Omówienie systemów plików FAT, HPFS i NTFS

W tym artykule wyjaśniono różnice między tabelą alokacji plików (FAT), systemem plików o wysokiej wydajności (HPFS) i systemem plików NT (NTFS) w systemie Windows NT oraz ich zaletami i wadami.

Dotyczy: Windows 10 — wszystkie wersje, Windows Server 2012 R2
Oryginalny numer KB: 100108

Uwaga

System HPFS jest obsługiwany tylko w systemie Windows NT w wersjach 3.1, 3.5 i 3.51. System Windows NT 4.0 nie obsługuje partycji HPFS i nie może uzyskać do nich dostępu. Ponadto obsługa systemu plików FAT32 stała się dostępna w systemach Windows 98/Windows 95 OSR2 i Windows 2000.

Omówienie fat

FAT jest zdecydowanie najbardziej uproszczone systemów plików obsługiwanych przez system Windows NT. System plików FAT charakteryzuje się tabelą alokacji plików (FAT), która jest tak naprawdę tabelą, która znajduje się na samej "górze" woluminu. Aby chronić wolumin, na wypadek uszkodzenia jednej z nich przechowywane są dwie kopie pliku FAT. Ponadto tabele FAT i katalog główny muszą być przechowywane w stałej lokalizacji, aby pliki rozruchowe systemu mogły być poprawnie zlokalizowane.

Dysk sformatowany przy użyciu pliku FAT jest przydzielany w klastrach, których rozmiar jest określany na podstawie rozmiaru woluminu. Po utworzeniu pliku w katalogu jest tworzony wpis i ustanawiany jest pierwszy numer klastra zawierający dane. Ten wpis w tabeli FAT wskazuje, że jest to ostatni klaster pliku lub wskazuje następny klaster.

Aktualizowanie tabeli FAT jest bardzo ważne, a także czasochłonne. Jeśli tabela FAT nie jest regularnie aktualizowana, może to prowadzić do utraty danych. Jest to czasochłonne, ponieważ głowice odczytu dysku muszą być zmieniane do ścieżki logicznej dysku zero za każdym razem, gdy tabela FAT jest aktualizowana.

Struktura katalogów FAT nie ma organizacji, a pliki otrzymują pierwszą otwartą lokalizację na dysku. Ponadto system FAT obsługuje tylko atrybuty plików tylko do odczytu, ukryte, systemowe i archiwalne.

Konwencja nazewnictwa FAT

System FAT używa tradycyjnej konwencji nazewnictwa plików 8.3 i wszystkie nazwy plików muszą być tworzone z zestawem znaków ASCII. Nazwa pliku lub katalogu może mieć długość do ośmiu znaków, separator kropki (.) i maksymalnie trzyznakowe rozszerzenie. Nazwa musi zaczynać się literą lub cyfrą i może zawierać dowolne znaki z wyjątkiem następujących znaków:

. " / \ [ ] : ; | = ,

Jeśli którykolwiek z tych znaków jest używany, mogą wystąpić nieoczekiwane wyniki. Nazwa nie może zawierać żadnych spacji.

Następujące nazwy są zarezerwowane:

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

Wszystkie znaki zostaną przekonwertowane na wielkie litery.

Zalety fat

Nie można cofnąć usunięcia w systemie Windows NT w żadnym z obsługiwanych systemów plików. Usuń usunięcie narzędzi, próbując uzyskać bezpośredni dostęp do sprzętu, czego nie można zrobić w systemie Windows NT. Jeśli jednak plik znajdował się na partycji FAT, a system jest ponownie uruchamiany w obszarze MS-DOS, plik może zostać cofnięty. System plików FAT jest najlepszy dla dysków i/lub partycji poniżej około 200 MB, ponieważ fat zaczyna się z bardzo małym obciążeniem. Aby uzyskać dalszą dyskusję na temat zalet fat, zobacz następujące kwestie:

