Übersicht über FAT-, HPFS- und NTFS-Dateisysteme

In diesem Artikel werden die Unterschiede zwischen File Allocation Table (FAT), High Performance File System (HPFS) und NT File System (NTFS) unter Windows NT sowie deren Vor- und Nachteile erläutert.

Gilt für: Windows 10 - alle Editionen, Windows Server 2012 R2
Ursprüngliche KB-Nummer: 100108

Hinweis

HPFS wird nur unter den Windows NT-Versionen 3.1, 3.5 und 3.51 unterstützt. Windows NT 4.0 unterstützt keine HPFS-Partitionen und kann nicht darauf zugreifen. Unterstützung für das FAT32-Dateisystem wurde auch in Windows 98/Windows 95 OSR2 und Windows 2000 verfügbar.

FAT-Übersicht

FAT ist bei weitem die einfachste der dateisysteme, die von Windows NT unterstützt werden. Das FAT-Dateisystem zeichnet sich durch die Dateizuordnungstabelle (FAT) aus, bei der es sich tatsächlich um eine Tabelle handelt, die sich ganz oben auf dem Volume befindet. Um das Volumen zu schützen, werden zwei Kopien des FAT aufbewahrt, falls eine beschädigt wird. Darüber hinaus müssen die FAT-Tabellen und das Stammverzeichnis an einem festen Speicherort gespeichert werden, damit die Startdateien des Systems korrekt gespeichert werden können.

Ein mit FAT formatierter Datenträger wird in Clustern zugeordnet, deren Größe durch die Größe des Volumes bestimmt wird. Wenn eine Datei erstellt wird, wird ein Eintrag im Verzeichnis erstellt, und die erste Clusternummer, die Daten enthält, wird erstellt. Dieser Eintrag in der FAT-Tabelle gibt entweder an, dass dies der letzte Cluster der Datei ist, oder verweist auf den nächsten Cluster.

Das Aktualisieren der FAT-Tabelle ist sehr wichtig und zeitaufwändig. Wenn die FAT-Tabelle nicht regelmäßig aktualisiert wird, kann dies zu Datenverlusten führen. Dies ist zeitaufwändig, da die Datenträgerleseköpfe bei jeder Aktualisierung der FAT-Tabelle auf der logischen Spur Null des Laufwerks neu positioniert werden müssen.

Es gibt keine Organisation für die FAT-Verzeichnisstruktur, und Dateien erhalten den ersten geöffneten Speicherort auf dem Laufwerk. Darüber hinaus unterstützt FAT nur schreibgeschützte, ausgeblendete, System- und Archivdateiattribute.

FAT-Benennungskonvention

FAT verwendet die herkömmliche 8.3-Dateibenennungskonvention, und alle Dateinamen müssen mit dem ASCII-Zeichensatz erstellt werden. Der Name einer Datei oder eines Verzeichnisses kann bis zu acht Zeichen lang, dann ein Punkttrennzeichen (.) und bis zu einer Erweiterung mit drei Zeichen sein. Der Name muss entweder mit einem Buchstaben oder einer Zahl beginnen und kann beliebige Zeichen mit Ausnahme der folgenden Zeichen enthalten:

. " / \ [ ] : ; | = ,

Wenn eines dieser Zeichen verwendet wird, können unerwartete Ergebnisse auftreten. Der Name darf keine Leerzeichen enthalten.

Die folgenden Namen sind reserviert:

CON, AUX, COM1, COM2, COM3, COM4, LPT1, LPT2, LPT3, PRN, NUL

Alle Zeichen werden in Großbuchstaben konvertiert.

