Файловые системы поддерживаемые windows. Файловые системы Windows
Файловые системы семейства Windows.
Файловая система определяет принципы хранения данных на физическом носителе. Например, файловая система определяет, как должны сохраняться данные файла, какая информация (например, имя, дата создания и т.п.) о файле должна храниться и каким образом. Формат хранения данных определяет основные характеристики файловой системы.
При рассмотрении характеристик файловых систем важным понятием является понятие кластера. Кластер - это минимальный блок данных, размещаемый на носителе. Файловая система использует кластеры для более эффективного управления дисковым пространством. Размер кластера всегда кратен размеру сектора диска. Потенциальный недостаток кластеров большого размера - это менее эффективное использование дискового пространства, поскольку данные одного файла и каталога всегда выделяется целое число кластеров. Например, если размер кластера составляет 32 Кб, то файл размером 100 байт все равно займет на диске 32 Кб.
В настоящее время существует большое количество файловых систем, отличающихся друг от друга целевым использованием (например, ориентацией только на конкретный вид носителей) и различными характеристиками. В Windows XP, также как и в Windows Server 2003, поддерживаются следующие файловые системы:
- FAT (File Allocation Table) - файловая система, разработанная для MS-DOS и являющаяся основной для Windows 3.x и 9x. Windows XP и Windows Server 2003 поддерживают три разновидности FAT: FAT12, FAT16 и FAT32. Первые две обеспечивают совместимость со старыми ОС Microsoft. Кроме того, FAT12 используется как формат хранения данных на гибких дисках. FAT 32 - модифицированная версия FAT, используемая в Windows 95 OSR2, Windows 98 и Windows Millennium.
- NTFS
(Windows NT file system) - файловая система, разработанная специально для Windows NT и унаследованная Windows 2000, Windows XP, Windows 2003.
CDFS (Compact Disk File System) - файловая система компакт-дисков.
UDF (Universal Disk Format) - универсальный формат дисков, используемый современными магнитооптическими накопителями и, прежде всего, технологией DVD.
У каждой системы есть свои полезные свойства, но возможности защиты и аудита систем различны. На выбор файловой системы оказывают влияние следующие факторы: цель, для которой предполагается использовать компьютер, аппаратная платформа, количество жестких дисков и их объем, требования к безопасности, используемые в системе приложения.
Файловые системы FAT12 и FAT16.
Файловая система FAT (File Allocation Table) получила свое имя в соответствии с названием метода организации данных - таблицы распределения файлов. FAT (или FAT16) первоначально была ориентирована на небольшие диски и простые структуры каталога. Затем ее усовершенствовали для обеспечения работы с большими дисками и мощными персональными компьютерами.
Windows XP и Windows Server 2003 поддерживают файловую систему FAT по трем причинам:
- для возможности обновления операционной системы с прежних версий Windows;
- для совместимости с другими операционными системами при многовариантной загрузке;
- как формат гибких дисков.
В название каждой версии FAT входит число, которое указывает разрядность, применяемую для идентификации кластеров на диске. 12-разрядный идентификатор кластеров в FAT12 ограничивает размер дискового раздела 212 (4096) кластерами. В Windows используются кластеры размером от 512 байт до 8 Кб, так что размер тома FAT12 ограничен 32 Мб. Поэтому Windows использует FAT12 как формат 5,25- и 3,5-дюймовых дискет, способных хранить до 1,44 Мб данных.
FAT16 - за счет 16-разрядных идентификаторов кластеров - может адресовать до 216 (65 536) кластеров. В Windows размер кластера FAT16 варьируется от 512 байт до 64 Кб, поэтому размер тома FАТ16 ограничен 4 Гб. Размер кластеров, используемых Windows, зависит от размера тома.
Размеры кластеров в FAT16 по умолчанию (в Windows)
Файловая система FAT не обеспечивает функций защиты данных и автоматического восстановления. Поэтому она используется, только если альтернативной системой на компьютере является MS-DOS или Windows 95/98, а также для передачи данных на гибких дисках. В остальном использовать FAT не рекомендуется.
