FAT、HPFS 和 NTFS 文件系统概述

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本文内容

概要

本文介绍了 Windows NT 下的 FAT、HPFS 和 NTFS 文件系统的不同之处及其各自的优缺点。本文分为以下几个部分:

  • FAT 概述
  • HPFS 概述
  • NTFS 概述
注意:只有 Windows NT 3.1、3.5 和 3.51 版支持 HPFS。Windows NT 4.0 不支持且无法访问 HPFS 分区。此外,只有 Windows 98/95 和 Windows 2000 才支持 FAT32 文件系统。

更多信息

FAT 概述

FAT 是迄今 Windows NT 支持的最简单的文件系统。FAT 文件系统的特点在于文件分配表 (FAT),这是一个真正的表,它位于卷的最“顶端”。为了保护卷,最好保留两份 FAT 副本,以防其中之一损坏。此外,两个 FAT 表和根目录必须存储在一个固定位置,以方便正确找到系统的启动文件。

使用 FAT 格式化的磁盘以簇为单位进行分配,簇的大小由卷的大小决定。当一个文件被创建时,在目录中就会创建一项,而包含数据的第一个簇号也会建立。FAT 表中的该项或者指示这是文件的最后一个簇,或者指向下一个簇。

更新 FAT 表非常重要,但也相当耗时。不定期更新 FAT 表会导致数据丢失。而费时的原因在于,每次更新 FAT 表时,磁盘读取头都必须重新回到驱动器的 0 逻辑磁道处。

FAT 目录结构没有组织,而且赋予文件的是驱动器上的第一个打开位置。此外,FAT 只支持只读、隐藏、系统和存档文件属性。

FAT 命名规则

FAT 使用传统的 8.3 文件命名规则,所有文件名必须使用 ASCII 字符集创建。文件或目录的名称最多可为 8 个字符,之后是一个句点 (.) 分隔符,再加上最多 3 个字符的扩展。名称必须以字母或数字打头,其中可以包含除以下字符外的任何字符:
   . " / \ [ ] : ; | = ,
				
使用上述字符可能会产生意外结果。名称中不能包含空格。

下列名称为系统保留名称:
CON、AUX、COM1、COM2、COM3、COM4、LPT1、LPT2、LPT3、PRN、NUL
				
所有字符都将转换为大写。

FAT 的优点

不能在 Windows NT 下的任何一种受支持的文件系统上执行撤消删除操作。撤消删除实用工具试图直接访问硬件,这在 Windows NT 下是不可行的。但是,如果文件位于 FAT 分区,并且系统重新启动为 MS-DOS 模式,就可以撤消删除文件。FAT 只需极少的开销就可以启动,因此,FAT 文件系统最适用于大约 200 MB 以下的驱动器和/或分区。有关 FAT 优点的进一步讨论,请参见下列文章:
  • 《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 的缺点

使用超过 200 MB 的驱动器或分区时,还是不要使用 FAT 文件系统。这是因为当卷容量增大时,FAT 的性能会快速降低。您无法对 FAT 分区的文件设置权限。

在 Windows NT 下,FAT 分区大小的上限为 4 GB,在 MS-DOS 中为 2 GB。有关此限制的其他信息,请参见下面的 Microsoft 知识库文章:
文章 ID: 118335
使用 FAT16 文件系统最大化分区大小
有关 FAT 的其他缺点的进一步讨论,请参见下列文章:
  • 《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 概述

HPFS 文件系统最早是随 OS/2 1.2 引入的,目的是提高访问当时市场上出现的更大硬盘的能力。此外,当时也需要一个新的可以扩展命名系统、组织性和安全性的文件系统,以便满足网络服务器市场日益增长的需求。HPFS 保留了 FAT 的目录组织,同时增加了基于文件名的自动目录排序功能。文件名扩展到最多可为 254 个双字节字符。HPFS 还允许由“数据”和特殊属性组成文件,从而在支持其他命名规则和安全性方面增加了灵活性。此外,分配单位也从簇改为物理扇区(512 字节),这减少了磁盘空间的浪费。

