Übersicht über die Dateisysteme FAT, HPFS und NTFS

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Zusammenfassung

Dieser Artikel erläutert die Unterschiede zwischen den Dateisystemen FAT, HPFS und NTFS unter Windows NT sowie deren Vor- und Nachteile. Er besteht aus folgenden Teilen:

  • Übersicht über FAT
  • Übersicht über HPFS
  • Übersicht über NTFS
Hinweis: HPFS wird nur von Windows NT, Version 3.1, 3.5 und 3.51 unterstützt. Windows NT 4.0 unterstützt HPFS-Partitionen nicht und kann auch nicht auf sie zugreifen. Das FAT32-Dateisystem wird nur von Windows 98/95 und Windows 2000 unterstützt.

Weitere Informationen

Übersicht über FAT

FAT ist das bei weitem einfachste der von Windows NT unterstützten Dateisysteme. Das Charakteristikum des FAT-Dateisystems ist die FAT (File Allocation Table - Dateizuordnungstabelle). Dabei handelt es sich um eine Tabelle, die sich "an der Spitze" des Datenträgers befindet. Als Schutzmaßnahme für den Datenträger werden für den Fall, dass eine FAT beschädigt wird, zwei Exemplare der FAT angelegt. Darüber hinaus müssen die FAT-Tabellen und das Stammverzeichnis an einem festen Speicherort gespeichert sein, damit die Boot-Dateien des Systems ordnungsgemäß gefunden werden können.

Eine FAT-formatierte Festplatte wird in Cluster eingeteilt, deren Größe von der Größe des Datenträgers abhängt. Wenn eine Datei angelegt wird, wird im Verzeichnis ein Eintrag erstellt, und die Nummer des ersten Clusters, der Daten enthält, wird festgelegt. Der Eintrag in der FAT-Tabelle gibt entweder an, dass es sich bei diesem Cluster um den letzten in der Datei handelt, oder er verweist auf den nächsten Cluster.

Die Aktualisierung der FAT-Tabelle ist äußerst wichtig, gleichzeitig aber auch zeitaufwändig. Wird die FAT-Tabelle nicht regelmäßig aktualisiert, kann es zu Datenverlusten kommen. Die Aktualisierung ist zeitaufwändig, weil die Leseköpfe der Festplatte bei jeder Aktualisierung der FAT-Tabelle neu an der logischen Spur 0 der Festplatte positioniert werden müssen.

Die FAT-Verzeichnisstruktur ist nicht speziell organisiert. Dateien werden an der ersten verfügbaren Stelle auf dem Laufwerk gespeichert. Darüber hinaus unterstützt FAT ausschließlich die Dateiattribute "Schreibgeschützt", "Versteckt", "System" und "Archiv".

FAT-Benennungskonventionen

FAT verwendet die traditionelle 8.3-Benennungskonvention für Dateien. Darüber hinaus müssen alle Dateinamen aus Zeichen des ASCII-Zeichensatzes bestehen. Der Name einer Datei oder eines Verzeichnisses kann bis zu acht Zeichen lang sein, dann folgen ein Punkt (.) als Trennzeichen und eine Erweiterung von bis zu drei Zeichen Länge. Der Name muss mit einem Buchstaben oder einer Ziffer beginnen und kann jedes beliebige Zeichen mit Ausnahme der folgenden enthalten:
   . " / \ [ ] : ; | = ,
				
Wird eines der oben genannten Zeichen benutzt, kann es zu unvorhersehbaren Ergebnissen kommen. Ein Dateiname darf keine Leerzeichen enthalten.

Folgende Dateinamen sind reserviert:
   CON, AUX, COM1, COM2, COM3, COM4, LPT1, LPT2, LPT3, PRN, NUL
				
Alle Zeichen werden in Großbuchstaben umgewandelt.