Файловая система FAT32.
Модифицированная версия FAT - FAT32 - позволяет создавать разделы большие, чем в FAT16, и применять кластеры меньшего размера, что приводит к более эффективному использованию дискового пространства. Впервые FAT32 появилась в Windows 95 OSR2. Она также поддерживается в Windows 98 и Windows Millennium.
FAT32 использует 32-разрядные идентификаторы кластеров, но при этом резервирует старшие 4 бита, так что эффективный размер идентификатора кластера составляет 28 бит. Поскольку максимальный размер кластеров FAT32 равен 32 Кб, теоретически FAT32 может работать с 8-терабайтными томами. Однако реализация FAT32 в Windows XP / Windows 2003 не позволяет создавать тома, превышающие 32 Гб, но ОС может задействовать существующие тома FAT32 любого размера.
Размер кластеров на томах FAT32 (по умолчанию)
Помимо большего предельного числа кластеров преимуществом FAT32 перед FAT12 и FAT16 является следующее:
- место хранения корневого каталога FAT32 не ограничено предопределенной областью тома, поэтому его размер не ограничен;
- для большей надежности FAT32 хранит вторую копию загрузочного сектора.
Файловая система NTFS.
Файловая система NTFS - наиболее надежная система, специально разработанная для Windows NT и усовершенствованная в более поздних версиях Windows.
NTFS использует 64-разрядные индексы кластеров. Это позволяет NTFS адресовать тома размером до 1б экзабайт (1б миллиардов Гб). Однако Windows XP ограничивает размеры томов NTFS до значений, при которых возможна адресация 32-разрядными кластерами, т. е. до 128 Тб (с использованием кластеров по 64 Кб).
Размер кластеров на томах NTFS:
Одно из важнейших свойств NTFS - восстанавливаемость . При неожиданном сбое системы информация о структуре папок и файлов на томе FAT может быть утеряна. NTFS протоколирует все вносимые изменения. Это позволяет избежать разрушения данных о структуре тома (Однако при этом данные файлов в некоторых случаях могут быть утеряны). Благодаря возможности шифровать файлы и папки, и устанавливать запрет на доступ к ним использование файловой системы NTFS повышает безопасность компьютера.
NTFS поддерживает ряд дополнительных, по сравнению с FAT возможностей. Основные из них перечислены ниже:
- защита файлов и каталогов
- сжатие файлов
- поддержка многопоточных файлов
- отслеживание связей
- дисковые квоты
- шифрование
- точки повторной обработки
- точки соединения
- теневые копии
В операционной системе Windows логической единицей для хранения информации является файл.
Файл - поименованный набор данных. Как правило, эти данные хранятся на магнитных или лазерных дисках. Основными атрибутами файла являются:
собственное имя - строка букв и цифр. Предельная длина имени файла составляет 255 символов, включая пробелы. Имена не должны содержать следующих символов: \ / : * ? " < > |;
тип (расширение) – указывает тип файла. Расширение записывается через точку после имени файла и содержит три буквы. Файлы можно разбить на два класса информационные и исполняемые. Для того чтобы открыть информационный файл нужна другая программа. Например, файлы с расширением doc открываются с помощью текстового процессора Ms Word. Исполняемый файл, не требует специальной программы, а содержит программу в виде исполнимого кода. Исполняемые файлы в операционной системе Windows, имеют расширение exe , com.
размер - размер файла в байтах;
дата создания или изменения – содержит дату и время создания (последнего изменения) файла.
Собственное имя файла плюс его расширение плюс путь доступа к файлу называется полным именем файла. В операционной системе Windows оно уникально. Например, C:\DOC\PROBA.TXT полное имя файла с собственным именем PROBA, имеющим расширение TXT и расположенным на диске С в папке DOC. Кроме полного имени может использоваться короткое имя файла, длина его не более 12 символов включающих в себя две части: урезанное до 8 символов собственное имя и расширение.