  • Windows NT Server "Concepts and Planning Guide", rozdział 5, sekcja zatytułowana "Wybieranie systemu plików"

  • Windows NT Workstation 4.0 Resource Kit, rozdział 18, "Wybieranie systemu plików"

  • Windows NT Server 4.0 Resource Kit "Przewodnik po zasobach", rozdział 3, sekcja zatytułowana "Który system plików do użycia na których woluminach"

Wady fat

Najlepiej, jeśli używasz dysków lub partycji o rozmiarze ponad 200 MB, nie należy używać systemu plików FAT. Dzieje się tak, ponieważ wraz ze wzrostem rozmiaru woluminu wydajność przy użyciu fat szybko się zmniejszy. Nie można ustawić uprawnień do plików, które są partycjami FAT.

Partycje FAT są ograniczone do maksymalnie 4 Gigabajtów (GB) w systemie Windows NT i 2 GB w usłudze MS-DOS.

Aby zapoznać się z innymi wadami fat, zobacz następujące kwestie:

  • Windows NT Server "Concepts and Planning Guide", rozdział 5, sekcja zatytułowana "Wybieranie systemu plików"

  • Windows NT Workstation 4.0 Resource Kit, rozdział 18, "Wybieranie systemu plików"

  • Microsoft Windows NT Server 4.0 Resource Kit "Przewodnik po zasobach", rozdział 3, sekcja zatytułowana "Który system plików do użycia na których woluminach"

Omówienie systemu HPFS

System plików HPFS został po raz pierwszy wprowadzony z systemem OS/2 1.2, aby umożliwić większy dostęp do większych dysków twardych, które były następnie wyświetlane na rynku. Ponadto konieczne było rozszerzenie systemu nazewnictwa, organizacji i zabezpieczeń nowego systemu plików w celu spełnienia rosnących wymagań rynku serwerów sieciowych. System PLIKÓW HPFS obsługuje organizację katalogów FAT, ale dodaje automatyczne sortowanie katalogu na podstawie nazw plików. Nazwy plików są rozszerzone do maksymalnie 254 podwójnych znaków bajtowych. System PLIKÓW HPFS umożliwia również tworzenie pliku zawierającego "dane" i atrybuty specjalne, aby umożliwić większą elastyczność pod względem obsługi innych konwencji nazewnictwa i zabezpieczeń. Ponadto jednostka alokacji jest zmieniana z klastrów na sektory fizyczne (512 bajtów), co zmniejsza ilość utraconego miejsca na dysku.

W obszarze HPFS wpisy katalogu zawierają więcej informacji niż w obszarze FAT. Oprócz pliku atrybutu zawiera on informacje o modyfikacji, utworzeniu oraz dacie i godzinie dostępu. Zamiast wskazywać pierwszy klaster pliku, wpisy katalogu w systemie HPFS wskazują nazwę FNODE. Funkcja FNODE może zawierać dane pliku lub wskaźniki, które mogą wskazywać dane pliku lub inne struktury, które ostatecznie będą wskazywać dane pliku.

System PLIKÓW HPFS próbuje przydzielić jak najwięcej plików w ciągłych sektorach. Jest to wykonywane w celu zwiększenia szybkości podczas sekwencyjnego przetwarzania pliku.

System PLIKÓW HPFS organizuje dysk w szereg przedziałów o rozmiarze 8 MB i zawsze, gdy jest to możliwe, plik znajduje się w jednym z tych przedziałów. Między każdym z tych przedziałów znajdują się mapy bitowe alokacji 2K, które śledzą, które sektory w paśmie mają i nie zostały przydzielone. Pasmowanie zwiększa wydajność, ponieważ głowica dysku nie musi wracać do logicznej góry (zazwyczaj cylindra 0) dysku, ale do najbliższej mapy bitowej alokacji pasma, aby określić, gdzie plik ma być przechowywany.

