Visão geral dos sistemas de arquivos FAT, HPFS e NTFS

Este artigo explica as diferenças entre a FAT (Tabela de Alocação de Arquivos), o HPFS (Sistema de Arquivos de Alto Desempenho) e o NTFS (Sistema de Arquivos NT) em Windows NT e suas vantagens e desvantagens.

Aplica-se a: Windows 10 — todas as edições, Windows Server 2012 R2
Número de KB original: 100108

Visão geral do FAT

O FAT é de longe o mais simplista dos sistemas de arquivos compatíveis com Windows NT. O sistema de arquivos FAT é caracterizado pela FAT (tabela de alocação de arquivos), que é realmente uma tabela que reside na "parte superior" do volume. Para proteger o volume, duas cópias do FAT são mantidas no caso de uma ficar danificada. Além disso, as tabelas FAT e o diretório raiz devem ser armazenados em um local fixo para que os arquivos de inicialização do sistema possam ser localizados corretamente.

Um disco formatado com FAT é alocado em clusters, cujo tamanho é determinado pelo tamanho do volume. Quando um arquivo é criado, uma entrada é criada no diretório e o primeiro número de cluster que contém dados é estabelecido. Essa entrada na tabela FAT indica que este é o último cluster do arquivo ou aponta para o próximo cluster.

A atualização da tabela FAT é muito importante, bem como demorada. Se a tabela FAT não for atualizada regularmente, ela poderá levar à perda de dados. É demorado porque as cabeças de leitura de disco devem ser reposicionadas para a faixa lógica zero da unidade sempre que a tabela FAT for atualizada.

Não há nenhuma organização na estrutura do diretório FAT e os arquivos recebem o primeiro local aberto na unidade. Além disso, o FAT dá suporte apenas a atributos de arquivo somente leitura, oculto, sistema e arquivo.

Convenção de nomenclatura fat

O FAT usa a tradicional convenção de nomenclatura de arquivo 8.3 e todos os nomes de arquivo devem ser criados com o conjunto de caracteres ASCII. O nome de um arquivo ou diretório pode ter até oito caracteres, depois um separador de período (.) e até uma extensão de três caracteres. O nome deve começar com uma letra ou número e pode conter todos os caracteres, exceto para o seguinte:

. " / \ [ ] : ; | = ,

Se algum desses caracteres for usado, podem ocorrer resultados inesperados. O nome não pode conter espaços.

Os seguintes nomes são reservados:

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

Todos os caracteres serão convertidos em maiúsculas.

Vantagens do FAT

Não é possível executar um undelete em Windows NT em qualquer um dos sistemas de arquivos com suporte. Os utilitários undelete tentam acessar diretamente o hardware, o que não pode ser feito em Windows NT. No entanto, se o arquivo estiver localizado em uma partição FAT e o sistema for reiniciado em MS-DOS, o arquivo poderá ser não excluído. O sistema de arquivos FAT é melhor para unidades e/ou partições abaixo de aproximadamente 200 MB, pois o FAT começa com muito pouca sobrecarga. Para obter mais discussões sobre as vantagens do FAT, confira o seguinte:

• Windows NT Server "Conceitos e Guia de Planejamento", Capítulo 5, seção intitulada "Escolhendo um sistema de arquivos"

• Windows NT Kit de Recursos da Estação de Trabalho 4.0, Capítulo 18, "Escolhendo um sistema de arquivos"

• Windows NT Kit de Recursos do Servidor 4.0 "Guia de Recursos", Capítulo 3, seção intitulada "Qual sistema de arquivos usar em quais volumes"

Desvantagens do FAT

Preferencialmente, ao usar unidades ou partições de mais de 200 MB, o sistema de arquivos FAT não deve ser usado. Isso ocorre porque, à medida que o tamanho do volume aumenta, o desempenho com FAT diminuirá rapidamente. Não é possível definir permissões em arquivos que são partições FAT.

As partições FAT são limitadas em tamanho a um máximo de 4 Gigabytes (GB) em Windows NT e 2 GB no MS-DOS.

