка записи на NTFS диски.

Что же касается автономных устройств, игровых приставок (Sony PlayStation, Xbox 360) и т.д., то в большинстве случаев NTFS ими не поддерживается.

• Совместимость: Полностью поддерживается во всех современных версиях ОС от Microsoft. В Макинтошах (MacOS) поддерживается только чтение, а в Linux чтение и в некоторых конечных дистрибутивах ещё и запись. Что же касается иных устройств – в большинстве случаев не поддерживается вовсе.
• Ограничения: Ограничений на количество и размер файлов и папок нет.
• Оптимальная сфера применения: Файловая система создавалась с прицелом на использование для жёстких дисков (а впоследствии и SSD), преимущественно в среде Windows.

Файловая система ExFat – что собой представляет, для чего была создана

ExFat (ещё её называют FAT64 ) – файловая система, дебютировавшая в 2006 году, созданная для флеш накопителей. При её разработке было взято всё лучшее из FAT32 и устранены присущие её ограничения. В ExFat нет ограничений на максимальный размер файла, который может быть записан на носитель с данной файловой системой.

Также была ещё более улучшена ситуация с устранением избыточного количества технических операций чтения\записи, дабы обеспечить максимальную скорость основных файловых операций с минимумом воздействия на ячейки памяти, дабы предотвратить и максимально отсрочить их износ.

Если говорить про совместимость, то с ней ситуация обстоит куда лучше, если сравнить с той же NTFS. MacOS имеет полную поддержку операций чтения\записи, да и поддержка со стороны Linux имеется, при условии установки нескольких пакетов из репозитория.

Что же касается внешних устройств, то ситуация с поддержкой ExFat улучшается, но гарантировать поддержку на всех устройствах определённо нельзя.

• Совместимость: Имеет полную поддержку в Windows, начиная с Windows XP, в MacOS и ОС Linux (возможно, потребуется установить пакет поддержки из репозитория).

  На старых автономных устройствах (MP3 плееры, фотоаппараты и т.д.) может не поддерживаться.

• Ограничения: У данной файловой системы нет каких-либо ограничений как на максимальный размер файла, так и их количества.
• Оптимальная сфера применения: Любые флеш диски и накопители (MicroSD, microSDXC, USB-Флеш драйв и т.д.), размер которых больше 4 Гигабайт. Флеш накопитель с данной файловой системой будет демонстрировать высокие скоростные показатели и дольше проработает, нежели если он будет использовать NTFS.

Краткий итог

Если подытожить наспанное выше, то получается, что файловая система NTFS должна использоваться для жёстких (HDD) и SSD дисков, что установлены внутри компьютера, а ExFat для внешних флеш накопителей.
А FAT32 оптимально использовать для Флеш накопителей малого размера (до 4-х Гигабайт), а также флешек, которые используются в старых устройствах и не понимают ExFat.

На этом всё! Увидимся в новых материалах! Дабы их не пропустить – стоит подписаться!

Эту файловую систему используют такие операционные системы, как Windows NT/2000/XP. При установке NTFS, диск разделяется на две неравные части: первая отводиться под MFT (Master File Table - общая таблица файлов), называется MFT - зоной и занимает порядка 12% от общего размера диска, вторую часть занимают собственно Ваши данные. Есть еще и третья зона, но о ней позже. Что за зверь этот MFT? Это основа NTFS. Он лежит, как было сказано ранее, в MFT - зоне т. е. в начале диска. Каждая запись в MFT соответствует какому-либо файлу и занимает около 1 Kb. По своей сути это каталог всех файлов находящихся на диске. Надо заметить, что любой элемент данных в NTFS рассматривается как файл, даже MFT. Первые 16 файлов (метафайлы) в MFT - зоне являются особой кастой. В них содержится служебная информация, они имеют фиксированное положение и они недоступны даже операционной системе. Кстати, первым из этих 16 является сам MFT - файл. Существует копия первых трех записей. Помните, я говорил о третьей зоне, так вот там она и лежит и своим положением, если можно так выразиться, делит диск пополам. Зачем это сделано? Да для надежности, в случае утери информации в MFT - файле, всегда можно восстановить информацию, а там уже дело техники, как говориться. Все остальные файлы в MFT - зоне могут располагаться произвольно. Надо заметить, что в MFT - зоне теоретически кроме служебных файлов ничего не находиться. Но бывают случаи, когда места на той части диска, что отведена для пользователя не остается:-(и тогда MFT - зона уменьшается. Соответственно появляется место во второй половине диска для записи данных. Когда же в этой зоне освобождается достаточное количество свободного места, MFT - зона опять расширяется. И вот тут то появляется проблема. В MFT - зону попадают обычные файлы и она начинает фрагментироваться. Это не смертельно конечно, но и приятного тут мало. Но вернемся к нашим баранам, то бишь метафайлам. Каждый из них отвечает за какую-либо область работы. Начинаются они с символа имени $ (тем, кто занимается программированием значок известен). Приведу пример некоторых из них:

• MFT - не что иное как сам MFT
• MFTmirr - та самая копия, что по серединке диска
• LogFile - это файл журналирования
• Boot - как видно из названия, его величество загрузочный сектор
• Bitmap - карта свободного места раздела

Ну и так далее. Информация о метафайлах находиться в MFT - файле. Сложно? Есть такое дело. Но вся эта фигня придумана для увеличения надежности NTFS и себя оправдывает. Едем дальше. NTFS практически не имеет ограничения на размеры диска (во всяком случае при нынешних технологиях производства жестких дисков). Размер кластера может варьироваться от 512 b до 64 Kb, хотя обычный его размер равен 4 Kb.

Поговорим теперь о каталоге. Это метофайл с обозначением $. . Он разделен на части в каждой из которых содержится имя файла, его атрибуты и ссылка на MFT - файл. А там уже есть вся остальная информация. Каталог представляет собой бинарное дерево. Попробуем разобраться, что это за фигня такая. В каталоге информация о данных на диске расположена таким образом, что при поиске какого-либо файла каталог разбивался на две части и ответ заключался в том, в какой именно части находиться искомое. Затем та же самая операция повторяется в выбранной половине. И так до тех пор, пока не будет найден нужный файл.

А теперь о файлах. Их как таковых нет. Нормально, да! Есть так называемые стримы, или говоря нормальным русским языком - потоки. То есть, любая единица информации представляет собой несколько потоков. Один поток - это сами данные, он является основным. Другие потоки - атрибуты файла. К любому файлу можно прикрепить любой другой файл. Проще говоря, к потокам одних данных можно прикрепить совершенно новый поток и записать туда новые данные. Вот только информация по объему файла берется по объему основного потока. Пустые или малоразмерные файлы на диске отображены только в метафайлах. Сделано это в целях экономии дискового пространства. Вообще надо отметить, что понятие файл намного глубже и шире и все свойства описать довольно сложно. Отмечу, что максимальная длина имени файла может достигать 255 символов.

Ко всему прочему, файлы NTFS имеют такой замечательный атрибут как сжатый. Любой файл или даже каталог может быть сжат. Сама операция сжатия происходит незаметно, так как скорость ее довольно высока. До кучи, используется так называемое виртуальное сжатие т. е. одна часть файла может быть сжата, а другая нет. Сжатие осуществляется блоками. Каждый блок равен 16 кластерам.

В NTFS используется шифрование данных. Таким образом, если Вы снесли систему и установили ее по новой, зашифрованные файлы без соответствующей санкции прочитать не сможете.

Теперь о журналировании. Но сначала определимся с понятием транзакция. Транзакция - это действие, которое должно быть выполнено целиком и полностью (читай - корректно), в противном случае оно вообще не будет выполнено. Так вот, на основе этой фигни, при сбое во время записи данных на диск, пометок о новом файле в метафайлах сделано не будет. А место, куда была начата запись будет считать чистым. Это необходимо для предохранения:-) от различного рода геморроев. Короче, выполнил действие до конца - сделал запись, не удалось - и записывать об этом незачем. Но следует заметить, что функция журналирования сохраняет работоспособность файловой системы, а не ваших данных.

И наконец в NTFS есть еще две такие функции, как Symbolic Links - возможность создания виртуальных каталогов, и Hard Links - поддержка нескольких имен для одного и того же файла.Вот пожалуй что и все.

На данный момент времени эта файловая система является самой распространенной, хотя и сдает постепенно свои позиции после выхода Windows XP. Поддерживают FAT 32 все операционные системы семейства Windows начиная с Windows 95 OSR2. Итак, FAT 32 (File Allocation Table) - это электронная таблица размещения файлов. Находиться она практически в самом начале диска. Структура диска FAT:

1. загрузочные секторы главного и дополнительного разделов;

2. загрузочный сектор логического диска;

3. корневой каталог;

4. область данных;

5. цилиндр для выполнения диагностических операций чтения/записи;

Основное преимущество FAT 32 перед FAT 16 заключается в том, что вместо 16 разрядных записей используются 32х разрядные. Это в свою очередь увеличивает количество кластеров в разделе до 268 435 456 (в FAT - 65 536). При использовании FAT 32 размер тома равен 2 Tb, а размер одного файла может достигать 4 Gb. Заметное отличие FAT 32 от предшествующих таблиц заключается в том, что корневой каталог не занимает фиксированного места на диске и может иметь любой размер.

