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 und kann nicht auf HPFS-Partitionen zugreifen. Außerdem wurde unterstützung für das FAT32-Dateisystem in Windows 98/Windows 95 OSR2 und Windows 2000 verfügbar.

Übersicht über FAT

FAT ist bei weitem das einfachste dateisystem, das von Windows NT unterstützt wird. Das FAT-Dateisystem ist durch die Dateizuordnungstabelle (FAT) gekennzeichnet, bei der es sich eigentlich um eine Tabelle handelt, die sich ganz oben auf dem Volume befindet. Um das Volume 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 ordnungsgemäß gefunden 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 festgelegt. 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 Leseköpfe des Datenträgers bei jeder Aktualisierung der FAT-Tabelle an der logischen Spur 0 des Laufwerks neu positioniert werden müssen.

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

FAT-Namenskonvention

FAT verwendet die herkömmliche 8.3-Namenskonvention für Dateien, und alle Dateinamen müssen mit dem ASCII-Zeichensatz erstellt werden. Der Name einer Datei oder eines Verzeichnisses kann bis zu acht Zeichen lang sein, dann ein Punkttrennzeichen (.) und bis zu einer dreistelligen Erweiterung. 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 Wiederherstellen unter Windows NT auf einem der unterstützten Dateisysteme durchzuführen. Wiederherstellen von Hilfsprogrammen versuchen, direkt auf die Hardware zuzugreifen, was unter Windows NT nicht möglich ist. Wenn sich die Datei jedoch auf einer FAT-Partition befindet und das System unter MS-DOS neu gestartet wird, kann die Datei wiederhergestellt werden. Das FAT-Dateisystem eignet sich am besten für Laufwerke und/oder Partitionen unter ca. 200 MB, da FAT mit sehr wenig Mehraufwand beginnt. Weitere Informationen zu fat-Vorteilen finden Sie in den folgenden Artikeln:

  • Windows NT Server "Leitfaden zu Konzepten und Planung", 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 auf welchen Volumes verwendet werden soll"

Nachteile von FAT

Vorzugsweise sollte bei Verwendung von Laufwerken oder Partitionen mit mehr als 200 MB das FAT-Dateisystem nicht verwendet werden. Dies liegt daran, dass die Leistung mit FAT schnell abnimmt, wenn die Größe des Volumes zunimmt. Es ist nicht möglich, Berechtigungen für Dateien festzulegen, die FAT-Partitionen sind.

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

Weitere Informationen zu anderen Nachteilen von FAT finden Sie in den folgenden Artikeln:

  • Windows NT Server "Leitfaden zu Konzepten und Planung", 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 "Welches Dateisystem auf welchen Volumes verwendet werden soll"

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 erschienen. Darüber hinaus war ein neues Dateisystem notwendig, um das Benennungssystem, organization und Sicherheit für die wachsenden Anforderungen des Netzwerkservermarktes zu erweitern. HPFS verwaltet das Verzeichnis organization 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, dass eine Datei aus "Daten" und speziellen Attributen besteht, um mehr Flexibilität in Bezug auf die Unterstützung anderer Namenskonventionen und sicherheit zu ermöglichen. Darüber hinaus wird die Zuordnungseinheit von Clustern in physische Sektoren (512 Bytes) geändert, wodurch der verlorene Speicherplatz reduziert wird.

Unter HPFS enthalten Verzeichniseinträge mehr Informationen als unter FAT. Neben der Attributdatei enthält dies Informationen zu Änderung, Erstellung und Zugriffsdatum und -uhrzeit. Anstatt auf den ersten Cluster der Datei zu verweisen, 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, die schließlich auf die Daten der Datei verweisen.

HPFS versucht, einen möglichst großen Teil einer Datei in zusammenhängenden Sektoren zuzuordnen. Dies erfolgt, 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 Laufwerkskopf nicht zum logischen oberen Rand (in der Regel Zylinder 0) des Datenträgers zurückkehren muss, sondern zur nächsten Bandzuordnungsbitmap, um zu bestimmen, wo eine Datei gespeichert werden soll.

Darüber hinaus enthält HPFS einige eindeutige spezielle Datenobjekte:

Super Block

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

Ersatzblock

Der Ersatzblock befindet sich im logischen Sektor 17 und enthält eine Tabelle mit "Hot Fixes" und den Spare Directory-Block. Wenn unter HPFS ein ungültiger 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 fix bezeichnet.