Para obter mais discussões sobre outras desvantagens do FAT, confira o seguinte:

• Windows NT Server "Conceitos e Guia de Planejamento", Capítulo 5, seção intitulada "Escolhendo um sistema de arquivos"

• Windows NT Kit de Recursos da Estação de Trabalho 4.0, Capítulo 18, "Escolhendo um sistema de arquivos"

• Microsoft Windows NT Server 4.0 Resource Kit "Resource Guide", Capítulo 3, seção intitulada "Qual sistema de arquivos usar em quais volumes"

Visão geral do HPFS

O sistema de arquivos HPFS foi introduzido pela primeira vez com o SISTEMA OPERACIONAL/2 1.2 para permitir maior acesso aos discos rígidos maiores que estavam aparecendo no mercado. Além disso, foi necessário que um novo sistema de arquivos estendesse o sistema de nomenclatura, organização e segurança para as demandas crescentes do mercado de servidores de rede. O HPFS mantém a organização de diretório do FAT, mas adiciona a classificação automática do diretório com base em nomes de arquivo. Os nomes de arquivo são estendidos para até 254 caracteres de bytes duplos. O HPFS também permite que um arquivo seja composto por "dados" e atributos especiais para permitir maior flexibilidade em termos de suporte a outras convenções de nomenclatura e segurança. Além disso, a unidade de alocação é alterada de clusters para setores físicos (512 bytes), o que reduz o espaço em disco perdido.

Em HPFS, as entradas de diretório contêm mais informações do que em FAT. Além do arquivo de atributo, isso inclui informações sobre a modificação, a criação e a data e os horários de acesso. Em vez de apontar para o primeiro cluster do arquivo, as entradas de diretório em HPFS apontam para o FNODE. O FNODE pode conter os dados do arquivo ou ponteiros que podem apontar para os dados do arquivo ou para outras estruturas que eventualmente apontarão para os dados do arquivo.

O HPFS tenta alocar o máximo possível de um arquivo em setores contíguos. Isso é feito para aumentar a velocidade ao fazer o processamento sequencial de um arquivo.

O HPFS organiza uma unidade em uma série de bandas de 8 MB e sempre que possível um arquivo está contido em uma dessas bandas. Entre cada uma dessas bandas estão bitmaps de alocação de 2K, que acompanham quais setores dentro de uma banda têm e não foram alocados. A banding aumenta o desempenho porque a cabeça da unidade não precisa retornar à parte superior lógica (normalmente cilindro 0) do disco, mas para o bitmap de alocação de banda mais próximo para determinar onde um arquivo deve ser armazenado.

Além disso, o HPFS inclui alguns objetos de dados especiais exclusivos:

Super Bloco

O Super Block está localizado no setor lógico 16 e contém um ponteiro para o FNODE do diretório raiz. Um dos maiores perigos de usar o HPFS é que se o Super Block for perdido ou corrompido devido a um setor ruim, o conteúdo da partição também é, mesmo que o resto da unidade esteja bem. Seria possível recuperar os dados na unidade copiando tudo para outra unidade com um bom setor 16 e reconstruindo o Super Block. No entanto, essa é uma tarefa muito complexa.

Bloco sobressalente

O Bloco de Reposição está localizado no setor lógico 17 e contém uma tabela de "correções quentes" e o Bloco de Diretório sobressalente. Em HPFS, quando um setor ruim é detectado, a entrada de "correções quentes" é usada para apontar logicamente para um bom setor existente no lugar do setor ruim. Essa técnica para lidar com erros de gravação é conhecida como correção quente.

A correção ativa é uma técnica em que, se ocorrer um erro por causa de um setor ruim, o sistema de arquivos move as informações para um setor diferente e marca o setor original como ruim. Tudo isso é feito de forma transparente para todos os aplicativos que estão executando E/S de disco (ou seja, o aplicativo nunca sabe que houve problemas com o disco rígido). O uso de um sistema de arquivos que dá suporte à correção ativa eliminará mensagens de erro como a mensagem de erro FAT "Abortar, Repetir ou Falhar?" que ocorre quando um setor ruim é encontrado.