Размер кластера при использовании FAT 32 в разделе размером 2 Gb с 5 000 файлами равен 4 Kb (в FAT 16 - 32 Kb), в таблице будет использоваться до 524 288 записей. При этом сама таблица будет весить порядка 2 Мb.

Сравнение NTFS и FAT 32.

Ну что, займемся неблагодарным делом - сравнением двух файловых систем.

Достоинства:

1. Быстрая скорость доступа к файлам малого размера;

2. Размер дискового пространства на сегодняшний день практически не ограничен;

3. Фрагментация файлов не влияет на саму файловую систему;

4. Высокая надежность сохранения данных и собственно самой файловой структуры;

5. Высокая производительность при работе с файлами большого размера;

Недостатки:

1. Более высокие требования к объему оперативной памяти по сравнению с FAT 32;

2. Работа с каталогами средних размеров затруднена из-за их фрагментации;

3. Более низкая скорость работы по сравнению с FAT 32

Достоинства:

1. Высокая скорость работы;

2. Низкое требование к объему оперативной памяти;

3. Эффективная работа с файлами средних и малых размеров;

4. Более низкий износ дисков, вследствие меньшего количества передвижений головок чтения/записи.

Недостатки:

1. Низкая защита от сбоев системы;

2. Не эффективная работа с файлами больших размеров;

3. Ограничение по максимальному объему раздела и файла;

4. Снижение быстродействия при фрагментации;

5. Снижение быстродействия при работе с каталогами, содержащими большое количество файлов;

Итак, некоторые соображения. Обе файловые системы хранят данные в кластерах минимальный размер которого равен 512 b. Как правило обычный размер кластера равен 4 Kb. На этом сходства пожалуй и заканчиваются. Кое-что о фрагментации: скорость работы NTFS резко снижается при заполнении диска на 80 - 90 %. Это связано с фрагментацией служебных и рабочих файлов. Чем больше Вы работаете с таким загруженным диском, тем сильнее фрагментация и тем ниже производительность. В FAT 32 фрагментация рабочей области диска происходит и на более ранних этапах. Дело тут зависит от того, насколько часто Вы записываете/стираете данные. Как и в NTFS, фрагментация сильно снижает производительность. Теперь об оперативной памяти. Объем самой электронной таблицы FAT 32 может занимать в ОЗУ порядка нескольких мегабайт. Но на помощь приходит кэширование. Что записывается в кэш:

1. Наиболее используемые каталоги;

2. Данные о всех используемых в данный момент времени файлах;

3. Данные о свободном пространстве диска;

А что же NTFS? Кэшированию трудно поддаются каталоги больших размеров, а они могут достигать размеров нескольких десятков мегабайт. Плюс MFT, плюс информация о свободном месте на диске. Хотя надо заметить, что NTFS все же довольно экономно расходует ресурсы оперативной памяти. В наличии удачная система хранения данных, в MFT каждая запись примерно равна 1 Kb. Но все же требования к объему ОЗУ выше, чем для FAT 32. Короче, если Ваша память меньше или равна 64 Mb, то эффективнее с точки зрения скорости окажется FAT 32. Если больше - разница в скорости будет маленькая, а зачастую вообще никакой. Теперь о самом жестком диске. Для использования NTFS желательно наличие Bus Mastering. Что это? Это особый режим работы драйвера и контроллера. При использовании BM обмен происходит без участия процессора. Отсутствие ВМ скажется на производительности системы. Кроме этого, вследствие использования более сложной файловой системы количество движений головок чтения/записи возрастает, что так же влияет на скорость. Наличие дискового кэша одинаково положительно сказывается, как на NTFS, так и на FAT 32.

Каждый, кто когда-либо инсталлировал операционную систему, сталкивался с тем, что на этапе форматирования установочного раздела жесткого диска программа предлагает выбрать тип файловой системы FAT или NTFS.

А тем, кому довелось выполнять форматирование флешки или другого внешнего накопительного устройства нужно было определиться между тремя файловыми системами FAT32, NTFS и exFAT. Чаще всего пользователи выбирают форматирование, предложенное по умолчанию, так как не знают, какова их разница.

Данная статья адресована тем, кто желает восполнить этот пробел в своих знаниях.

Файловая структура FAT: принципы и назначение

Файловая структура или File system была разработана в 70-х годах прошлого столетия компанией Microsoft и представляла собой определенный порядок организации пространства для хранения и доступа к данным на компьютерах и других цифровых устройствах.