Vorteile von FAT

Es ist nicht möglich, ein Rückgängigmachen unter Windows NT auf einem der unterstützten Dateisysteme durchzuführen. Undelete utilities try to directly access the hardware, which cannot be done under Windows NT. Wenn sich die Datei jedoch auf einer FAT-Partition befindet und das System unter MS-DOS neu gestartet wird, kann die Datei rückgängig machen. Das FAT-Dateisystem eignet sich am besten für Laufwerke und/oder Partitionen unter ca. 200 MB, da FAT mit sehr geringem Aufwand beginnt. Weitere Informationen zu den FAT-Vorteilen finden Sie in den folgenden Themen:

  • Windows NT Server "Konzepte und Planungshandbuch", Kapitel 5, Abschnitt "Auswählen eines Dateisystems"

  • Windows NT Workstation 4.0 Resource Kit, Kapitel 18, "Auswählen eines Dateisystems"

  • Windows NT Server 4.0 Resource Kit "Ressourcenhandbuch", Kapitel 3, Abschnitt "Welches Dateisystem soll auf welchen Volumes verwendet werden"

Nachteile von FAT

Vorzugsweise sollte bei Verwendung von Laufwerken oder Partitionen von über 200 MB das FAT-Dateisystem nicht verwendet werden. Dies liegt daran, dass die Leistung mit FAT mit zunehmender Größe des Volumens schnell abnimmt. Es ist nicht möglich, Berechtigungen für Dateien festzulegen, bei denen es sich um FAT-Partitionen handelt.

FAT-Partitionen sind in der Größe auf maximal 4 Gigabyte (GB) unter Windows NT und 2 GB in MS-DOS beschränkt.

Weitere Informationen zu weiteren Nachteilen von FAT finden Sie in den folgenden Themen:

  • Windows NT Server "Konzepte und Planungshandbuch", Kapitel 5, Abschnitt "Auswählen eines Dateisystems"

  • Windows NT Workstation 4.0 Resource Kit, Kapitel 18, "Auswählen eines Dateisystems"

  • Microsoft Windows NT Server 4.0 Resource Kit "Ressourcenhandbuch", Kapitel 3, Abschnitt mit dem Titel "Welches Dateisystem kann auf welchen Volumes verwendet werden"

HPFS-Übersicht

Das HPFS-Dateisystem wurde erstmals mit OS/2 1.2 eingeführt, um einen besseren Zugriff auf die größeren Festplatten zu ermöglichen, die dann auf dem Markt erscheinen. Darüber hinaus war es erforderlich, dass ein neues Dateisystem das Benennungssystem, die Organisation und die Sicherheit für die wachsenden Anforderungen des Netzwerkservermarktes erweitert. HPFS verwaltet die Verzeichnisorganisation von FAT, fügt jedoch die automatische Sortierung des Verzeichnisses basierend auf Dateinamen hinzu. Dateinamen werden auf bis zu 254 Doppelbytezeichen erweitert. HPFS ermöglicht es auch, eine Datei aus "Daten" und speziellen Attributen zu erstellen, um eine höhere Flexibilität bei der Unterstützung anderer Benennungskonventionen und Sicherheit zu ermöglichen. Darüber hinaus wird die Zuordnungseinheit von Clustern in physische Sektoren (512 Bytes) geändert, wodurch der Speicherplatzverlust reduziert wird.

Unter HPFS enthalten Verzeichniseinträge mehr Informationen als unter FAT. Dazu gehören neben der Attributdatei auch Informationen zum Änderungs-, Erstellungs- und Zugriffsdatum und -uhrzeit. Anstatt auf den ersten Cluster der Datei zu zeigen, verweisen die Verzeichniseinträge unter HPFS auf den FNODE. Der FNODE kann die Daten der Datei oder Zeiger enthalten, die auf die Daten der Datei oder auf andere Strukturen verweisen können, die schließlich auf die Daten der Datei verweisen.

HPFS versucht, einen möglichst großen Teil einer Datei in zusammenhängenden Sektoren zuzuweisen. Dies geschieht, um die Geschwindigkeit bei der sequenziellen Verarbeitung einer Datei zu erhöhen.

HPFS organisiert ein Laufwerk in einer Reihe von 8-MB-Bändern, und wann immer möglich, ist eine Datei in einem dieser Bänder enthalten. Zwischen jedem dieser Bänder befinden sich 2K-Zuordnungsbitmaps, die nachverfolgen, welche Sektoren innerhalb eines Bandes zugeordnet wurden und welche nicht. Banding erhöht die Leistung, da der Laufwerkkopf nicht zum logischen Oberen (in der Regel Zylinder 0) des Datenträgers zurückkehren muss, sondern zur nächstgelegenen Bandzuordnungsbitmap, um zu bestimmen, wo eine Datei gespeichert werden soll.