На диске файл храниться в одном или нескольких фрагментах, называемых кластерами . Адреса всех кластеров содержаться в специальнойFATтаблице диска. В каталоге (перечне) всех файлов содержится номер первого кластера, а в соответствующей ячейкеFATтаблицы номер второго кластера или кодFFF(FFFF) если этот кластер последний. Если в ячейкеFATтаблицы записано значение 0, то кластер будет свободным. Размер кластера зависит от типа файловой системы, определяющей, кроме того, размещение фрагментов файлов на диске, возможность их сжатия при записи, проверки целостности и восстановления после сбоев, защиты от несанкционированного доступа и т.д. Известны несколько разновидностей файловых систем в различных версиях ОС Windows используются следующие:FATилиFAT16 – с 16 разрядными полями вFATтаблицах, числом записей 2 16 =65536, например для диска объёмом от 1 до 2Г длина кластера составляет 32К(64 сектора);FAT32 – с 32 разрядными полями вFATтаблицах, числом записей 2 32 -более 4 млрд., например для диска объёмом 8Г длина кластера составляет 4К(8 секторов);NTFSиNTFS5 быстрые, надёжные и безопасные файловые системы, в которых размер кластера может устанавливаться по усмотрению пользователя при форматировании диска. С помощью стандартных средств поздних версий ОС Windows возможна конвертация разделов FAT, FAT32 в NTFS без потери данных, только в прямом направлении.
Папка. Память любого диска может быть разбита на поименованные участки, называемые каталогами или папками. Папка предназначена для группировки данных и не позволяет запутаться в большом количестве файлов. Намного легче сначала выбрать одну из 10 групп, а затем один из 10 файлов, чем производить выборку одного файла из 100. Для того чтобы раскрыть папку, делают двойной щелчок по её значку. В ОС Windows имеется специальная папка, называемая корзиной, в которую помещаются файлы после их удаления . До тех пор пока корзина не будет очищена , удалённый файл можно восстановить.
Удобным средством для работы в OC Windows
является «Ярлык» - это ссылка на любой элемент, доступный на компьютере или в сети. Он служит для быстрого запуска программы, открытия файла или папки без поиска их расположения. Особенно полезно создавать ярлыки для часто используемых программ, файлов или папок и располагать их на рабочем столе. Можно создать несколько ярлыков для одного и того же файла и расположить их в разных местах. Если с рабочего стола удаляют ярлык, то будет удалён только ярлык, а сам объект, на который он ссылается, останется на своём месте.
Диск (том) - долговременная память компьютера, выполнена в виде магнитных (МД) или лазерных дисков. Каждый диск имеет имя в виде одной латинской буквы. Чаще всего используются следующие буквы: A, B - сменные МД или дискеты C, D, E .... - встроенный в компьютер МД (винчестер) лазерные диски илиФлэш-память. Перед использованием каждый диск форматируют. Форматированием диска называется процесс разбиения его поверхности на сектора и дорожки. Одна дорожка состоит из нескольких секторов.Таким образом, сектор является наименьшей физической единицей хранения данных на жестком диске. В процессе эксплуатации необходимо проводить обслуживание диска, запуская следующие программы: ПРОВЕРКА ДИСКА, которая выявляет логические ошибки в файловой структуре и физические ошибки, связанные с дефектами жесткого диска и программу, производящую дефрагментация диска, которая улучшает его структуру. При многократных операциях записи и стирания файлов их фрагментация резко усиливается (кластеры, в которых записан один файл, могут быть разбросаны по всему диску) и время считывания файла сильно замедляется. При дефрагментации этот недостаток ликвидируется - кластеры, где записан один файл, размещаются подряд.Эти программы могут выполняться в любое время независимо от необходимости выполнения данной операции .
Для облегчения взаимодействия пользователя с операционной системой(поиска и корректировки информации на дисках в папках и файлах) используются операционные (файловые) оболочки или менеджеры файлов. Например, встроенная в ОС Windows, Программа "Проводник" предназначена выполнения действий с папками и файлами. Кроме того, широко известны менеджеры файлов : Total Commander; Norton Commander; DOS Navigator; Far Manager; Windows 3.11.
|
Диск физический | ||||||||
|
Диск логический | ||||||||
|
Папка | ||||||||
|
Файл | ||||||||
|
Кластер | ||||||||
|
первый |
второй |
Последний | ||||||
|
сектор | ||||||||
|
Последний | ||||||||
|
Рисунок 5 -Состав диска |
||||||||
Мы привыкли к таким терминам, как “файл” и “папка” или “директория”. Но что это за механизм, который управляет файлами, проводит их аудит и контролирует их перемещение?