Назначением функционала является обеспечение пользователю удобного управления информацией, хранящейся на диске или внешнем гаджете. В файловую систему входят файлы, папки и каталоги, а также комплекс системных инструментов, реализующих взаимодействие с ними для выполнения функций чтения-записи, создания-удаления, копирования, именования и т.п. Кроме того, данная структура организует совместный доступ к информации между пользователями и обеспечивает защиту от несанкционированных действий путем шифрования, работы в режиме «только чтение» и прочее.

Структурно вся область дискового пространства поделена на кластеры, как лист бумаги в клетку. Каждая клетка – это блок, размер которого задается при форматировании и должен быть кратным 2. Минимальный размер может быть 512 байт (у флешки), для жесткого диска он составляет 32 Кб. Один файл может занимать несколько таких кластеров. Образно можно представить дисковое пространство в виде тетради, где кластер – это буква, файл – слово, а файловая структура – оглавление тетради.

При обращении к файлу, операционная система должна найти его в нескольких кластерах, расположенных в разных местах на диске, так образуется цепочка кластеров. Каждый кластер имеет свою метку, которая определяет его как один из трех видов:

1. Свободный, готовый к записи данных.
2. Занятый, который хранит часть информации и имеющий в метке данные о следующем кластере в цепочке, при этом последний помечается особой меткой.
3. BAD-блок – кластер с ошибками, который стане недоступен после форматирования.

Размер метки определяется видом файловой структуры: для FAT32 он равен 32 байтам.

Вся файловая система состоит из следующих частей:

• загрузочного сектора, который располагается в начале диска, активируется после загрузки ОС и хранит параметры раздела;
• таблицы размещения файлов («оглавления»), хранящей метки кластеров;
• копии таблицы размещения файлов, чтобы восстановить данные при повреждении файловой структуры;
• корневого каталога;
• области данных;
• цилиндра для выполнения операций чтения/записи.

Всего существует три типа файловой системы FAT: FAT12, FAT16 и FAT32. На смену FAT пришла NTFS, а exFAT является расширенной версией FAT32 и используется в основном для флеш-накопителей.

Достоинства и недостатки файловых структур FAT32, NTFS и exFAT

Для того чтобы определиться с выбором наиболее оптимальной файловой системы при форматировании, рассмотрим описания всех трех вариантов, останавливаясь на достоинствах и недостатках каждой.

FAT32

Среди трех рассматриваемых файловых структур FAT32 является самой старшей. Она пришла на смену FAT16 и до недавнего времени была наиболее прогрессивной. Выход FAT32 приурочили к выпуску операционной системы Windows 95 OSR2 в 1996 году. Главные отличительные особенности: 32-разрядная адресация кластеров и ограничения в размерах: файла не более 4 Гб и тома в 128 Гб.

Достоинства

Несмотря на некоторую моральную отсталость, FAT32 обладает рядом преимуществ перед другими файловыми системами. Ее главная привлекательность - совместимость и универсальность. FAT32 работает со всеми версиями операционных систем, включая Windows (сравнение всех версий), Linux и MacOS, подходит к любыми игровым консолям и прочим гаджетам с USB портом. Сегодня она используется во всех внешних накопителях (флешках, CD-картах) по умолчанию, так как многие старые устройства: ПК, ноутбуки, приставки с USB-входом могут работать только с FAT32.

Другими важными достоинствами файловой системы являются: высокоскоростная производительность, нетребовательность к объему оперативной памяти, продуктивная работа с файлами среднего и небольшого размера, а также небольшая изнашиваемость диска из-за меньших движений головки. Впрочем, она также подвержена фрагментации, и периодическая дефрагментация не помешает однозначно.

Недостатки

Главным минусом данной файловой системы являются ограничения в размере. Для кластеров он не может быть более 64 Кб, иначе некоторые приложения могут неправильно рассчитывать дисковое пространство.

Размер файла не должен превышать 4 ГБ, таким образом, максимальный размер диска при размере кластера для таблицы размещения файлов в 32 КБ будет около 8 ТБ.

При форматировании диска средством ScanDisk, являющимся 16-разрядной программой, с учетом самих таблиц FAT и при максимальном размере кластера в 32 КБ размер тома ограничивается 128-ю гигабайтами.

С учетом того, что не многие компьютерные устройства оснащены винчестером объемом более 8 Тб, этот недостаток не будет ощутимым для большинства пользователей. Однако тот момент, что FAT32 работает с файлами размером до 4 Гб, является существенным минусом, так как большинство качественных видеофайлов современного формата 4К сегодня имеют размер свыше этих 4 Гб, а значит, не совместимы с данной файловой системой.