在 HPFS 下,目录项包含的信息比在 FAT 下更多。至于属性文件,则还包括有关修改、创建、访问日期和时间的信息。在 HPFS 下,目录项不是指向文件的第一个簇,而是指向 FNODE。FNODE 可以包含文件的数据、指向文件的数据的指针或其他最终指向文件的数据的结构。

HPFS 试图将一个文件尽可能分配在连续的扇区内。这样做是为了提高连续处理文件的速度。

HPFS 将一个驱动器组织成一系列的 8 MB 频带,并且只要有可能文件就包含在其中一个频带中。频带与频带之间为 2K 的分配位图,用来跟踪一个频带内哪些扇区已分配,哪些扇区尚未分配。分频带可以提高性能,原因是驱动器头不必回到磁盘的逻辑顶部(通常是 0 柱面),而只需回到最近的频带分配位图就可以判断文件的存储位置。

此外,HPFS 还包括两个唯一的特殊数据对象:

超级块

超级块位于逻辑扇区 16 处,它包含一个指向根目录的 FNODE 的指针。使用 HPFS 的最大风险之一是,如果因坏扇区导致超级块丢失或损坏,分区的内容也会损坏,即使驱动器的其余部分都很好。通过将所有内容复制到另一个具有好的扇区 16 的驱动器上并重建超级块的办法,有可能恢复驱动器上的数据。但是,这是一个非常复杂的任务。

备用块

备用块位于逻辑扇区 17 处,它包含一个“修复”表和备用目录块。在 HPFS 下,当检测到一个坏扇区时,“修复”项即被用来逻辑地指向一个现有的好扇区来替代坏扇区。这种处理写入错误的技术称为修复。

所谓修复技术,就是在因坏扇区导致发生错误时,文件系统会将信息移到另一个扇区中,同时将原来的扇区标记为坏扇区。这些过程对于所有正在执行磁盘 I/O 操作的应用程序而言都是透明的(也就是说,应用程序完全不知道硬盘出过问题)。使用支持修复的文件系统可以消除像 FAT 遇到坏扇区时出现的“Abort, Retry, or Fail?”这样的错误信息。

注意:Windows NT 附带的 HPFS 版本不支持修复。

HPFS 的优点

HPFS 最适用于 200-400 MB 范围的驱动器。有关 HPFS 的优点的更多讨论,请参见下列文章:
  • 《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 的缺点

由于 HPFS 带来的系统开销,因此,大约 200 MB 以下的卷最好不要选择使用此文件系统。此外,对于大约 400 MB 以上的卷,使用此文件系统会出现性能下降。在 Windows NT 下,您不能对 HPFS 设置安全性。

只有 Windows NT 3.1、3.5 和 3.51 版支持 HPFS。Windows NT 4.0 不能访问 HPFS 分区。

有关 HPFS 的其他缺点,请参见下列文章:

  • 《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 概述

从用户的视角来看,NTFS 继续将文件组织成目录,目录也像在 HPFS 中一样被排序。但是,与 FAT 或 HPFS 不同的是,NTFS 在磁盘上没有“特殊”对象,而且对诸如 512 字节扇区之类的基础硬件也没有依赖性。此外,磁盘上没有像 FAT 表或 HPFS 超级块这样的特殊位置。

NTFS 主要是提供:
  • 可靠性,高端系统和文件服务器尤其需要这一点
  • 用于新增功能的平台
  • 支持 POSIX 要求
  • 消除 FAT 和 HPFS 文件系统的限制

可靠性

为了确保 NTFS 的可靠性,以下三个主要问题已得到解决:可恢复性、排除致命的单一扇区的故障以及修复。

NTFS 是一个可恢复的文件系统,因为它能跟踪针对文件系统的事务。在 FAT 或 HPFS 上执行 CHKDSK 时,系统会检查目录、分配和文件表中指针的一致性。在 NTFS 下,系统会维护针对这些组件的事务日志,因此,CHKDSK 只需将事务回滚到上一个提交点就可以恢复文件系统中的一致性。