Образно, систему хранения файлов на диске можно сравнить с огромным и хаотично устроенным складским помещением, в который постоянно завозится новый товар. Имеется управляющий складом, который точно знает где расположен какой товар и как быстро к нему получить доступ. Такими управляющими в системе хранения файлов являются .
Разберемся, как работает файловая система, какие ее разновидности существуют и рассмотрим основные операции с файловой системой, влияющие на производительность системы.
принцип работы файловой системы windows
Каждому файлу операционная система присваивает имя, которое подобно адресу идентифицирует его в системе. Данный путь представляет собой строку, в начале которой указывается логический диск, на котором хранится файл, а затем последовательно отображаются все папки по степени их вложенности.
Когда какой-либо программе требуется файл, она отправляет операционной системе запрос, который обрабатывается файловой системой Windows. По полученному пути система получает адрес места хранения файла (физическое расположение) и передает его программе, отправившей запрос.
Таким образом, файловая система имеет свою собственную базу данных, которая с одной стороны устанавливает соответствие между физическим адресом файла и его путем, с другой стороны хранит дополнительные атрибуты файла, такие как размер, дата создания, права доступа к файлу и другие.
В файловых системах FAT32 и NTFS, такой базой данных является Главная Файловая Таблица (MFT – Master File Table).
Что на самом деле происходит при перемещении, копировании и удалении файлов?
Как бы это не казалось странным, но не все операции с файлами и папками ведут к физическим изменениям на жестком диске. Некоторые операции только вносят изменения в MFT, а сам файл остается на том же месте.
Давайте подробно разберем процесс работы файловой системы при выполнении основных операций с файлами. Это поможет нам понять, как происходит “засорение” ОС, почему некоторые файлы загружаются очень долго, что нужно предпринять, чтобы повысить быстродействие операционной системы.
1. Перемещение файла : данная операция подразумевает смену одного пути на другой. Следовательно, необходимо изменить только запись в Главной Файловой Таблице, а сам файл физически перемещать нет необходимости. Он остается на прежнем месте в неизменном виде.
2. Копирование файла : данная операция подразумевает создание еще одной дополнительной реализации файла на новом месте. При этом происходит не только создание записи в MFT, но и появление еще одной реальной копии файла на новом месте.
3. Удаление файла : в данном случае файл сначала помещается в Корзину. После вызова функции “Очистить” Корзину, файловая система удаляет запись из MFT. При этом файл физически не удаляется, он остается на своем прежнем месте месте. И будет существовать, пока его не перезапишут. Эту особенность следует учитывать при удалении конфиденциальных файлов: лучше использовать для этого специальные программы.
Теперь становится понятно, почему операция перемещения происходит быстрее, чем операция копирования. Повторюсь, во втором случае требуется помимо внесения изменений в Главную Файловую Таблицу дополнительно создать еще и физическую копию файла.
Какие типы файловых систем существуют?
1. FAT16 (File Allocated Table 16)
. Устаревшая файловая система, которая могла работать только с файлами размером не больше 2 Гб, поддерживала жесткие диски емкостью не более 4 Гб, и могла хранить и обрабатывать не более 65636 файлов. С развитием технологий и ростом потребностей пользователей данную файловую систему заменила NTFS.
2. FAT32 . С ростом объема данных, хранимых на носителях информации, была разработана и введена новая файловая система Windows, которая стала поддерживать файлы размером до 4 Гб и установила предельную емкость жесткого диска на планке 8 Тб. Как правило, в настоящее время FAT32 используется только на внешних носителях информации.
