Общие сведения о файловых системах FAT, HPFS и NTFS

В этой статье объясняются различия между таблицей распределения файлов (FAT), высокопроизводительной файловой системой (HPFS) и файловой системой NT (NTFS) в Windows NT, а также их преимущества и недостатки.

Область применения: Windows 10 — все выпуски, Windows Server 2012 R2
Исходный номер базы знаний: 100108

Общие сведения о FAT

FAT, безусловно, является наиболее упрощенной из файловых систем, поддерживаемых Windows NT. Файловая система FAT характеризуется таблицей выделения файлов (FAT), которая на самом деле является таблицей, которая находится в самой верхней части тома. Для защиты тома хранятся две копии FAT на случай, если одна из них повреждается. Кроме того, таблицы FAT и корневой каталог должны храниться в фиксированном расположении, чтобы можно было правильно найти загрузочные файлы системы.

Диск, отформатированный с помощью FAT, выделяется в кластерах, размер которых определяется размером тома. При создании файла в каталоге создается запись и устанавливается первый номер кластера, содержащий данные. Эта запись в таблице FAT указывает, что это последний кластер файла, или указывает на следующий кластер.

Обновление таблицы FAT очень важно, а также занимает много времени. Если таблица FAT не обновляется регулярно, это может привести к потере данных. Это занимает много времени, так как головки чтения на диске должны быть изменены в логическом нулевом логическом треке диска при каждом обновлении таблицы FAT.

Структура каталогов FAT отсутствует, и файлы получают первое открытое расположение на диске. Кроме того, FAT поддерживает только атрибуты файлов только для чтения, скрытых, системных и архивных файлов.

Соглашение об именовании FAT

FAT использует традиционное соглашение об именовании файлов версии 8.3, и все имена файлов должны создаваться с помощью набора символов ASCII. Имя файла или каталога может содержать до восьми символов, затем разделитель точки (.) и расширение до трех символов. Имя должно начинаться с буквы или цифры и может содержать любые символы, кроме следующих:

. " / \ [ ] : ; | = ,

Если используется какой-либо из этих символов, могут возникнуть непредвиденные результаты. Имя не может содержать пробелы.

Зарезервированы следующие имена:

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

Все символы будут преобразованы в верхний регистр.

Преимущества FAT

Отменить отмену в Windows NT в любой из поддерживаемых файловых систем невозможно. Программы отмены удаления пытаются напрямую получить доступ к оборудованию, что не может быть сделано в Windows NT. Однако если файл был расположен в разделе FAT и система перезапущена в MS-DOS, файл можно отменить. Файловая система FAT лучше всего подходит для дисков и (или) секций размером около 200 МБ, так как FAT начинается с очень небольшими затратами. Дополнительные сведения о преимуществах FAT см. в следующих статьях:

• Windows NT server "Основные понятия и руководство по планированию", глава 5, раздел "Выбор файловой системы"

• Windows NT Комплект ресурсов рабочей станции 4.0, глава 18 "Выбор файловой системы"

• Windows NT Server 4.0 Resource Kit "Resource Guide", глава 3, раздел "Какая файловая система использовать для каких томов"

Недостатки FAT

Предпочтительно, если используются диски или секции размером более 200 МБ, не следует использовать файловую систему FAT. Это связано с тем, что по мере увеличения размера тома производительность с ПОМОЩЬЮ FAT будет быстро снижаться. Невозможно задать разрешения для файлов, которые являются секциями FAT.

Размер разделов FAT ограничен до 4 ГБ в Windows NT и 2 ГБ в MS-DOS.

Дополнительные сведения о других недостатках FAT см. в следующих статьях:

• Windows NT server "Основные понятия и руководство по планированию", глава 5, раздел "Выбор файловой системы"

• Windows NT Комплект ресурсов рабочей станции 4.0, глава 18 "Выбор файловой системы"

• Microsoft Windows NT Server 4.0 Resource Kit "Руководство по ресурсам", глава 3, раздел "Какая файловая система использовать для каких томов"

Общие сведения о HPFS

Файловая система HPFS была впервые представлена с ОС/2 1.2, чтобы обеспечить более широкий доступ к более крупным жестким дискам, которые затем появились на рынке. Кроме того, необходимо, чтобы новая файловая система расширяла систему именования, организацию и безопасность в соответствии с растущими требованиями рынка сетевых серверов. HPFS поддерживает организацию каталогов FAT, но добавляет автоматическую сортировку каталога на основе имен файлов. Имена файлов расширяются до 254 двойных байтовых символов. HPFS также позволяет файлу состоять из "данных" и специальных атрибутов, что обеспечивает повышенную гибкость с точки зрения поддержки других соглашений об именовании и безопасности. Кроме того, единица распределения изменяется с кластеров на физические секторы (512 байт), что сокращает объем свободного места на диске.