Darüber hinaus enthält HPFS einige einzigartige spezielle Datenobjekte:

SuperBlock

Der Superblock befindet sich im logischen Sektor 16 und enthält einen Zeiger auf die FNODE des Stammverzeichnisses. Eine der größten Gefahren bei der Verwendung von HPFS ist, dass, wenn der Super Block aufgrund eines schlechten Sektors verloren geht oder beschädigt wird, der Inhalt der Partition auch dann, wenn der Rest des Laufwerks in Ordnung ist. Es wäre möglich, die Daten auf dem Laufwerk wiederherzustellen, indem alles auf ein anderes Laufwerk mit einem guten Sektor 16 kopiert und der Super Block neu erstellt wird. Dies ist jedoch eine sehr komplexe Aufgabe.

Ersatzblock

Der Ersatzblock befindet sich im logischen Sektor 17 und enthält eine Tabelle mit "Hotfixes" und dem Spare Directory-Block. Wenn unter HPFS ein schlechter Sektor erkannt wird, wird der Eintrag "Hot Fixes" verwendet, um logisch auf einen vorhandenen guten Sektor anstelle des schlechten Sektors zu verweisen. Diese Technik zur Behandlung von Schreibfehlern wird als Hot Fixing bezeichnet.

Hot Fixing ist eine Technik, bei der ein Fehler aufgrund eines fehlerhaften Sektors auftritt, das Dateisystem die Informationen in einen anderen Sektor verschiebt und den ursprünglichen Sektor als schlecht kennzeichnet. Dies alles erfolgt transparent für alle Anwendungen, die Datenträger-E/A ausführen (d. h. die Anwendung weiß nie, dass probleme mit der Festplatte aufgetreten sind). Durch die Verwendung eines Dateisystems, das hot fixing unterstützt, werden Fehlermeldungen wie die FAT-Fehlermeldung "Abbrechen, Wiederholen oder Fehlschlagen?" beseitigt, die auftritt, wenn ein schlechter Sektor auftritt.

Hinweis

Die version von HPFS, die in Windows NT enthalten ist, unterstützt keine Hot Fixing.

Vorteile von HPFS

HPFS eignet sich am besten für Laufwerke im Bereich von 200-400 MB. Weitere Informationen zu den Vorteilen von HPFS finden Sie in den folgenden Themen:

  • Windows NT Server "Konzepte und Planungshandbuch", Kapitel 5, Abschnitt "Auswählen eines Dateisystems"

  • Windows NT Workstation 4.0 Resource Kit, Kapitel 18, "Auswählen eines Dateisystems"

  • Windows NT Server 4.0 Resource Kit "Ressourcenhandbuch", Kapitel 3, Abschnitt "Welches Dateisystem soll auf welchen Volumes verwendet werden"

Nachteile von HPFS

Aufgrund des aufwands in HPFS ist es keine sehr effiziente Wahl für ein Volumen von weniger als 200 MB. Darüber hinaus kommt es bei Volumes, die größer als 400 MB sind, zu leistungseinbußen. Sie können die Sicherheit auf HPFS unter Windows NT nicht festlegen.

HPFS wird nur unter den Windows NT-Versionen 3.1, 3.5 und 3.51 unterstützt. Windows NT 4.0 kann nicht auf HPFS-Partitionen zugreifen.

Weitere Nachteile von HPFS finden Sie in den folgenden Themen:

  • Windows NT Server "Konzepte und Planungshandbuch", Kapitel 5, Abschnitt "Auswählen eines Dateisystems"

  • Windows NT Workstation 4.0 Resource Kit, Kapitel 18, "Auswählen eines Dateisystems"

  • Windows NT Server 4.0 Resource Kit "Ressourcenhandbuch", Kapitel 3, Abschnitt "Welches Dateisystem soll auf welchen Volumes verwendet werden"

NTFS-Übersicht

Aus Benutzersicht organisiert NTFS Weiterhin Dateien in Verzeichnissen, die wie HPFS sortiert werden. Im Gegensatz zu FAT oder HPFS gibt es jedoch keine "speziellen" Objekte auf dem Datenträger, und es besteht keine Abhängigkeit von der zugrunde liegenden Hardware, z. B. 512-Byte-Sektoren. Darüber hinaus gibt es keine speziellen Speicherorte auf der Festplatte, z. B. FAT-Tabellen oder HPFS-Superblöcke.

