Основные характеристики файловой системы FAT32

Характеристика Значение/максимум

Максимальный размер тома 4 Тбайт

Максимальный размер файла 4 Тбайт

Максимальное количество файлов в корневом каталоге Неограничено

Максимальное количество файлов в некорневом каталоге Неограничено

Безопасность на уровне файлов Нет

Поддержка длинных имен файлов Да

Самовосстановление Да*

Ведение журналов транзакций Нет

Сжатие на уровне файлов Нет

Поддержка файловых ветвлений (Macintosh) Нет

Соответствие стандарту POSIX Нет

Длина полной файловой спецификации, включающей путь и имя файла (длинное или 8.3), тоже ограничивается 260 символами. FAT32 успешно справляется с проблемой длинных имен в корневом каталоге, но проблема с ограничением длины полной файловой спецификации остается. По этой причине Microsoft рекомендует ограничивать длинные имена 75-80 символами, чтобы оставить достаточно места для пути (180-185 символов).

FAT32 повышает отказоустойчивость FAT. Во-первых, в загрузочных записях FAT32 хранятся важнейшие данные файловой системы (например, сведения о таблице разделов). Во-вторых, в FAT32 можно отключить зеркальное копирование FAT, чтобы для поиска файлов и работы с ними использовалась вторая копия FAT. Вот почему в строке "Самовосстановление" табл. стоит значение "Да" (а звездочка показывает, что средства самовосстановления FAT при всей полезности уступают своим аналогам в NTFS).

Файловая система HPFS

HPFS имеет особенности, которые способствуют ее эффективному управлению большими объемами жесткого диска. HPFS также поддерживает длинные имена файла (до 255 символов).

Когда HPFS форматирует том, первые 18 секторов резервируются для блока начальной загрузки (boot block), суперблока (super block) и запасного блока (spare block). Эти три структуры используются для загрузки операционной системы, поддержки файловой системы и восстановления при возможных ошибках.

HPFS также резервирует пространство под два битовых массива (bitmap) объемом 2 Кб для каждого дискового интервала в 16 Мб. Каждый битовый массив отводит по одному биту для каждого размещаемого блока (равного одному сектору) в полосе 8 Мб, показывая, какие размещаемые блоки нахо­дятся в использовании.

Рис. 7.3. Организация тома HPFS

Другая особенность, которая объясняет быстрый поиск в каталоге — исполь­зование HPFS технологии B-tree (В-дерево). B-tree — древовидная структура с корнем и несколькими узлами. Она содержит организованные некоторым логическим способом данные; этот способ позволяет производить быстрый просмотр всей структуры. Корень содержит административную информацию, карту для остальной структуры и, возможно, некоторые данные. Большинство данных содержат узлы. Для больших каталогов технология B-tree работает значительно эффективнее линейных списков, используемых файловой системой FAT.

HPFS использует B-tree для структуризации каждого каталога и каждого файла. Каждый каталог указывает на структуры Fnode для файлов, содержащихся в этом каталоге. Структура Fnode имеет размер 512 байт и содержит заголовок, имя файла (усеченное до 15 символов), длину файла, расширенные атрибуты (ЕА), список управления доступом (ACL) и расположение данных файла

Рисунок иллюстрирует структуру Fnode для файла, данные которого находятся в Extent I, Extent2 и Extents (где Extent — диапазон непрерывных секторов).

Благодаря расположению битовых массивов, показанному на рисунке, размер одного фрагмента может быть почти 16 Мб. Обычно Fnode может включать до 8 указателей на фрагменты. Если файл настолько большой, что восьми фрагментов не хватает для размещения всей информации, Fnode может вклю­чать до 12 указателей к узлам распределения, которые имеют пространство для большего количества фрагментов файла.

Если расширенный атрибут и ACL не могут быть включены в Fnode, Fnode содержит указатель на эту информацию.

HPFS имеет мощные возможности и эффективно работает на дисках объемом до 2 Гб. Однако файловая система HPFS имеет и некоторые слабые стороны. Например, при повреждении первой части тома, которая содержит информацию начальной загрузки и указатель на корневой каталог, использование тома будет невозможно. Использование системой HPFS утилиты chkdsk при каждой начальной загрузке системы и восстановление диска после ошибок требуют больших временных затрат. Кроме того, HPFS предполагает использование 512-байтовіх секторов, которые не очень подходят для больших томов.

Файловая система NTFS

NTFS обеспечивает комбинацию эффективности, надежности и совместимости, отсутствующую в FAT или HPFS. Она разработана для быстрого выполнения стандартных файловых операций типа чтения, записи и поиска, а также улучшенных операций типа восстановления файловой системы на очень больших жестких дисках.

NTFS также включает возможности безопасности, требуемые для файловых серверов и высококачественных персональных компьютеров в корпоративной среде. NTFS поддерживает управление доступом к данным и привилегии владельца, что является важным для целостности корпоративных данных. Файлам и каталогам NTFS могут назначаться разрешения вне зависимости, разделены они или нет. NTFS — единственная файловая система в Windows NT, которая позволяет назначить разрешения для отдельных файлов.

NTFS является простой, но очень мощной разработкой. Для этой перспективной файловой системы вся информация на томе NTFS является файлом или частью файла. Каждый распределенный на томе NTFS сектор принадлежит некоторому файлу. Даже метаданные (metadata) файловой системы (информация, которая описывает непосредственно файловую систему) являются частью файла.