Vorteile von FAT

Unter Windows NT kann bei keinem der unterstützten Dateisysteme das Löschen rückgängig gemacht werden. Die entsprechenden Dienstprogramme versuchen, direkt auf die Hardware zuzugreifen, was unter Windows NT nicht möglich ist. Wenn sich die Datei jedoch in einer FAT-Partition befand und das System unter MS-DOS neu gestartet wird, lässt sich das Löschen der Datei rückgängig machen. Das FAT-Dateisystem ist am besten geeignet für Laufwerke und/oder Partitionen mit einer Größe von bis zu etwa 200 MB, da beim FAT-System nur sehr wenig Verwaltungsaufwand entsteht. Weitere Ausführungen zu den Vorteilen von FAT finden Sie in folgenden Quellen:
  • Microsoft Windows NT Server "Concepts and Planning Guide" (Entwurfs- und Planungshandbuch), Kapitel 5, Abschnitt mit dem Titel "Choosing a File System" (Auswählen des Dateisystems)
  • Microsoft Windows NT Workstation 4.0 Resource Kit (Technische Referenz), Kapitel 18, "Choosing a File System" (Auswählen des Dateisystems)
  • Microsoft Windows NT Server 4.0 Resource Kit "Resource Guide" (Technische Referenz "Ressourcen-Handbuch"), Kapitel 3, Abschnitt mit dem Titel "Which File System to Use on Which Volumes" (Verwendung verschiedener Dateisysteme je nach Datenträger)

Nachteile von FAT

Für Laufwerke oder Partitionen von mehr als 200 MB sollte das FAT-Dateisystem möglichst nicht verwendet werden, weil die Systemleistung bei FAT mit wachsender Größe des Datenträgers schnell abnimmt. Darüber hinaus ist es nicht möglich, für Dateien in FAT-Partitionen Berechtigungen zu setzen.

FAT-Partitionen sind unter Windows NT auf eine Größe von 4 Gigabytes (GB) bzw. unter MS-DOS auf eine Größe von 2 GB beschränkt. Weitere Informationen zu dieser Beschränkung finden Sie in folgendem Artikel in der Microsoft Knowledge Base:
ARTIKEL-ID: 118335
TITEL: Maximale Partitionsgröße bei MS-DOS
Weitere Ausführungen zu sonstigen Nachteilen von FAT finden Sie in folgenden Quellen:
  • Microsoft Windows NT Server "Concepts and Planning Guide" (Entwurfs- und Planungshandbuch), Kapitel 5, Abschnitt mit dem Titel "Choosing a File System" (Auswählen des Dateisystems)
  • Microsoft Windows NT Workstation 4.0 Resource Kit (Technische Referenz), Kapitel 18, "Choosing a File System" (Auswählen des Dateisystems)
  • Microsoft Windows NT Server 4.0 Resource Kit "Resource Guide" (Technische Referenz "Ressourcen-Handbuch"), Kapitel 3, Abschnitt mit dem Titel "Which File System to Use on Which Volumes" (Verwendung verschiedener Dateisysteme je nach Datenträger)

Übersicht über HPFS

Das HPFS-Dateisystem wurde im Zusammenhang mit OS/2 1.2 eingeführt mit dem Ziel, den Zugriff auf die größeren Festplattenlaufwerke zu verbessern, die seinerzeit auf den Markt kamen. Darüber hinaus war ein neues Dateisystem nötig, dessen Benennungssystem, Organisation und Sicherheitsfunktionen den wachsenden Anforderungen des Netzwerkservermarkts gerecht werden konnte. HPFS behält die Verzeichnisorganisation von FAT bei, bietet jedoch ergänzend die automatische Sortierung des Verzeichnisses auf der Basis der Dateinamen an. Die Dateinamen selbst können bis zu 254 Double-Byte-Zeichen lang sein. Außerdem kann eine Datei bei HPFS aus "Daten" und speziellen Attributen bestehen, sodass mehr Flexibilität im Hinblick auf die Unterstützung anderer Benennungskonventionen und Sicherheitsfunktionen möglich ist. Als Zuordnungseinheit gelten auch nicht mehr Cluster, sondern physische Sektoren (512 Bytes), wodurch weniger Platz auf der Festplatte verschwendet wird.