在 FAT 或 HPFS 下,如果文件系统的一个特殊对象所在的扇区发生故障,就会发生单一扇区故障。NTFS 通过两种方式来避免出现这一问题:首先,不使用磁盘上的特殊对象,而是跟踪并保护磁盘上的所有对象。其次,在 NTFS 下保存主文件表的多个副本(数量视卷大小而定)。

与 OS/2 版本的 HPFS 相似,NTFS 也支持修复。

新增功能

Windows NT 在各级别上的主要设计目的之一,就是提供一个可以在上面新增与建立的平台,就此而言,NTFS 也不例外。NTFS 提供了一个可供其他文件系统使用的丰富而灵活的平台。此外,NTFS 完全支持 Windows NT 安全模式和多重数据流。一个数据文件不再只是一个数据流。最后,在 NTFS 下,用户可以将自己定义的属性添加到文件中。

POSIX 支持

在所有受支持的文件系统中,NTFS 最符合 POSIX.1,原因是它支持以下 POSIX.1 要求:

区分大小写的命名:

在 POSIX 下,README.TXT、Readme.txt 和 readme.txt 代表不同的文件。

额外的时间戳:

额外的时间戳提供上次访问文件的时间。

硬链接:

硬链接是指两个可以位于不同目录的不同文件名指向相同的数据。

消除限制

首先,NTFS 大大增加了文件和卷的大小,文件和卷现在可以达到 2^64 字节(16 EB 或 18,446,744,073,709,551,616 字节)。NTFS 也恢复了 FAT 的簇概念,以避免发生固定扇区大小的 HPFS 问题。这样做的原因是 Windows NT 是一个便携式操作系统,并且很可能在某点上遇到不同的磁盘技术。因此,每扇区 512 个字节的分配被认为很可能在某些时候不妥当。允许将簇定义为硬件自然分配大小的倍数就可以解决此问题。最后,在 NTFS 中,所有文件名都基于 Unicode,您可以使用 8.3 文件名,也可以使用长文件名。

NTFS 的优点

NTFS 最适合在大约 400 MB 或更大的卷上使用。这是因为在 NTFS 下性能不降低,而 FAT 对于较大的卷则是低效的。

NTFS 的可恢复性设计是指用户在 NTFS 分区上完全不必运行任何磁盘修复工具。有关 NTFS 的其他优点,请参见下列文章:
  • 《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 的缺点

小于大约 400 MB 的卷不适合使用 NTFS,原因是 NTFS 会带来空间开销。该空间开销的形式为 NTFS 系统文件,通常在 100 MB 分区上至少用掉 4 MB 的驱动器空间。

目前 NTFS 不含文件加密。因此,人们可以在 MS-DOS 或其他操作系统下启动,然后使用低级磁盘编辑工具来查看 NTFS 卷上存储的数据。

不能使用 NTFS 文件系统格式化软盘;Windows NT 会使用 FAT 文件系统格式化所有软盘,原因是软盘承担不了 NTFS 带来的开销。

有关 NTFS 缺点的进一步讨论,请参见下列文章:
  • 《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 命名规则

文件和目录的名称长度最多可以为 255 个字符(包括任何扩展)。名称保留大小写,但是不区分大小写。NTFS 不根据大小写来区分文件名。名称可以包含除下列字符以外的任何字符:
   ?  "  /  \  <  >  *  |  :
				
目前,您只能从命令行上创建最多 253 个字符的文件名。

注意:基础硬件限制可能会对任何文件系统施加额外的分区大小限制。尤其是,引导分区大小限于 7.8 GB,分区表大小限于 2 TB。

有关 Windows NT 支持的文件系统的更多信息,请参见 Windows NT Resource Kit。

属性

文章编号: 100108 - 最后修改: 2005年8月12日 - 修订: 5.1
这篇文章中的信息适用于:
  • Microsoft Windows NT Advanced Server 3.1
  • Microsoft Windows NT Workstation 3.1
  • Microsoft Windows NT Advanced Server 3.1
  • Microsoft Windows NT Workstation 4.0 开发员版
  • Microsoft Windows NT Server 3.51
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