Кроме ограничений в размерах, FAT32 имеет другие недостатки. Она не поддерживает длинные имена файлов, что не очень удобно пользователям, которые желают идентифицировать файлы по логическому принципу, исходя из его содержимого. Есть претензии к системе безопасности (не помешает дополнительный антивирусный сканер) и защищенности файлов при сбоях (особенности жестких дисков), а также низкая скорость при работе с каталогами, содержащими множество файлов.

Таким образом, FAT32 больше годится для переносных не слишком емких устройств и старых компьютеров. Последние версии Windows уже невозможно установить на диск, отформатированный с системой FAT32, необходимо переформатирование в NTFS.

Главное применение файловой системы FAT32 сегодня – это переносные флешки и SD-карты (особенности), которые содержат не много файлов и совместимы с разнообразными цифровыми устройствами.

NTFS

Данная файловая система была разработана компанией Microsoft в 1993 году и представлена вместе версией Windows NT 3.1. В самом названии new technology file system , что означает файловая система новой технологии , заложена ее прогрессивная сущность.

После форматирования диска в системе NTFS он делится на три зоны:

• MFT - зона или общая таблица файлов (Master File Table), где хранится информация о файлах и каталогах;
• данные пользователя;
• метафайлы, в которых содержится служебная информация.

Каждый из метафайлов ответственен за определённую область. Например, LogFile - это файл журналирования, в котором выполняется запись всех операций в журнал, Boot – загрузочный сектор, Bitmap контролирует свободное место в разделе и т.п. Такая структура надежно защищает файлы от любых сбоев, будь то зависания ОС или отключение электричества.

Достоинства

В отличие от FAT32 в данной файловой структуре практически отсутствуют ограничения в объеме файлов и каталогов. Размер кластера может варьироваться от 512 байт до 64 Кб, оптимальным считается размер в 4 Кб.

Благодаря множеству существенных доработок для повышения безопасности, таких как поддержка прав доступа к файлам, HPFS квотирование, шифрование, журналирование, разграничение доступа и аудит, жесткие ссылки и прочее, NTFS является идеальной для форматирования диска под системную область. Прочие разделы винчестера также могут быть отформатированы в данной системе, так как NTFS позволяет оптимально использовать дисковое пространство при наличии множеств мелких файлов.

Достоинством этой файловой организации является быстрая скорость доступа к файлам небольшого размера, высокая производительность при работе с большими файлами, а также возможность использования длинных названий файлов.

Недостатки

Главным минусом системы NTFS является несовместимость со всеми операционными системами ниже Windows NT, а также ограничения в совместимости с прочими ОС. Так, Mac OS читает файлы с дисков NTFS, но не может выполнять их запись, такая же ситуация с совместимостью файлов Linux. Самые популярные игровые консоли Playstation и Xbox 360 не работают с NTFS, только Xbox One может с ней взаимодействовать.

Среди недостатков NTFS можно назвать также высокие требования к объему оперативной памяти, более низкая скорость по сравнению с FAT32 и трудности управления каталогами среднего объема.

Таким образом, целесообразнее использовать файловую структуру NTFS на жестких дисках, в том числе и SSD под управлением последних версий Windows, начиная с NT.

exFAT

Эта файловая система является последней из рассматриваемых по времени выпуска. Она появилась в 2008 году с очередными обновлениями к Windows XP и является, по сути, расширенной версией FAT32.

Главная цель разработчиков – создать производительную, удобную и универсальную файловую структуру для переносных накопительных устройств: флешек, SD-карт и съемных жестких дисков.

Достоинства:

• Простая организация без специализированных особенностей и ограничений в размерах файлов и раздела.
• Отличная совместимость со всеми ОС Windows, а также Mac OS и Linux. В последнем варианте необходима установка дополнительного софта.
• Поддержка со стороны всех современных яблочных девайсов, а также игровых приставок Xbox One и Playstation 4.

Основным недостатком файловой организации exFAT является лицензионная политика Microsoft, запрещающая ее бесплатное использование в открытом доступе.

Наиболее оптимальная файловая структура

Рассмотрев описания трех популярных файловых систем, можно сделать следующие выводы:

• для компьютерных устройств с операционной системой выше Windows NT целесообразнее будет форматирование жесткого диска в системе NTFS;
• для старых устройств, а также с целью совместимости с разными современными цифровыми гаджетами, оптимальным вариантом станет выбор FAT32;
• для любых съемных носителей идеальной будет применение системы

И последнее: информацию о том, какая файловая структура реализована на ваших дисках, можно узнать во вкладке «Общие» (правая клавиша мышки «Свойства»).