Unter HPFS enthalten die Verzeichniseinträge mehr Informationen als unter FAT. Außer der Attributdatei gehören dazu Informationen zu Datum und Uhrzeit der letzten Änderung, der Erstellung und des letzten Zugriffs. Statt auf den ersten Cluster der Datei verweisen die Verzeichniseinträge unter HPFS auf den FNODE. Der FNODE kann die Daten der Datei oder aber Zeiger enthalten, die auf die Daten der Datei oder auf andere Strukturen verweisen, die ihrerseits letztlich auf die Daten der Datei verweisen.

HPFS versucht, so viel von einer Datei wie möglich in zusammenhängenden Sektoren zu speichern. Dies dient dazu, die Geschwindigkeit bei der sequenziellen Verarbeitung der Datei zu steigern.

HPFS organisiert ein Laufwerk als eine Serie von 8-MB-Bändern, und wenn möglich wird eine Datei in einem solchen Band untergebracht. Zwischen den Bändern befinden sich Zuweisungsbitmaps von 2 KB, in denen verzeichnet wird, welche Sektoren innerhalb eines Bands bereits zugewiesen sind und welche noch nicht. Die Bänder steigern die Systemleistung, da der Lesekopf nicht an die logische Spitze (in der Regel Zylinder 0) der Festplatte zurückzufahren braucht, sondern lediglich die nächste Bandzuweisungsbitmap ansteuern muss, um festzustellen, wo eine Datei gespeichert ist bzw. werden soll.

Darüber hinaus bietet HPFS eine Reihe spezieller Datenobjekte:

Superblock (Super Block)

Der Superblock befindet sich im logischen Sektor 16 und enthält einen Zeiger auf den FNODE des Stammverzeichnisses. Eine der größten Gefahren bei HPFS besteht darin, dass der Superblock aufgrund eines fehlerhaften Sektors verloren geht oder beschädigt wird und dadurch der Inhalt der gesamten Partition verloren geht, selbst wenn das restliche Laufwerk eigentlich keine Beschädigungen aufweist. Es wäre zwar möglich, die Daten auf dem Laufwerk wiederherzustellen, indem man alles auf ein anderes Laufwerk mit einem intakten Sektor 16 kopiert und den Superblock neu aufbaut. Dies ist jedoch ein äußerst komplizierter Vorgang.

Ersatzblock (Spare Block)

Der Ersatzblock befindet sich im logischen Sektor 17 und enthält eine Tabelle von "Hot-Fixes" sowie den Ersatzverzeichnisblock (Spare Directory Block). Wenn unter HPFS ein fehlerhafter Sektor erkannt wird, dient der "Hot-Fixes"-Eintrag dazu, statt auf den fehlerhaften Sektor logisch auf einen vorhandenen, fehlerfreien Sektor zu zeigen. Diese Technik der Behandlung von Schreibfehlern bezeichnet man als "Hot-Fixing".

Beim "Hot-Fixing" verschiebt das Dateisystem im Fall eines Fehlers aufgrund eines fehlerhaften Sektors die entsprechenden Daten in einen anderen Sektor und markiert den ursprünglichen Sektor als fehlerhaft. Dies alles geschieht transparent für alle Anwendungen, die Festplattenschreib- und -lesezugriffe ausführen, d. h. die Anwendung erfährt nicht, dass es Probleme mit der Festplatte gab. Ein Dateisystem, das das "Hot-Fixing" unterstützt, verhindert Fehlermeldungen wie zum Beispiel die Fehlermeldung "Abbrechen, Wiederholen, Fehler?", die das FAT-System ausgibt, wenn es einen fehlerhaften Sektor erkennt.

Hinweis: Die in Windows NT inbegriffene Version des HPFS unterstützt das "Hot-Fixing" nicht.