Эта основанная на атрибутах файловая система поддерживает объектно-ориентированные приложения, обрабатывая все файлы как объекты, которые имеют определяемые пользователем и системой атрибуты.

Главная файловая таблица

Каждый файл на томе NTFS представлен записью в специальном файле, на­зываемом главной файловой таблицей (MFA — master file table). NTFS резервирует первые 16 записей таблицы для специальной информации. Первая запись этой таблицы описывает непосредственно главную файловую таблицу; за ней следует зеркальная запись (mirror record) MFT. Если первая запись MFT разрушена, то NTFS читает вторую запись для отыскания зеркального файла MFT, первая запись которого идентична первой записи MFT. Место­положения сегментов данных MFT и зеркального файла MFT записаны в секторе начальной загрузки. Дубликат сектора начальной загрузки находится в логическом центре диска.

Третья запись MFT — файл регистрации (log file); используется для восста­новления файлов. Семнадцатая и последующие записи главной файловой таблицы используются собственно файлами и каталогами (также рассматриваются как файлы NTFS) на томе. На рисунке 7.4 показана упрощенная структура MFT.

Рис. 7.4. Организация главной файловой таблицы

Главная файловая таблица отводит определенное количество пространства для каждой записи файла. Атрибуты файла записываются в распределенное прос­транство MFT. Небольшие файлы и каталоги (обычно до 1500 байт или меньше) могут полностью содержаться внутри записи главной файловой таблицы.

Подобный подход обеспечивает очень быстрый доступ к файлам. Рассмотрим, например, файловую систему FAT, которая использует таблицу размещения файлов, в которой перечисляются имена и адрес каждого файла. Элементы каталога FAT содержат индекс в таблице размещения файла. В случае если необходимо просмотреть содержимое файла, FAT сначала читает таблицу размещения файлов и убеждается в существовании файла. Далее FAT восста­навливает файл, ища цепочку распределенных блоков, относящихся к этому файлу. В NTFS поиск файла производится только для непосредственного его использования.

Записи каталога помещены внутри главной файловой таблицы так же, как записи файла. Вместо данных каталоги содержат индексную информацию. Небольшие записи каталогов находятся полностью внутри структуры MFT. Большие каталоги организованы в B-tree, имея записи с указателями на внешние кластеры, содержащие элементы каталога, которые не могли быть записаны внутри структуры MFT

Сравнение NTFS с HPFS и FAT

NTFS заимствовала лучшие свойства FAT и HPFS. От FAT система NTFS заимствовала философию «простота рождает эффективность». Эффективность увеличивается, когда число дисковых передач минимизировано для общих операций. От HPFS система NTFS унаследовала методы для повышения быс­тродействия и гибкости. Например, NTFS использует B-tree, подобные приме­няемым в HPFS для максимизации эффективности.

NTFS поддерживает и длинные и короткие имена файлов для совместимости с MS-DOS, HPFS и другими сетевыми клиентами, включая OS/2, UNIX, АрpleShare и NFS. NTFS также обеспечивает многочисленные расширенные (ex­tended) атрибуты и позволяет будущим приложениям определить другие расширенные атрибуты.

NTFS обеспечивает безопасность данных на фиксированных и сменных жестких дисках, что особенно важно для корпоративных пользователей.

Кроме этого, NTFS обеспечивает систему восстановления, которая является более надежной, чем у FAT или HPFS; NTFS также отвечает требованиям POSIX.

В таблице представлены сравнительные характеристики FAT, HPFS и NTFS применительно к Windows NT:

Отличия FAT и NTFS

FAT отличается от NTFS большей компактностью и меньшей сложностью. В большинстве томов FAT на хранение таблицы размещения, содержащей информацию обо всех файлах тома, расходуется менее 1 Мбайт. Столь низкие расходы позволяют форматировать в FAT жесткие диски малого объема и флоппи-диски. С другой стороны, в NTFS служебные данные занимают больше места, чем в FAT, - отчасти из-за того, что каждый элемент каталога занимает 2 Кбайт (впрочем, это имеет и свои преимущества, так как содержимое файлов объемом 1500 байт и менее может полностью храниться в элементе каталога).

Система NTFS не может использоваться для форматирования флоппи-дисков. Не стоит пользоваться ею для форматирования разделов объемом менее 50 Мбайт. Относительно высокие расходы приводят к тому, что для малых разделов служебные данные могут занимать до 25% объема носителя.

Рекомендует всегда использовать FAT для разделов объемом 50 Мбайт и менее, а NTFS - для разделов объемом 400 Мбайт и более. В промежутке от 50 до 400 Мбайт в расчет принимаются другие факторы, главный из которых - безопасность на уровне файлов. Если она важна, следует выбирать NTFS, хотя в принципе подойдет и FAT (однако с увеличением размера она будет работать медленнее).

Следующий критерий сравнения - размер файлов. Разделы FAT имеют объем до 2 Гбайт, VFAT - до 4 Гбайт и FAT32 - до 4 Тбайт. Тем не менее из-за особенностей своего внутреннего строения разделы FAT лучше всего работают для разделов объемом 200 Мбайт и менее. Разделы NTFS могут достигать 16 Эбайт.

Разделы FAT не обладают средствами локальной безопасности. С другой стороны, разделы NTFS обеспечивают локальную безопасность как файлов, так и каталогов. Еще одно отличие заключается в том, что разделы FAT необходимы для двойственной загрузки Windows NT с другими операционными системами.