Die Ziele von NTFS sind:

  • Zuverlässigkeit, die besonders für High-End-Systeme und Dateiserver wünschenswert ist

  • Eine Plattform für zusätzliche Funktionen

  • Unterstützen von POSIX-Anforderungen

  • Beseitigung der Einschränkungen der FAT- und HPFS-Dateisysteme

Zuverlässigkeit

Um die Zuverlässigkeit von NTFS zu gewährleisten, wurden drei Hauptbereiche angesprochen: Wiederherstellbarkeit, Beseitigung schwerwiegender Einzelsektorsfehler und Hot Fixing.

NTFS ist ein wiederherstellbares Dateisystem, da es Transaktionen mit dem Dateisystem nachverfolgt. Wenn ein CHKDSK für FAT oder HPFS ausgeführt wird, wird die Konsistenz der Zeiger innerhalb der Verzeichnis-, Zuordnungs- und Dateitabellen überprüft. Unter NTFS wird ein Protokoll von Transaktionen für diese Komponenten beibehalten, sodass CHKDSK nur Transaktionen auf den letzten Commitpunkt zurücksetzen muss, um die Konsistenz im Dateisystem wiederherzustellen.

Wenn unter FAT oder HPFS ein Sektor, in dem sich eines der speziellen Objekte des Dateisystems befindet, fehlschlägt, tritt ein einzelner Sektorfehler auf. NTFS vermeidet dies auf zwei Arten: erstens, indem keine speziellen Objekte auf dem Datenträger verwendet werden und alle Objekte, die sich auf dem Datenträger befinden, nachverfolgt und geschützt werden. Zweitens werden unter NTFS mehrere Kopien (die Anzahl hängt von der Volumegröße ab) der Masterdateitabelle beibehalten.

Ähnlich wie bei Betriebssystem-/2-Versionen von HPFS unterstützt NTFS hot fixing.

Funktionalität hinzugefügt

Eines der wichtigsten Designziele von Windows NT auf jeder Ebene besteht darin, eine Plattform bereitzustellen, die hinzugefügt und darauf aufbauen kann, und NTFS ist keine Ausnahme. NTFS bietet eine umfassende und flexible Plattform für andere Dateisysteme, die verwendet werden können. Darüber hinaus unterstützt NTFS das Windows NT-Sicherheitsmodell vollständig und unterstützt mehrere Datenströme. Eine Datendatei ist kein einzelner Datenstrom mehr. Schließlich kann ein Benutzer unter NTFS seine eigenen benutzerdefinierten Attribute zu einer Datei hinzufügen.

POSIX-Unterstützung

NTFS ist das posix.1-konformste der unterstützten Dateisysteme, da es die folgenden POSIX.1-Anforderungen unterstützt:

Benennung unter Beachtung der Groß-/Kleinschreibung:

Unter POSIX sind README.TXT, Readme.txt und readme.txt alle unterschiedliche Dateien.

Zusätzlicher Zeitstempel:

Der zusätzliche Zeitstempel gibt den Zeitpunkt an, zu dem zuletzt auf die Datei zugegriffen wurde.

Hardlinks:

Eine feste Verknüpfung ist, wenn zwei verschiedene Dateinamen, die sich in verschiedenen Verzeichnissen befinden können, auf dieselben Daten verweisen.