3. NTFS (New Technology File System) . Это стандартная файловая система, устанавливаемая на все современные компьютеры с операционной системой Windows. Максимальный размер файла, обрабатываемый данной файловой системой, 16 Тб; максимально поддерживаемый размер жесткого диска – 256 Тб.
Дополнительной функцией NTFS является журналирование своих действий. Первоначально все изменения заносятся в специально отведенную для это область, а лишь затем они прописываются в файловой таблице. Что позволяет предотвратить потерю данных, например при сбоях в питании.
4. HSF+ (Hierarchical File System+) . Стандартная файловая система для компьютеров с операционной системой MacOS. Аналогично NTFS, она поддерживает файлы большого объема и жесткие диски емкостью несколько сотен терабайт.
Чтобы поменять файловую систему, придется отформатировать раздел жесткого диска. Как правило, эта операция подразумевает полное удаление всей имеющейся информации на данном разделе.
как узнать тип файловой системы?
Самый простой способ: откройте “Проводник файлов” –> выберите интересующий вас раздел жесткого диска –> кликните по нему правой кнопкой мыши –> в появившемся меню выберите пункт “Свойства” –> в открывшемся окошке выберите вкладку “Общие”.
Обслуживание файловой системы Windows
Следует отметить, что файловая система не следит за “порядком” на жестком диске. ОС Windows устроена таким образом, что она сохраняет новые файлы в первой попавшейся незанятой ячейке. При этом если файл не помещается целиком в эту ячейку, то он делится на несколько частей (фрагментируется). Соответственно время доступа и открытия такого файла увеличивается, что сказывается на общей производительности системы.
Чтобы этого не допустить, и “навести порядок” в файловой системе, необходимо регулярно производить дефрагментацию разделов жесткого диска.
Для этого опять зайдите в свойства интересующего вас раздела жесткого диска (как это описано выше), перейдите на вкладку “Сервис” и нажмите на кнопку “Выполнить дефрагментацию”.
В открывшемся окошке можно настроить операцию автоматической дефрагментации дисков.
Чтобы осуществить дефрагментацию самостоятельно, укажите раздел жесткого диска, нажмите кнопку “Анализировать диск” –> а затем “Дефрагментация диска”.
Дождитесь завершения операции и закройте окошко.
FAT16
Файловая система FAT16 начала свое существование еще во времена, предшествовавшие MS-DOS, и поддерживается всеми операционными системами Microsoft для обеспечения совместимости. Ее название File Allocation Table (таблица расположения файлов) отлично отражает физическую организацию файловой системы, к основным характеристикам которой можно отнести то, что максимальный размер поддерживаемого тома (жесткого диска или раздела на жестком диске) не превышает 4095 Мбайт. Во времена MS-DOS 4-гигабайтные жесткие диски казались несбыточной мечтой (роскошью были диски объемом 20-40 Мбайт), поэтому такой запас был вполне оправданным.
Том, отформатированный для использования FAT16, разделяется на кластеры. Размер кластера по умолчанию зависит от размера тома и может колебаться от 512 байт до 64 Кбайт. В табл. 2 показано, как размер кластера зависит от размера тома. Отметим, что размер кластера может отличаться от значения по умолчанию, но должен иметь одно из значений, указанных в табл. 2 .
Не рекомендуется задействовать файловую систему FAT16 на томах больше 511 Мбайт, так как для относительно небольших по объему файлов дисковое пространство будет использоваться крайне неэффективно (файл размером в 1 байт будет занимать 64 Кбайт). Независимо от размера кластера файловая система FAT16 не поддерживается для томов больше 4 Гбайт.
FAT32
Начиная с Microsoft Windows 95 OEM Service Release 2 (OSR2) в Windows появилась поддержка 32-битной FAT. Для систем на базе Windows NT эта файловая система впервые стала поддерживаться в Microsoft Windows 2000. Если FAT16 может поддерживать тома объемом до 4 Гбайт, то FAT32 способна обслуживать тома объемом до 2 Тбайт. Размер кластера в FAT32 может изменяться от 1 (512 байт) до 64 секторов (32 Кбайт). Для хранения значений кластеров FAT32 требуется 4 байт (32 бит, а не 16, как в FAT16). Это означает, в частности, что некоторые файловые утилиты, рассчитанные на FAT16, не могут работать с FAT32.