В HPFS записи каталога содержат больше сведений, чем в FAT. Наряду с файлом атрибутов он содержит сведения о дате и времени изменения, создания и доступа. Вместо того чтобы указывать на первый кластер файла, записи каталога в hpFS указывают на FNODE. FNODE может содержать данные файла или указатели, которые могут указывать на данные файла или на другие структуры, которые в конечном итоге будут указывать на данные файла.

HPFS пытается выделить как можно больше файлов в смежных секторах. Это делается для повышения скорости при последовательной обработке файла.

HPFS упорядочивает диск в серию диапазонов размером 8 МБ, и по возможности файл содержится в одном из этих диапазонов. Между каждой из этих полос находятся растровые изображения выделения 2K, которые отслеживают, какие секторы в полосе были выделены и не были выделены. Распределение по полосам повышает производительность, так как головке диска не нужно возвращаться в логическую верхнюю часть (обычно цилиндр 0) диска, а к ближайшему растровой диаграмме выделения полосы, чтобы определить, где будет храниться файл.

Кроме того, HPFS включает в себя несколько уникальных специальных объектов данных:

Суперблок

Суперблок находится в логическом секторе 16 и содержит указатель на FNODE корневого каталога. Одна из самых больших опасностей использования HPFS заключается в том, что если суперблок потерян или поврежден из-за плохого сектора, то также и содержимое секции, даже если остальная часть диска в порядке. Можно было бы восстановить данные на диске, скопировав все на другой диск с хорошим сектором 16 и перестроив суперблок. Однако это очень сложная задача.

Резервный блок

Резервный блок расположен в логическом секторе 17 и содержит таблицу "горячих исправлений" и блок запасного каталога. В hpFS при обнаружении плохого сектора используется запись "горячие исправления", чтобы логически указать на существующий хороший сектор вместо плохого сектора. Этот метод обработки ошибок записи называется горячим исправлением.

Горячее исправление — это метод, при котором при возникновении ошибки из-за плохого сектора файловая система перемещает информацию в другой сектор и помечает исходный сектор как недопустимый. Все это делается прозрачным для всех приложений, выполняющих дисковый ввод-вывод (то есть приложение никогда не знает, что возникли проблемы с жестким диском). Использование файловой системы, поддерживающей горячее исправление, устранит такие сообщения об ошибках, как сообщение об ошибке FAT "Прерывание, повтор или сбой?", возникающее при обнаружении неправильного сектора.

Преимущества HPFS

HPFS лучше всего подходит для дисков в диапазоне от 200 до 400 МБ. Дополнительные сведения о преимуществах HPFS см. в следующих статьях:

• Windows NT server "Основные понятия и руководство по планированию", глава 5, раздел "Выбор файловой системы"

• Windows NT Комплект ресурсов рабочей станции 4.0, глава 18 "Выбор файловой системы"

• Windows NT Server 4.0 Resource Kit "Resource Guide", глава 3, раздел "Какая файловая система использовать для каких томов"

Недостатки HPFS

Из-за накладных расходов, связанных с HPFS, это не очень эффективный выбор для объема менее 200 МБ. Кроме того, если объем томов превышает 400 МБ, производительность будет снижена. Вы не можете настроить безопасность в HPFS в Windows NT.

HPFS поддерживается только в Windows NT версиях 3.1, 3.5 и 3.51. Windows NT 4.0 не удается получить доступ к разделам HPFS.

Дополнительные недостатки HPFS см. в следующих статьях:

• Windows NT server "Основные понятия и руководство по планированию", глава 5, раздел "Выбор файловой системы"

• Windows NT Комплект ресурсов рабочей станции 4.0, глава 18 "Выбор файловой системы"

• Windows NT Server 4.0 Resource Kit "Resource Guide", глава 3, раздел "Какая файловая система использовать для каких томов"

Общие сведения о NTFS

С точки зрения пользователя NTFS продолжает упорядочивать файлы по каталогам, которые, например HPFS, сортируются. Однако, в отличие от FAT или HPFS, на диске нет "специальных" объектов и нет зависимости от базового оборудования, например 512-байтовых секторов. Кроме того, на диске отсутствуют специальные расположения, например таблицы FAT или суперблоки HPFS.

Задачами NTFS является обеспечение следующих целей:

• Надежность, что особенно желательно для высококлассных систем и файлового сервера

• Платформа для добавленных функциональных возможностей

• Поддержка требований POSIX

• Снятие ограничений файловых систем FAT и HPFS

Надежность

Для обеспечения надежности NTFS были рассмотрены три основные области: возможность восстановления, устранение неустранимых сбоев в одном секторе и горячее исправление.

NTFS — это восстанавливаемая файловая система, так как она отслеживает транзакции в файловой системе. При выполнении CHKDSK в FAT или HPFS проверяется согласованность указателей в каталоге, распределении и таблицах файлов. В NTFS ведется журнал транзакций с этими компонентами, поэтому chKDSK требует только отката транзакций до последней точки фиксации, чтобы восстановить согласованность в файловой системе.

