FAT、HPFS 與 NTFS 檔案系統總覽

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結論

本文將告訴您,在 Windows NT 下,FAT、HPFS 與 NTFS 之間的差異及其優缺點。本文分為下列各節:

  • FAT 總覽
  • HPFS 總覽
  • NTFS 總覽
注意:只有 Windows NT 3.1、3.5 與 3.51 版支援 HPFS,Windows NT 4.0 不支援且無法存取 HPFS 磁碟分割。此外,只有 Windows 98/95 與 Windows 2000 才支援 FAT32 檔案系統。

其他相關資訊

FAT 總覽

FAT 是 Windows NT 支援的檔案系統中最簡單的一個。FAT 檔案系統的特點在於檔案配置表 (FAT),是位於磁碟區中最「頂端」的真實表格。為了保護磁碟區,最好保留兩份 FAT 複本,以防其中一個複本損毀。此外,FAT 表格與根目錄必須儲存在固定的位置,才能正確地找到系統的開機檔案。

以 FAT 格式化的磁碟會配置在叢集中,而叢集的大小需視磁碟區的大小而定。建立檔案時,目錄中會建立一個項目,並且也會建立含有資料的第一個叢集編號。位於 FAT 表格中的這個項目會指出此為檔案最後一個叢集,或是指向下一個叢集。

更新 FAT 表格非常重要,但也相當耗時。如果沒有定期更新 FAT 表格,可能導致資料遺失。而更新 FAT 表格之所以非常耗時,是因為每次更新 FAT 表格時,磁碟的讀取頭必須重新放到磁碟機的零號邏輯磁軌。

FAT 目錄結構沒有組織,檔案是放置在磁碟機上第一個開啟的位置。此外,FAT 只支援唯讀、隱藏、系統與保存等檔案屬性。

FAT 命名慣例

FAT 使用傳統的 8.3 檔案命名慣例,所有檔名都必須以 ASCII 字元集建立。檔案或目錄名稱最多八個字元,然後以一個句點 (.) 做為分隔,接著是最多三個字元的副檔名。名稱必須以字母或數字為開頭,並且除了下列字元以外,可以含有任何字元:
   . " / \ [ ] : ; | = ,
				
如果使用這些字元,可能出現無法預期的後果。名稱中不能包含空格。

下列名稱為系統保留名稱:
CON、AUX、COM1、COM2、COM3、COM4、LPT1、LPT2、LPT3、PRN、NUL
				
所有字元都會轉換成大寫。

FAT 的優點

在 Windows NT 下使用任何一種支援的檔案系統,都無法執行取消刪除的動作。取消刪除公用程式會嘗試直接存取硬體,這在 Windows NT 下是不可行的。但是,如果檔案位於 FAT 磁碟分割,並且系統重新啟動為 MS-DOS 模式,您就可以取消刪除檔案。若磁碟機與 (或) 磁碟分割的容量在 200 MB 以下,那麼 FAT 是最適用的檔案系統,因為 FAT 虛耗的空間很少。如需有關 FAT 優點的進一步說明,請參閱下列文件:
  • 《Microsoft Windows NT Server Concepts and Planning Guide》第 5 章<Choosing a File System>
  • 《Microsoft Windows NT Workstation 4.0 Resource Kit》第 18 章<Choosing a File System>
  • 《Microsoft Windows NT Server 4.0 Resource Kit Resource Guide》第 3 章<Which File System to Use on Which Volumes>

FAT 的缺點

若磁碟機或磁碟分割大於 200 MB,最好不要使用 FAT 檔案系統,因為磁碟區容量增加之後,FAT 的效能會快速降低。您無法針對 FAT 磁碟分割的檔案設定使用權限。