Entfernen von Einschränkungen

Erstens hat NTFS die Größe von Dateien und Volumes erheblich erhöht, sodass sie jetzt bis zu 2^64 Bytes (16 Exabyte oder 18.446.744.073.709.551.616 Bytes) betragen können. NTFS ist auch auf das FAT-Konzept von Clustern zurückgekehrt, um HPFS-Probleme mit einer festen Sektorgröße zu vermeiden. Dies wurde durchgeführt, da Windows NT ein tragbares Betriebssystem ist und zu einem bestimmten Zeitpunkt wahrscheinlich eine andere Datenträgertechnologie auftritt. Daher wurden 512 Bytes pro Sektor als große Möglichkeit angesehen, nicht immer für die Zuordnung geeignet zu sein. Dies wurde erreicht, indem der Cluster als Vielfache der natürlichen Zuordnungsgröße der Hardware definiert werden konnte. Schließlich sind in NTFS alle Dateinamen Unicode-basiert, und 8.3-Dateinamen werden zusammen mit langen Dateinamen beibehalten.

Vorteile von NTFS

NTFS eignet sich am besten für Volumes von etwa 400 MB oder mehr. Dies liegt daran, dass die Leistung unter NTFS nicht beeinträchtigt wird, wie unter FAT, mit größeren Volumengrößen.

Die wiederherstellbarkeit, die in NTFS entwickelt wurde, ist so, dass ein Benutzer niemals irgendeine Art von Datenträgerreparaturdienstprogramm auf einer NTFS-Partition ausführen muss. Weitere Vorteile von NTFS finden Sie in den folgenden Themen:

  • Windows NT Server "Konzepte und Planungshandbuch", Kapitel 5, Abschnitt "Auswählen eines Dateisystems"

  • Windows NT Workstation 4.0 Resource Kit, Kapitel 18, "Auswählen eines Dateisystems"

  • Windows NT Server 4.0 Resource Kit "Ressourcenhandbuch", Kapitel 3, Abschnitt "Welches Dateisystem soll auf welchen Volumes verwendet werden"

Nachteile von NTFS

Es wird nicht empfohlen, NTFS auf einem Volume zu verwenden, das kleiner als ca. 400 MB ist, da der Speicherplatzaufwand für NTFS beträgt. Dieser Speicherplatzaufwand liegt in Form von NTFS-Systemdateien, die in der Regel mindestens 4 MB Speicherplatz auf einer 100-MB-Partition verwenden.

Derzeit ist keine Dateiverschlüsselung in NTFS integriert. Daher kann jemand unter MS-DOS oder einem anderen Betriebssystem starten und ein Hilfsprogramm für die Datenträgerbearbeitung auf niedriger Ebene verwenden, um auf einem NTFS-Volume gespeicherte Daten anzuzeigen.

Es ist nicht möglich, eine Diskette mit dem NTFS-Dateisystem zu formatieren; Windows NT formatiert alle Disketten mit dem FAT-Dateisystem, da der in NTFS beteiligte Aufwand nicht auf eine Diskette passt.

Weitere Informationen zu NTFS-Nachteilen finden Sie in den folgenden Themen:

  • Windows NT Server "Konzepte und Planungshandbuch", Kapitel 5, Abschnitt "Auswählen eines Dateisystems"

  • Windows NT Workstation 4.0 Resource Kit, Kapitel 18, "Auswählen eines Dateisystems"

  • Windows NT Server 4.0 Resource Kit "Ressourcenhandbuch", Kapitel 3, Abschnitt "Welches Dateisystem soll auf welchen Volumes verwendet werden"

NTFS-Benennungskonventionen

Datei- und Verzeichnisnamen können bis zu 255 Zeichen lang sein, einschließlich aller Erweiterungen. Bei Namen wird die Groß-/Kleinschreibung beibehalten, die Groß-/Kleinschreibung wird jedoch nicht beachtet. NTFS unterscheidet keine Dateinamen basierend auf dem Fall. Namen können beliebige Zeichen enthalten, mit Ausnahme der folgenden Zeichen:

? " / \ < > * | :

Derzeit können Sie über die Befehlszeile nur Dateinamen mit bis zu 253 Zeichen erstellen.

Hinweis

Zugrunde liegende Hardwareeinschränkungen können zusätzliche Partitionsgrößeneinschränkungen in jedem Dateisystem erzwingen. Insbesondere kann eine Startpartition nur 7,8 GB groß sein, und es gibt eine Einschränkung von 2 Terabyte in der Partitionstabelle.

Weitere Informationen zu den unterstützten Dateisystemen für Windows NT finden Sie im Windows NT Resource Kit.