Vorteile von HPFS

HPFS eignet sich am besten für Laufwerke zwischen 200 und 400 MB. Weitere Ausführungen zu den Vorteilen von HPFS finden Sie in folgenden Quellen:
  • Microsoft Windows NT Server "Concepts and Planning Guide" (Entwurfs- und Planungshandbuch), Kapitel 5, Abschnitt mit dem Titel "Choosing a File System" (Auswählen des Dateisystems)
  • Microsoft Windows NT Workstation 4.0 Resource Kit (Technische Referenz), Kapitel 18, "Choosing a File System" (Auswählen des Dateisystems)
  • Microsoft Windows NT Server 4.0 Resource Kit "Resource Guide" (Technische Referenz "Ressourcen-Handbuch"), Kapitel 3, Abschnitt mit dem Titel "Which File System to Use on Which Volumes" (Verwendung verschiedener Dateisysteme je nach Datenträger)

Nachteile von HPFS

HPFS erfordert einen gewissen Verwaltungsaufwand und ist daher nicht sehr effizient für Datenträger unter etwa 200 MB. Bei Datenträgern mit mehr als 400 MB dagegen kommt es zu gewissen Einbußen in der Systemleistung. Sicherheitseinstellungen können bei HPFS unter Windows NT nicht gesetzt werden.

HPFS wird nur von Windows NT, Version 3.1, 3.5 und 3.51 unterstützt. Windows NT 4.0 unterstützt HPFS-Partitionen nicht und kann auch nicht auf sie zugreifen.

Weitere Ausführungen zu den Nachteilen von HPFS finden Sie in folgenden Quellen:

  • Microsoft Windows NT Server "Concepts and Planning Guide" (Entwurfs- und Planungshandbuch), Kapitel 5, Abschnitt mit dem Titel "Choosing a File System" (Auswählen des Dateisystems)
  • Microsoft Windows NT Workstation 4.0 Resource Kit (Technische Referenz), Kapitel 18, "Choosing a File System" (Auswählen des Dateisystems)
  • Microsoft Windows NT Server 4.0 Resource Kit "Resource Guide" (Technische Referenz "Ressourcen-Handbuch"), Kapitel 3, Abschnitt mit dem Titel "Which File System to Use on Which Volumes" (Verwendung verschiedener Dateisysteme je nach Datenträger)

Übersicht über NTFS

Vom Standpunkt des Benutzers aus gesehen organisiert auch NTFS die Dateien in Verzeichnissen, die wie bei HPFS sortiert werden. Im Gegensatz zu FAT oder HPFS befinden sich jedoch keine "speziellen" Objekte auf der Festplatte, und es besteht auch keine Abhängigkeit von der zugrunde liegenden Hardware, wie zum Beispiel im Hinblick auf Sektoren zu je 512 Bytes. Es gibt auf der Platte auch keine speziellen Speicherorte wie etwa FAT-Tabellen oder HPFS-Superblöcke.

Ziel von NTFS ist es, Folgendes zur Verfügung zu stellen:
  • Zuverlässigkeit, wie sie insbesondere für High-End-Systeme und Dateiserver erforderlich ist
  • Eine Plattform für zusätzliche Funktionen
  • Unterstützung der POSIX-Anforderungen
  • Vermeiden von Einschränkungen der FAT- und HPFS-Dateisysteme

Zuverlässigkeit

Um die Zuverlässigkeit des NTFS sicherzustellen, konzentrierte sich die Entwicklung in erster Linie auf drei Bereiche: Wiederherstellbarkeit, Vermeidung schwerwiegender Fehler an einem Sektor (Einzelsektorfehler) und das Hot-Fixing.

NTFS ist ein wiederherstellbares Dateisystem, weil es die Transaktionen, die mit dem Dateisystem durchgeführt werden, protokolliert. Wird bei den Systemen FAT oder HPFS eine Überprüfung der Festplatte (CHKDSK) durchgeführt, werden die Konsistenz der Zeiger innerhalb des Verzeichnisses, die Zuordnung und die Dateitabellen überprüft. Unter NTFS wird ein Protokoll der Transaktionen mit diesen Komponenten geführt, sodass bei einem CHKDSK die Transaktionen nur auf den Stand der letzten Festschreibung zurückgesetzt werden müssen, um wieder Konsistenz im Dateisystem herzustellen.