FAT 磁碟分割在 Windows NT 下的大小上限為 4 GB,在 MS-DOS 中則為 2 GB。如需有關此限制的詳細資訊,請參閱「Microsoft 知識庫」中的下列文件:
文件編號: 118335
標題:使用 FAT16 檔案系統的最大磁碟分割容量
如需有關 FAT 缺點的進一步說明,請參閱下列文件:
  • 《Microsoft Windows NT Server Concepts and Planning Guide》第 5 章<Choosing a File System>
  • 《Microsoft Windows NT Workstation 4.0 Resource Kit》第 18 章<Choosing a File System>
  • 《Microsoft Windows NT Server 4.0 Resource Kit Resource Guide》第 3 章<Which File System to Use on Which Volumes>

HPFS 總覽

HPFS 檔案系統最初引用於 OS/2 1.2,可以增進較大硬碟的存取效能,因而廣受市場歡迎。此外,市場也需要一個可以擴展命名系統、組織性與安全性的新檔案系統,以滿足網路伺服器市場上對於這方面日益增多的需求。HPFS 保留了 FAT 的目錄組織,同時還新增了以檔名為基礎的目錄自動排序功能。檔名則可以擴展至最多 254 個雙位元字元。此外,HPFS 還可以使用「資料」與特別屬性來組成檔案,在支援其他命名慣例與安全性方面確實增加了不少彈性。此外,配置單位由叢集改成實體磁區 (Sector)(512 位元組),這減少了磁碟空間的浪費。

在 HPFS 下,目錄項目所包含的資訊比 FAT 還多。至於檔案屬性,則包含了修改、建立以及存取日期與次數等資訊。在 HPFS 下,目錄項目不再指向檔案的第一個叢集,而是指向 FNODE,FNODE 可以包含檔案資料或指向檔案資料的指標,或者指標會先指向其他結構,但最終都會指到檔案資料。

HPFS 會試圖將檔案儘可能配置在連續的磁區,這樣做是為了在執行檔案的連續處理程序時,可以加快速度。

HPFS 將磁碟機組織成一系列的 8 MB 頻帶 (Band),無論何時檔案都會儘可能包含在其中一個頻帶內。每個頻帶之間都有一個 2K 的配置點陣圖 (Allocation bitmap),可以追蹤頻帶中有哪些磁區已經配置或尚未配置。頻帶的運用增進了執行效能,因為磁碟機讀寫頭不需要返回磁碟的邏輯頂層 (一般是指磁柱 0),只需回到最近的頻帶配置點陣圖,即可判斷檔案儲存的位置。

此外,HPFS 還包含幾個獨一的特別資料物件:

超級區塊

超級區塊 (Super Block) 位於邏輯磁區 16,包含了指向根目錄 FNODE 的指標。使用 HPFS 最大的風險之一,就是若因為磁區損壞而遺失或損毀了「超級區塊」,那麼即使磁碟的其他部位仍完好無缺,整個磁碟分割的內容也等於損毀了。您可以將整個磁碟機的資料複製到另一個磁區 16 未損毀的磁碟機上,然後重建「超級區塊」,這樣或許可以復原資料。不過,這是個很複雜的動作。

備用區塊

備用區塊 (Spare Block) 位於邏輯磁區 17,包含了「熱修復」(Hot fix) 表格以及「備用目錄區塊」(Spare Directory Block)。在 HPFS 下,如果偵測到損壞的磁區,「熱修復」項目可以以符合邏輯的方式指出現存的好磁區,以取代損壞的磁區。這種處理寫入錯誤的技術稱為熱修復 (Hot fixing)。

如果因磁區損毀而發生錯誤,檔案系統會將資訊移至另一個磁區,並將原來的磁區標示為已損毀,這時就可以運用熱修復技術。這些過程對於正在執行磁碟 I/O 作業的任何應用程式而言都是透明的 (亦即,應用程式完全不會知道硬碟出了問題)。使用支援熱修復的檔案系統可以減少如 FAT 遇到壞磁區時而出現「中斷、重試或宣告失敗?」(Abort, Retry, or Fail?) 的錯誤訊息。