Ponadto system HPFS zawiera kilka unikatowych specjalnych obiektów danych:

Superblok

Superblok znajduje się w sektorze logicznym 16 i zawiera wskaźnik do FNODE katalogu głównego. Jednym z największych zagrożeń związanych z używaniem systemu HPFS jest to, że jeśli superblok zostanie utracony lub uszkodzony z powodu złego sektora, podobnie jak zawartość partycji, nawet jeśli reszta dysku jest w porządku. Można odzyskać dane na dysku, kopiując wszystko na inny dysk z dobrym sektorem 16 i odbudowując superblok. Jest to jednak bardzo złożone zadanie.

Zapasowy blok

Zapasowy blok znajduje się w sektorze logicznym 17 i zawiera tabelę "poprawek" i zapasowy blok katalogu. W systemie HPFS, gdy zostanie wykryty zły sektor, wpis "hot fixes" jest używany do logicznego wskazywania istniejącego dobrego sektora zamiast złego sektora. Ta technika obsługi błędów zapisu jest znana jako naprawianie na gorąco.

Naprawianie na gorąco to technika, w której w przypadku wystąpienia błędu z powodu złego sektora system plików przenosi informacje do innego sektora i oznacza oryginalny sektor jako zły. To wszystko jest przezroczyste dla wszystkich aplikacji, które wykonują operacje we/wy dysku (oznacza to, że aplikacja nigdy nie wie, że wystąpiły problemy z dyskiem twardym). Użycie systemu plików obsługującego rozwiązywanie problemów na gorąco eliminuje komunikaty o błędach, takie jak komunikat o błędzie FAT "Abort, Retry, or Fail?", który występuje w przypadku wystąpienia złego sektora.

Uwaga

Wersja systemu HPFS dołączona do systemu Windows NT nie obsługuje naprawiania na gorąco.

Zalety systemu HPFS

System HPFS jest najlepszy w przypadku dysków z zakresu od 200 do 400 MB. Aby uzyskać więcej informacji na temat zalet systemu HPFS, zobacz następujące kwestie:

  • Windows NT Server "Concepts and Planning Guide", rozdział 5, sekcja zatytułowana "Wybieranie systemu plików"

  • Windows NT Workstation 4.0 Resource Kit, rozdział 18, "Wybieranie systemu plików"

  • Windows NT Server 4.0 Resource Kit "Przewodnik po zasobach", rozdział 3, sekcja zatytułowana "Który system plików do użycia na których woluminach"

Wady systemu HPFS

Ze względu na obciążenie związane z hpfs, nie jest to bardzo skuteczny wybór dla woluminu poniżej około 200 MB. Ponadto w przypadku woluminów większych niż około 400 MB nastąpi pewien spadek wydajności. Nie można ustawić zabezpieczeń w systemie HPFS w systemie Windows NT.

System HPFS jest obsługiwany tylko w systemie Windows NT w wersjach 3.1, 3.5 i 3.51. System Windows NT 4.0 nie może uzyskać dostępu do partycji SYSTEMU PLIKÓW HPFS.

Aby uzyskać dodatkowe wady systemu PLIKÓW HPFS, zobacz następujące kwestie:

  • Windows NT Server "Concepts and Planning Guide", rozdział 5, sekcja zatytułowana "Wybieranie systemu plików"

  • Windows NT Workstation 4.0 Resource Kit, rozdział 18, "Wybieranie systemu plików"

  • Windows NT Server 4.0 Resource Kit "Przewodnik po zasobach", rozdział 3, sekcja zatytułowana "Który system plików do użycia na których woluminach"

Omówienie systemu plików NTFS

Z punktu widzenia użytkownika system plików NTFS nadal organizuje pliki w katalogi, które, podobnie jak hpfs, są sortowane. Jednak w przeciwieństwie do systemu FAT lub HPFS na dysku nie ma żadnych "specjalnych" obiektów i nie ma zależności od podstawowego sprzętu, takiego jak sektory 512-bajtowe. Ponadto na dysku nie ma specjalnych lokalizacji, takich jak tabele FAT lub superbloki HPFS.