Hot Fix ist eine Technik, bei der das Dateisystem die Informationen in einen anderen Sektor verschiebt und den ursprünglichen Sektor als fehlerhaft markiert, wenn ein Fehler aufgrund eines fehlerhaften Sektors auftritt. Dies geschieht transparent für alle Anwendungen, die Datenträger-E/A ausführen (d. h., die Anwendung weiß nie, dass Probleme mit der Festplatte aufgetreten sind). Wenn Sie ein Dateisystem verwenden, das hot fix unterstützt, werden Fehlermeldungen wie die FAT-Fehlermeldung "Abbrechen, Wiederholen oder Fehlschlagen?" vermieden, die auftritt, wenn ein fehlerhafter Sektor auftritt.

Hinweis

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

Vorteile von HPFS

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

  • Windows NT Server "Leitfaden zu Konzepten und Planung", 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 auf welchen Volumes verwendet werden soll"

Nachteile von HPFS

Aufgrund des Mehraufwands, der mit HPFS verbunden ist, ist dies bei einem Volumen von unter 200 MB keine sehr effiziente Wahl. Darüber hinaus kommt es bei Volumes, die größer als etwa 400 MB sind, zu leistungseinbußen. Sie können die Sicherheit für 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 Artikeln:

  • Windows NT Server "Leitfaden zu Konzepten und Planung", 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 auf welchen Volumes verwendet werden soll"

NTFS-Übersicht

Aus Der Sicht eines Benutzers organisiert NTFS dateien weiterhin 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 dem Datenträger, z. B. FAT-Tabellen oder HPFS-Superblöcke.

Ntfs hat folgende Ziele:

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

  • Eine Plattform für zusätzliche Funktionen

  • Unterstützung von POSIX-Anforderungen

  • Beseitigung der Einschränkungen der FAT- und HPFS-Dateisysteme

Zuverlässigkeit

Um die Zuverlässigkeit von NTFS zu gewährleisten, wurden drei Hauptbereiche behandelt: Wiederherstellbarkeit, Beseitigung von schwerwiegenden Fehlern in einem einzelnen Sektor und HotFixing.

NTFS ist ein wiederherstellbares Dateisystem, da es Transaktionen für das 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 der Transaktionen für diese Komponenten verwaltet, sodass CHKDSK nur ein Rollback von Transaktionen auf den letzten Commitpunkt ausführen muss, um die Konsistenz im Dateisystem wiederherzustellen.

Wenn bei FAT oder HPFS ein Sektor, der den Speicherort eines der speziellen Objekte des Dateisystems darstellt, 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 auf dem Datenträger nachverfolgt und geschützt werden. Zweitens werden unter NTFS mehrere Kopien (die Anzahl hängt von der Größe des Volumes ab) der Masterdateitabelle aufbewahrt.

Ähnlich wie os/2-Versionen von HPFS unterstützt NTFS hot fix.

Funktionalität hinzugefügt

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

POSIX-Unterstützung

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

Bei der Benennung wird die Groß-/Kleinschreibung beachtet:

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

Zusätzlicher Zeitstempel:

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

Feste Links:

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

Einschränkungen entfernen

Erstens hat NTFS die Größe von Dateien und Volumes erheblich erhöht, sodass sie jetzt bis zu 2^64 Bytes (16 Exabytes oder 18.446.744.073.709.551.616 Bytes) betragen können. NTFS hat auch zum FAT-Konzept von Clustern zurückgekehrt, um HPFS-Probleme mit einer festen Sektorgröße zu vermeiden. Dies wurde getan, weil Windows NT ein portables Betriebssystem ist und wahrscheinlich irgendwann eine andere Datenträgertechnologie auftritt. Daher wurde angenommen, dass 512 Bytes pro Sektor eine große Wahrscheinlichkeit haben, nicht immer gut 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 dies bei FAT bei größeren Volumegrößen der Fall ist.

Die Wiederherstellbarkeit für NTFS ist so konzipiert, dass ein Benutzer niemals irgendeine Art von Hilfsprogramm für die Datenträgerreparatur auf einer NTFS-Partition ausführen muss. Weitere Vorteile von NTFS finden Sie in den folgenden Artikeln:

  • Windows NT Server "Leitfaden zu Konzepten und Planung", 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 auf welchen Volumes verwendet werden soll"

Nachteile von NTFS

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

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 daten anzuzeigen, die auf einem NTFS-Volume gespeichert sind.

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

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

  • Windows NT Server "Leitfaden zu Konzepten und Planung", 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 auf welchen Volumes verwendet werden soll"

NTFS-Namenskonventionen

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 dateinamen nicht anhand der Groß-/Kleinschreibung. Namen können beliebige Zeichen mit Ausnahme der folgenden Zeichen enthalten:

? " / \ < > * | :

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

Hinweis

Zugrunde liegende Hardwarebeschränkungen können zusätzliche Partitionsgrößenbeschränkungen in jedem Dateisystem mit sich führen. Insbesondere kann eine Startpartition nur 7,8 GB groß sein, und die Partitionstabelle ist auf 2 Terabyte beschränkt.

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