Vantagens do HPFS

O HPFS é melhor para unidades no intervalo de 200 a 400 MB. Para obter mais discussões sobre as vantagens do HPFS, confira o seguinte:

• Windows NT Server "Conceitos e Guia de Planejamento", Capítulo 5, seção intitulada "Escolhendo um sistema de arquivos"

• Windows NT Kit de Recursos da Estação de Trabalho 4.0, Capítulo 18, "Escolhendo um sistema de arquivos"

• Windows NT Kit de Recursos do Servidor 4.0 "Guia de Recursos", Capítulo 3, seção intitulada "Qual sistema de arquivos usar em quais volumes"

Desvantagens do HPFS

Devido à sobrecarga envolvida no HPFS, não é uma opção muito eficiente para um volume de menos de 200 MB. Além disso, com volumes maiores que cerca de 400 MB, haverá alguma degradação de desempenho. Você não pode definir a segurança no HPFS em Windows NT.

O HPFS só tem suporte em Windows NT versões 3.1, 3.5 e 3.51. Windows NT 4.0 não pode acessar partições HPFS.

Para obter desvantagens adicionais do HPFS, confira o seguinte:

• Windows NT Server "Conceitos e Guia de Planejamento", Capítulo 5, seção intitulada "Escolhendo um sistema de arquivos"

• Windows NT Kit de Recursos da Estação de Trabalho 4.0, Capítulo 18, "Escolhendo um sistema de arquivos"

• Windows NT Kit de Recursos do Servidor 4.0 "Guia de Recursos", Capítulo 3, seção intitulada "Qual sistema de arquivos usar em quais volumes"

Visão geral do NTFS

Do ponto de vista de um usuário, o NTFS continua organizando arquivos em diretórios, que, como o HPFS, são classificados. No entanto, ao contrário de FAT ou HPFS, não há objetos "especiais" no disco e não há dependência do hardware subjacente, como setores de 512 bytes. Além disso, não há locais especiais no disco, como tabelas FAT ou Blocos Super HPFS.

As metas do NTFS são fornecer:

• Confiabilidade, que é especialmente desejável para sistemas high-end e servidores de arquivos

• Uma plataforma para funcionalidade adicionada

• Suporte aos requisitos POSIX

• Remoção das limitações dos sistemas de arquivos FAT e HPFS

Confiabilidade

Para garantir a confiabilidade do NTFS, três grandes áreas foram abordadas: recuperabilidade, remoção de falhas fatais do setor único e correção ativa.

O NTFS é um sistema de arquivos recuperável porque mantém o controle das transações no sistema de arquivos. Quando um CHKDSK é executado no FAT ou HPFS, a consistência dos ponteiros dentro das tabelas de diretório, alocação e arquivo está sendo verificada. Em NTFS, um log de transações com esses componentes é mantido para que o CHKDSK precise reverter apenas as transações para o último ponto de confirmação para recuperar a consistência no sistema de arquivos.

Em FAT ou HPFS, se um setor que é o local de um dos objetos especiais do sistema de arquivos falhar, uma única falha no setor ocorrerá. O NTFS evita isso de duas maneiras: primeiro, não usando objetos especiais no disco e rastreando e protegendo todos os objetos que estão no disco. Em segundo lugar, em NTFS, várias cópias (o número depende do tamanho do volume) da Tabela de Arquivos Mestre são mantidas.

Semelhante às versões do sistema operacional/2 do HPFS, o NTFS dá suporte à correção ativa.

Funcionalidade adicionada

Uma das principais metas de design de Windows NT em todos os níveis é fornecer uma plataforma que possa ser adicionada e criada, e o NTFS não é exceção. O NTFS fornece uma plataforma avançada e flexível para que outros sistemas de arquivos possam ser usados. Além disso, o NTFS dá suporte total ao modelo de segurança Windows NT e dá suporte a vários fluxos de dados. Não é mais um arquivo de dados um único fluxo de dados. Por fim, em NTFS, um usuário pode adicionar seus próprios atributos definidos pelo usuário a um arquivo.

Suporte a POSIX

O NTFS é o mais compatível com POSIX.1 dos sistemas de arquivos com suporte porque dá suporte aos seguintes requisitos POSIX.1:

Nomenclatura sensível a casos:

Em POSIX, README.TXT, Readme.txt e readme.txt são todos arquivos diferentes.