Celem systemu plików NTFS jest zapewnienie następujących celów:

  • Niezawodność, która jest szczególnie pożądana w przypadku systemów wysokiej klasy i serwerów plików

  • Platforma do dodawania funkcji

  • Obsługa wymagań posix

  • Usuwanie ograniczeń systemów plików FAT i HPFS

Niezawodność

Aby zapewnić niezawodność systemu plików NTFS, rozwiązano trzy główne obszary: odzyskiwanie, usuwanie krytycznych awarii pojedynczego sektora i naprawianie na gorąco.

NTFS to system plików, który można odzyskać, ponieważ śledzi transakcje w systemie plików. Gdy zestaw CHKDSK jest wykonywany w systemie FAT lub HPFS, sprawdzana jest spójność wskaźników w katalogu, alokacji i tabelach plików. W systemie plików NTFS dziennik transakcji względem tych składników jest utrzymywany tak, aby zestaw CHKDSK musiał wycofać tylko transakcje do ostatniego punktu zatwierdzania, aby odzyskać spójność w systemie plików.

W systemie FAT lub HPFS, jeśli sektor będący lokalizacją jednego z obiektów specjalnych systemu plików ustępuje, wystąpi awaria pojedynczego sektora. System plików NTFS unika tego na dwa sposoby: po pierwsze, nie używając obiektów specjalnych na dysku oraz śledząc i chroniąc wszystkie obiekty znajdujące się na dysku. Po drugie w systemie PLIKÓW NTFS jest przechowywanych wiele kopii (liczba zależy od rozmiaru woluminu) głównej tabeli plików.

Podobnie jak w przypadku systemów operacyjnych/2 systemu HPFS system PLIKÓW NTFS obsługuje naprawianie na gorąco.

Dodano funkcjonalność

Jednym z głównych celów projektowych systemu Windows NT na każdym poziomie jest zapewnienie platformy, która może być dodawana i oparta na systemie plików NTFS, nie jest wyjątkiem. System PLIKÓW NTFS zapewnia rozbudowaną i elastyczną platformę umożliwiającą korzystanie z innych systemów plików. Ponadto system NTFS w pełni obsługuje model zabezpieczeń systemu Windows NT i obsługuje wiele strumieni danych. Plik danych nie jest już pojedynczym strumieniem danych. Na koniec w obszarze NTFS użytkownik może dodać własne atrybuty zdefiniowane przez użytkownika do pliku.

Obsługa POSIX

SYSTEM PLIKÓW NTFS jest najbardziej zgodny ze standardem POSIX.1 obsługiwanych systemów plików, ponieważ obsługuje następujące wymagania posix.1:

Nazewnictwo uwzględniające wielkość liter:

W obszarze POSIX wszystkie pliki to README.TXT, Readme.txt i readme.txt.

Dodatkowy sygnatura czasowa:

Dodatkowy sygnatura czasowa określa czas ostatniego uzyskania dostępu do pliku.

Twarde linki:

Twarde łącze polega na tym, że dwie różne nazwy plików, które mogą znajdować się w różnych katalogach, wskazują te same dane.

Usuwanie ograniczeń

Po pierwsze system PLIKÓW NTFS znacznie zwiększył rozmiar plików i woluminów, dzięki czemu mogą one teraz wynosić do 2^64 bajtów (16 eksabajtów lub 18 446 744 073 709 551 616 bajtów). System PLIKÓW NTFS powrócił również do koncepcji fat klastrów, aby uniknąć problemu HPFS o stałym rozmiarze sektora. Zostało to zrobione, ponieważ system Windows NT jest przenośnym systemem operacyjnym i w pewnym momencie prawdopodobnie napotkana zostanie inna technologia dyskowa. W związku z tym 512 bajtów na sektor był postrzegany jako mający dużą możliwość nie zawsze jest dobrym rozwiązaniem dla alokacji. Zostało to osiągnięte przez umożliwienie zdefiniowania klastra jako wielokrotności naturalnego rozmiaru alokacji sprzętu. Na koniec w systemie PLIKÓW NTFS wszystkie nazwy plików są oparte na systemie Unicode, a nazwy plików 8.3 są przechowywane wraz z długimi nazwami plików.