Wenn unter FAT oder HPFS ein Sektor beschädigt wird, in dem sich eines der speziellen Objekte des Dateisystems befindet, kommt es zu einem Einzelsektorfehler. NTFS vermeidet dies mithilfe von zwei Strategien: Erstens gibt es auf der Festplatte keine speziellen Objekte. Stattdessen werden alle Objekte auf der Festplatte protokolliert und geschützt. Zweitens werden unter NTFS mehrere Exemplare der Master-Dateitabelle angelegt (die Anzahl hängt von der Datenträgergröße ab).

Ähnlich wie die OS/2-Versionen von HPFS unterstützt auch NTFS das Hot-Fixing.

Zusätzliche Funktionen

Eines der wichtigsten Design-Ziele auf allen Ebenen besteht bei Windows NT darin, eine Plattform zu schaffen, die erweiterbar ist und auf die aufgebaut werden kann. NTFS ist hier keine Ausnahme. NTFS stellt eine umfassende und flexible Plattform zur Verfügung, die auch andere Dateisysteme nutzen können. Darüber hinaus unterstützt NTFS uneingeschränkt das Sicherheitsmodell von Windows NT sowie die Technik mehrerer Datenströme. Eine Datendatei bildet nicht länger einen einzigen Datenstrom. Schließlich kann der Benutzer unter NTFS eine Datei mit seinen eigenen, benutzerdefinierten Attributen versehen.

POSIX-Unterstützung

NTFS ist von allen unterstützten Dateisystemen das am weitestgehenden POSIX.1-kompatible, denn es unterstützt die folgenden POSIX.1-Anforderungen:

Berücksichtigung von Groß- und Kleinschreibung bei der Benennung:

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

Zusätzliche Zeitangabe:

Aus der zusätzlichen Zeitangabe geht hervor, wann zum letzten Mal auf die Datei zugegriffen wurde.

Feste Verknüpfungen:

Eine feste Verknüpfung liegt vor, wenn zwei verschiedene Dateinamen in verschiedenen Verzeichnissen auf die gleichen Daten verweisen.

Vermeiden von Einschränkungen

Erstens ist bei NTFS die Größe von Dateien und Datenträgern wesentlich angestiegen, sodass sie jetzt bis zu 2^64 Bytes (16 Exabytes oder 18.446.744.073.709.551.616 Bytes) umfassen können. Ebenso ist NTFS zum FAT-typischen Cluster-Prinzip zurückgekehrt, um das HPFS-Problem einer festen Sektorgröße zu umgehen. Diese Neuerung wurde vorgenommen, weil Windows NT ein portierbares Betriebssystem ist und es daher möglich sein soll, das System auch mit andersartigen Festplattentechnologien einzusetzen. Daher ging man davon aus, dass ein fester Wert von 512 Bytes pro Sektor mit hoher Wahrscheinlichkeit nicht in jedem Fall für die Dateizuordnung geeignet sein dürfte. Man erreichte die neue Flexibilität, indem man einen Cluster als das Mehrfache der "natürlichen" Zuordnungsgröße der Hardware definiert. Und nicht zuletzt basieren in NTFS alle Dateinamen auf dem Unicode, wodurch 8.3-Dateinamen weiterhin neben langen Dateinamen bestehen.

Vorteile von NTFS

NTFS eignet sich am besten für Datenträger mit 400 MB oder mehr, weil die Systemleistung unter NTFS im Gegensatz zu FAT bei größeren Datenträgern nicht abnimmt.