注意:Windows NT 隨附的 HPFS 版本不支援熱修復。

HPFS 的優點

HPFS 最適合用於大小介於 200-400 MB 之間的磁碟機。如需有關 HPFS 優點的進一步說明,請參閱下列文件:
  • 《Microsoft Windows NT Server Concepts and Planning Guide》第 5 章<Choosing a File System>
  • 《Microsoft Windows NT Workstation 4.0 Resource Kit》第 18 章<Choosing a File System>
  • 《Microsoft Windows NT Server 4.0 Resource Kit Resource Guide》第 3 章<Which File System to Use on Which Volumes>

HPFS 的缺點

由於使用 HPFS 容易虛耗磁碟空間,因此,容量小於 200 MB 的磁碟區不適合使用此種檔案系統。此外,容量大於 400 MB 的磁碟區使用此檔案系統,則會出現效能降低的情形。使用 Windows NT 時,您無法在 HPFS 上設定安全性。

只有 Windows NT 3.1、3.5 與 3.51 版支援 HPFS,Windows NT 4.0 無法存取 HPFS 磁碟分割。

如需有關 HPFS 缺點的進一步說明,請參閱下列文件:

  • 《Microsoft Windows NT Server Concepts and Planning Guide》第 5 章<Choosing a File System>
  • 《Microsoft Windows NT Workstation 4.0 Resource Kit》第 18 章<Choosing a File System>
  • 《Microsoft Windows NT Server 4.0 Resource Kit Resource Guide》第 3 章<Which File System to Use on Which Volumes>

NTFS 總覽

從使用者的觀點來看,NTFS 會持續將檔案組織成目錄,並且像 HPFS 一樣可以為目錄排序。然而,與 FAT 或 HPFS 不同,NTFS 在磁碟上沒有所謂的特別物件,也沒有基底硬體上的限制,例如 512 位元組磁區。此外,磁碟上也沒有像 FAT 表格或 HPFS 超級區塊這樣的特別位置。

NTFS 主要是提供:
  • 穩定性,這是高階系統與檔案伺服器特別需要的特性
  • 為新增功能提供一個平台
  • 支援 POSIX 需求
  • 除去 FAT 與 HPFS 檔案系統的限制

穩定性

為了確保 NTFS 的穩定性,有三個主要的問題已獲得解決:可復原性、單一磁區嚴重失敗的消除,以及熱修復功能。

NTFS 是具有復原功能的檔案系統,因為它會追蹤檔案系統的異動。在 FAT 或 HPFS 上執行 CHKDSK 時,系統會檢查目錄、資源配置與檔案表內指標的一致性。在 NTFS 下,系統會維護這些元件的異動記錄,因此 CHKDSK 只需將異動推回最後認可點 (Commit point),就可以維護檔案系統內的一致性。

在 FAT 或 HPFS 下,如果某個磁區失敗,且此磁區是檔案系統中特別物件的所在位置,就會發生單一磁區失敗的情形。NTFS 有兩種方式可以避免發生這個情形:首先,不在磁碟上使用特別物件,而改以追蹤與保護磁碟上的所有物件。其次,在 NTFS 下保存多份主檔案表格 (MFT) 的複本 (數量需視磁碟區大小而定)。

與 OS/2 版的 HPFS 類似,NTFS 也支援熱修復。

新增功能

Windows NT 在每一層級的主要設計目的之一,就是提供一個可以在上面新增與建立的平台,就這一點來說,NTFS 也不例外。NTFS 提供豐富且彈性的平台,讓其他檔案系統也可以使用。此外,NTFS 完全支援 Windows NT 的安全性模式,並支援多重資料流,不再是一個資料檔搭配一個資料流。最後,在 NTFS 下,使用者可以將自己定義的使用者屬性新增至檔案內。

POSIX 支援

NTFS 是所有支援 POSIX 的檔案系統中與 POSIX.1 最相容的檔案系統,因為它支援下列 POSIX.1 需求:

區分大小寫的命名慣例:

在 POSIX 下,README.TXT、Readme.txt 與 readme.txt 各代表不同的檔案。

額外的時間戳記:

額外的時間戳記提供檔案最後存取的時間。

硬式連結:

硬式連結 (Hard link) 是指,兩個不同的檔名分別位於不同的目錄中,卻指向相同的資料。

除去限制

首先,NTFS 大大地增加了磁碟區容量與檔案大小,所以現在容量可以多達 2^64 個位元組 (16 Exabyte 或 18,446,744,073,709,551,616 位元組)。NTFS 也恢復了 FAT 的叢集觀念,以避免發生 HPFS 固定磁區大小的問題。之所以這麼做,是因為 Windows NT 是一種可攜式作業系統,不同的磁碟技術很可能會在某個點上相交集。因此,每個磁區 512 位元組對資料配置而言有時並不妥當,而允許將叢集定義為硬體的自然配置大小的倍數,就解決了此問題。最後一點,在 NTFS 中,所有檔名都是以 Unicode 為基礎,您可以使用 8.3 式的檔名,也可以使用長檔名。

NTFS 的優點

NTFS 最適合用於 400 MB 或更大的磁碟區。因為在 NTFS 下並不會降低效能,但在 FAT 下,較大的磁碟區容量就會降低效能。

NTFS 的可復原性設計,是指使用者在 NTFS 磁碟分割上完全不需使用任何磁碟修復公用程式。如需有關 NTFS 優點的進一步說明,請參閱下列文件:
  • 《Microsoft Windows NT Server Concepts and Planning Guide》第 5 章<Choosing a File System>
  • 《Microsoft Windows NT Workstation 4.0 Resource Kit》第 18 章<Choosing a File System>
  • 《Microsoft Windows NT Server 4.0 Resource Kit Resource Guide》第 3 章<Which File System to Use on Which Volumes>

NTFS 的缺點

小於 400 MB 的磁碟或磁碟分割區不適合使用 NTFS,因為 NTFS 會虛耗磁碟空間。所虛耗的空間用於 NTFS 系統檔案形式,通常在 100 MB 的磁碟分割中至少會用掉 4 MB 的磁碟空間。

目前 NTFS 並不支援檔案加密。因此,某些人可以從 MS-DOS 或其他作業系統開機,再以低階的磁碟編輯公用程式來檢視儲存在 NTFS 磁碟區的資料。

您無法使用 NTFS 檔案系統來格式化軟碟片;Windows NT 會以 FAT 檔案系統來格式化所有軟碟片,因為 NTFS 虛耗空間的特性不適合用於軟碟片。

如需有關 NTFS 缺點的進一步說明,請參閱下列文件:
  • 《Microsoft Windows NT Server Concepts and Planning Guide》第 5 章<Choosing a File System>
  • 《Microsoft Windows NT Workstation 4.0 Resource Kit》第 18 章<Choosing a File System>
  • 《Microsoft Windows NT Server 4.0 Resource Kit Resource Guide》第 3 章<Which File System to Use on Which Volumes>

NTFS 命名慣例

檔案與目錄的名稱可以長達 255 個字元,包括任何副檔名。名稱會保留大小寫,但不區分大小寫。NTFS 對於檔名中的大小寫字母一律視為相同。除了下列字元以外,檔名可以包含任何字元:
   ?  "  /  \  <  >  *  |  :
				
目前,如果在命令列下作業,您只能建立最多 253 個字元的檔名。

注意:基底硬體的限制可能會對任何檔案系統額外增加一些磁碟分割大小的限制。特別是,開機磁碟分割的大小只限 7.8 GB 以內,且磁碟分割表格也有 2 TB 的限制。

如需有關 Windows NT 所支援檔案系統的詳細資訊,請參閱 Windows NT Resource Kit。
注意 :本文屬於「快速發佈」文章,係由 Microsoft 技術支援或組織內部直接建立。 本文所包含的資訊是為了回應新問題而依現況提供。 因此為了迅速對外發佈,文章內容可能含有印刷錯誤,而且可能會在不另行通知的情況下進行修改。 如需其他考量事項,請參閱使用規定

屬性

文章編號: 100108 - 上次校閱: 2014年4月29日 - 版次: 1.0
這篇文章中的資訊適用於:
  • Microsoft Windows NT Workstation 3.1
  • Microsoft Windows NT Advanced Server 3.1
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