Zalety systemu PLIKÓW NTFS

System PLIKÓW NTFS jest najlepszy do użycia na woluminach o rozmiarze około 400 MB lub większym. Dzieje się tak, ponieważ wydajność nie ulega pogorszeniu w systemie PLIKÓW NTFS, tak jak w przypadku systemu FAT, przy większych rozmiarach woluminów.

Możliwość odzyskiwania zaprojektowana w systemie PLIKÓW NTFS jest taka, że użytkownik nigdy nie powinien uruchamiać jakiegokolwiek narzędzia do naprawy dysku na partycji NTFS. Aby uzyskać dodatkowe zalety systemu plików NTFS, zobacz następujące kwestie:

  • Windows NT Server "Concepts and Planning Guide", rozdział 5, sekcja zatytułowana "Wybieranie systemu plików"

  • Windows NT Workstation 4.0 Resource Kit, rozdział 18, "Wybieranie systemu plików"

  • Windows NT Server 4.0 Resource Kit "Przewodnik po zasobach", rozdział 3, sekcja zatytułowana "Który system plików do użycia na których woluminach"

Wady systemu PLIKÓW NTFS

Nie zaleca się używania systemu PLIKÓW NTFS na woluminie mniejszym niż około 400 MB ze względu na ilość miejsca związanego z systemem PLIKÓW NTFS. To obciążenie miejsca jest w postaci plików systemowych NTFS, które zwykle używają co najmniej 4 MB miejsca na dysku na partycji 100 MB.

Obecnie w systemie PLIKÓW NTFS nie jest wbudowane szyfrowanie plików. W związku z tym ktoś może uruchomić w systemie MS-DOS lub innym systemie operacyjnym i użyć narzędzia do edycji dysku niskiego poziomu, aby wyświetlić dane przechowywane na woluminie NTFS.

Nie można sformatować dyskietki z systemem plików NTFS; System Windows NT formatuje wszystkie dyskietki z systemem plików FAT, ponieważ obciążenie związane z ntfs nie zmieści się na dyskietce.

Aby uzyskać dalszą dyskusję na temat wad systemu plików NTFS, zobacz następujące kwestie:

  • Windows NT Server "Concepts and Planning Guide", rozdział 5, sekcja zatytułowana "Wybieranie systemu plików"

  • Windows NT Workstation 4.0 Resource Kit, rozdział 18, "Wybieranie systemu plików"

  • Windows NT Server 4.0 Resource Kit "Przewodnik po zasobach", rozdział 3, sekcja zatytułowana "Który system plików do użycia na których woluminach"

Konwencje nazewnictwa NTFS

Nazwy plików i katalogów mogą mieć długość do 255 znaków, w tym wszelkie rozszerzenia. Nazwy zachowują wielkość liter, ale nie uwzględniają wielkości liter. System plików NTFS nie rozróżnia nazw plików na podstawie wielkości liter. Nazwy mogą zawierać dowolne znaki, z wyjątkiem następujących:

? " / \ < > * | :

Obecnie w wierszu polecenia można tworzyć tylko nazwy plików o rozmiarze do 253 znaków.

Uwaga

Podstawowe ograniczenia sprzętowe mogą nakładać dodatkowe ograniczenia rozmiaru partycji w dowolnym systemie plików. W szczególności partycja rozruchowa może mieć rozmiar tylko 7,8 GB, a w tabeli partycji istnieje ograniczenie 2 terabajtów.

Aby uzyskać więcej informacji na temat obsługiwanych systemów plików dla systemu Windows NT, zobacz Windows NT Resource Kit.