Carimbo de hora adicional:

O carimbo de hora adicional fornece a hora em que o arquivo foi acessado pela última vez.

Links rígidos:

Um link rígido é quando dois nomes de arquivo diferentes, que podem estar localizados em diretórios diferentes, apontam para os mesmos dados.

Remover limitações

Primeiro, o NTFS aumentou consideravelmente o tamanho dos arquivos e volumes, de modo que agora eles podem ser até 2^64 bytes (16 exabytes ou 18.446.744.073.709.551.616 bytes). O NTFS também retornou ao conceito FAT de clusters para evitar o problema HPFS de um tamanho fixo do setor. Isso foi feito porque Windows NT é um sistema operacional portátil e é provável que diferentes tecnologias de disco sejam encontradas em algum momento. Portanto, 512 bytes por setor foram vistos como tendo uma grande possibilidade de nem sempre ser um bom ajuste para a alocação. Isso foi feito permitindo que o cluster fosse definido como múltiplos do tamanho de alocação natural do hardware. Por fim, no NTFS todos os nomes de arquivo são baseados em Unicode e os nomes de arquivo 8.3 são mantidos junto com nomes de arquivo longos.

Vantagens do NTFS

O NTFS é melhor para uso em volumes de cerca de 400 MB ou mais. Isso ocorre porque o desempenho não se degrada no NTFS, como faz em FAT, com tamanhos de volume maiores.

A capacidade de recuperação projetada para o NTFS é tal que um usuário nunca deve ter que executar qualquer tipo de utilitário de reparo de disco em uma partição NTFS. Para obter vantagens adicionais do NTFS, confira o seguinte:

• Windows NT Server "Conceitos e Guia de Planejamento", Capítulo 5, seção intitulada "Escolhendo um sistema de arquivos"

• Windows NT Kit de Recursos da Estação de Trabalho 4.0, Capítulo 18, "Escolhendo um sistema de arquivos"

• Windows NT Kit de Recursos do Servidor 4.0 "Guia de Recursos", Capítulo 3, seção intitulada "Qual sistema de arquivos usar em quais volumes"

Desvantagens do NTFS

Não é recomendável usar o NTFS em um volume menor que aproximadamente 400 MB, devido à quantidade de sobrecarga de espaço envolvida no NTFS. Essa sobrecarga de espaço está na forma de arquivos do sistema NTFS que normalmente usam pelo menos 4 MB de espaço na unidade em uma partição de 100 MB.

Atualmente, não há criptografia de arquivo integrada ao NTFS. Portanto, alguém pode inicializar em MS-DOS ou outro sistema operacional e usar um utilitário de edição de disco de baixo nível para exibir dados armazenados em um volume NTFS.

Não é possível formatar um disquete com o sistema de arquivos NTFS; Windows NT formata todos os disquetes com o sistema de arquivos FAT porque a sobrecarga envolvida no NTFS não caberá em um disco de disquete.

Para obter mais discussões sobre desvantagens do NTFS, confira o seguinte:

• Windows NT Server "Conceitos e Guia de Planejamento", Capítulo 5, seção intitulada "Escolhendo um sistema de arquivos"

• Windows NT Kit de Recursos da Estação de Trabalho 4.0, Capítulo 18, "Escolhendo um sistema de arquivos"

• Windows NT Kit de Recursos do Servidor 4.0 "Guia de Recursos", Capítulo 3, seção intitulada "Qual sistema de arquivos usar em quais volumes"

Convenções de nomenclatura do NTFS

Os nomes de arquivo e diretório podem ter até 255 caracteres, incluindo quaisquer extensões. Nomes preservam caso, mas não são sensíveis a casos. O NTFS não faz distinção de nomes de arquivo com base no caso. Os nomes podem conter todos os caracteres, exceto para o seguinte:

? " / \ < > * | :

Atualmente, na linha de comando, você só pode criar nomes de arquivo de até 253 caracteres.

Para obter mais informações sobre os sistemas de arquivos com suporte para Windows NT, consulte o kit de recursos Windows NT.