Die designimmanente Wiederherstellbarkeit ist bei NTFS so ausgelegt, dass der Benutzer auf einer NTFS-Partition eigentlich nie irgendwelche Dienstprogramme zur Festplattenreparatur ausführen muss. Weitere Erläuterungen zu den Vorteilen von NTFS finden Sie in folgenden Quellen:
  • Microsoft Windows NT Server "Concepts and Planning Guide" (Entwurfs- und Planungshandbuch), Kapitel 5, Abschnitt mit dem Titel "Choosing a File System" (Auswählen des Dateisystems)
  • Microsoft Windows NT Workstation 4.0 Resource Kit (Technische Referenz), Kapitel 18, "Choosing a File System" (Auswählen des Dateisystems)
  • Microsoft Windows NT Server 4.0 Resource Kit "Resource Guide" (Technische Referenz "Ressourcen-Handbuch"), Kapitel 3, Abschnitt mit dem Titel "Which File System to Use on Which Volumes" (Verwendung verschiedener Dateisysteme je nach Datenträger)

Nachteile von NTFS

Es ist wegen des Platzaufwands für die Verwaltung unter NTFS nicht empfehlenswert, NTFS auf einem Datenträger von weniger als etwa 400 MB einzusetzen. Dieser Platzaufwand wird für NTFS-Systemdateien benötigt, die in der Regel bei einer 100-MB-Partition mindestens 4 MB belegen.

Derzeit gibt es bei NTFS noch keine integrierte Dateiverschlüsselung. Daher ist es möglich, das System unter MS-DOS oder einem anderen Betriebssystem zu starten und mithilfe eines Festplatteneditors, der auf einer niedrigen Ebene ansetzt, die Daten auf einem NTFS-Datenträger anzeigen zu lassen.

Die Formatierung einer Diskette im NTFS-Dateisystem ist nicht möglich. Unter Windows NT werden alle Disketten im FAT-Dateisystem formatiert, weil der für die Verwaltung unter NTFS benötigte Platz auf einer Diskette nicht zur Verfügung steht.

Weitere Ausführungen zu den Nachteilen von NTFS finden Sie in folgenden Quellen:
  • Microsoft Windows NT Server "Concepts and Planning Guide" (Entwurfs- und Planungshandbuch), Kapitel 5, Abschnitt mit dem Titel "Choosing a File System" (Auswählen des Dateisystems)
  • Microsoft Windows NT Workstation 4.0 Resource Kit (Technische Referenz), Kapitel 18, "Choosing a File System" (Auswählen des Dateisystems)
  • Microsoft Windows NT Server 4.0 Resource Kit "Resource Guide" (Technische Referenz "Ressourcen-Handbuch"), Kapitel 3, Abschnitt mit dem Titel "Which File System to Use on Which Volumes" (Verwendung verschiedener Dateisysteme je nach Datenträger)

NTFS-Benennungskonventionen

Datei- und Verzeichnisnamen können bis zu 255 Zeichen lang sein (einschließlich Erweiterungen). Bei den Namen wird die Groß- und Kleinschreibung zwar beibehalten, bleibt jedoch ohne Wirkung. Das heißt, NTFS unterscheidet nicht auf der Basis von Groß- und Kleinschreibung zwischen den Dateinamen. Die Namen können jedes beliebige Zeichen mit Ausnahme der folgenden enthalten:
   ?  "  /  \  <  >  *  |  :
				
Derzeit können von der Befehlszeile aus nur Dateinamen mit bis zu 253 Zeichen angelegt werden.

HINWEIS: Beschränkungen der zugrunde liegenden Hardware begrenzen möglicherweise die Partitionsgröße eines Dateisystems zusätzlich. Insbesondere kann eine Bootpartition nur 7,8 GB groß sein, und in der Partitionstabelle besteht eine 2-Terabyte-Begrenzung.

Weitere Informationen über die in Windows NT unterstützten Dateisysteme erhalten Sie im Windows NT Resource Kit.
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Eigenschaften

Artikel-ID: 100108 - Geändert am: Mittwoch, 8. Januar 2014 - Version: 1.0
Die Informationen in diesem Artikel beziehen sich auf:
  • Microsoft Windows NT Workstation 3.1
  • Microsoft Windows NT Advanced Server 3.1
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kbother KB100108
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