Если в fat или HPFS происходит сбой сектора, который является расположением одного из специальных объектов файловой системы, произойдет сбой одного сектора. NTFS позволяет избежать этого двумя способами: во-первых, не используя специальные объекты на диске и отслеживая и защищая все объекты, которые находятся на диске. Во-вторых, в NTFS хранится несколько копий (количество зависит от размера тома) главной файловой таблицы.

Как и в версиях HPFS OS/2, NTFS поддерживает исправление в режиме горячего доступа.

Добавлена функциональность

Одной из основных целей проектирования Windows NT на каждом уровне является предоставление платформы, которая может быть добавлена в и построена, и NTFS не является исключением. NTFS предоставляет обширную и гибкую платформу для других файловых систем, которые можно использовать. Кроме того, NTFS полностью поддерживает модель безопасности Windows NT и несколько потоков данных. Файл данных больше не является одним потоком данных. Наконец, в NTFS пользователь может добавить в файл собственные определяемые пользователем атрибуты.

Поддержка POSIX

NTFS является наиболее совместимым с POSIX.1 из поддерживаемых файловых систем, так как поддерживает следующие требования POSIX.1:

Именование с учетом регистра:

В разделе POSIX README.TXT, Readme.txt и readme.txt — это разные файлы.

Дополнительная метка времени:

Дополнительная метка времени предоставляет время последнего доступа к файлу.

Жесткие ссылки:

Жесткая связь заключается в том, что два разных имени файла, которые могут находиться в разных каталогах, указывают на одни и те же данные.

Снятие ограничений

Во-первых, NTFS значительно увеличил размер файлов и томов, так что теперь они могут составлять до 2^64 байт (16 exabytes или 18 446 744 073 709 551 байт). NTFS также вернулся к концепции кластеров FAT, чтобы избежать проблемы HPFS с фиксированным размером сектора. Это было сделано потому, что Windows NT является переносимой операционной системой, и в какой-то момент, скорее всего, будет обнаружена другая технология диска. Таким образом, 512 байтов на сектор рассматривались как имеющие большую вероятность того, что не всегда хорошо подходят для распределения. Это было достигнуто путем определения кластера как кратных естественного размера выделения оборудования. Наконец, в NTFS все имена файлов основаны на Юникоде, а имена файлов версии 8.3 хранятся вместе с длинными именами файлов.

Преимущества NTFS

NTFS лучше всего использовать на томах размером около 400 МБ или более. Это связано с тем, что в NTFS производительность не снижается, как в FAT с большими размерами томов.

Возможность восстановления, разработанная в NTFS, такова, что пользователю никогда не придется запускать какую-либо программу восстановления диска в разделе NTFS. Дополнительные преимущества NTFS см. в следующих статьях:

• Windows NT server "Основные понятия и руководство по планированию", глава 5, раздел "Выбор файловой системы"

• Windows NT Комплект ресурсов рабочей станции 4.0, глава 18 "Выбор файловой системы"

• Windows NT Server 4.0 Resource Kit "Resource Guide", глава 3, раздел "Какая файловая система использовать для каких томов"

Недостатки NTFS

Не рекомендуется использовать NTFS на томе размером около 400 МБ из-за объема пространства, связанного с NTFS. Эти затраты на дисковое пространство в виде системных файлов NTFS, которые обычно используют не менее 4 МБ дискового пространства в секции размером 100 МБ.

В настоящее время шифрование файлов, встроенное в NTFS, отсутствует. Поэтому кто-то может загрузиться в MS-DOS или другой операционной системе и использовать низкоуровневую программу редактирования дисков для просмотра данных, хранящихся на томе NTFS.

Невозможно отформатировать гибкий диск с файловой системой NTFS. Windows NT форматирует все гибкие диски с файловой системой FAT, так как накладные расходы, связанные с NTFS, не поместятся на дискету.

Дополнительные сведения о недостатках NTFS см. в следующих статьях:

• Windows NT server "Основные понятия и руководство по планированию", глава 5, раздел "Выбор файловой системы"

• Windows NT Комплект ресурсов рабочей станции 4.0, глава 18 "Выбор файловой системы"

• Windows NT Server 4.0 Resource Kit "Resource Guide", глава 3, раздел "Какая файловая система использовать для каких томов"

Соглашения об именовании NTFS

Имена файлов и каталогов могут содержать до 255 символов, включая любые расширения. Имена сохраняют регистр, но регистр не учитывается. NTFS не делает различий между именами файлов в зависимости от регистра. Имена могут содержать любые символы, кроме следующих:

? " / \ < > * | :

В настоящее время из командной строки можно создать только имена файлов не более 253 символов.

Дополнительные сведения о поддерживаемых файловой системе для Windows NT см. в Windows NT Resource Kit.