Основным отличием FAT32 от FAT16 является то, что изменился размер логического раздела диска. FAT32 поддерживает тома объемом до 127 Гбайт. При этом, если при использовании FAT16 с 2-гигабайтными дисками требовался кластер размером в 32 Кбайт, то в FAT32 кластер размером в 4 Кбайт подходит для дисков объемом от 512 Мбайт до 8 Гбайт (табл. 4).
Это соответственно означает более эффективное использование дискового пространства - чем меньше кластер, тем меньше места требуется для хранения файла и, как следствие, диск реже становится фрагментированным.
При применении FAT32 максимальный размер файла может достигать 4 Гбайт минус 2 байта. Если при использовании FAT16 максимальное число вхождений в корневой каталог ограничивалось 512, то FAT32 позволяет увеличить это число до 65 535.
FAT32 накладывает ограничения на минимальный размер тома - он должен быть не менее 65 527 кластеров. При этом размер кластера не может быть таким, чтобы FAT занимала более 16 Мбайт–64 Кбайт / 4 или 4 млн. кластеров.
При использовании длинных имен файлов данные, необходимые для доступа из FAT16 и FAT32, не перекрываются. При создании файла с длинным именем Windows создает соответствующее имя в формате 8.3 и одно или более вхождений в каталог для хранения длинного имени (по 13 символов из длинного имени файла на каждое вхождение). Каждое последующее вхождение хранит соответствующую часть имени файла в формате Unicode. Такие вхождения имеют атрибуты «идентификатор тома», «только чтение», «системный» и «скрытый» - набор, который игнорируется MS-DOS; в этой операционной системе доступ к файлу осуществляется по его «псевдониму» в формате 8.3.
Файловая система NTFS
В состав Microsoft Windows 2000 входит поддержка новой версии файловой системы NTFS, которая, в частности, обеспечивает работу с сервисами каталогов Active Directory, точки пересчета (reparse points), средства защиты информации, контроль за доступом и ряд других возможностей.
Как и при использовании FAT, основной информационной единицей в NTFS является кластер. В табл. 5 показаны размеры кластеров по умолчанию для томов различной емкости.
При формировании файловой системы NTFS программа форматирования создает файл Master File Table (MTF) и другие области для хранения метаданных. Метаданные используются NTFS для реализации файловой структуры. Первые 16 записей в MFT зарезервированы самой NTFS. Местоположение файлов метаданных $Mft и $MftMirr записано в загрузочном секторе диска. Если первая запись в MFT повреждена, NTFS считывает вторую запись для нахождения копии первой. Полная копия загрузочного сектора располагается в конце тома. В табл. 6 перечислены основные метаданные, хранимые в MFT.
Остальные записи MFT содержат записи для каждого файла и каталога, расположенных на данном томе.
Обычно один файл использует одну запись в MFT, но если у файла большой набор атрибутов или он становится слишком фрагментированным, то для хранения информации о нем могут потребоваться дополнительные записи. В этом случае первая запись о файле, называемая базовой записью, хранит местоположение других записей. Данные о файлах и каталогах небольшого размера (до 1500 байт) полностью содержатся в первой записи.
Атрибуты файлов в NTFS
Каждый занятый сектор на NTFS-томе принадлежит тому или иному файлу. Даже метаданные файловой системы являются частью файла. NTFS рассматривает каждый файл (или каталог) как набор файловых атрибутов. Такие элементы, как имя файла, информация о его защите и даже данные в нем, являются атрибутами файла. Каждый атрибут идентифицируется кодом определенного типа и, опционально, именем атрибута.
Если атрибуты файла вмещаются в файловую запись, они называются резидентными атрибутами. Такими атрибутами всегда являются имя файла и дата его создания. В тех случаях, когда информация о файле слишком велика, чтобы вместиться в одну MFT-запись, некоторые атрибуты файла становятся нерезидентными. Резидентные атрибуты хранятся в одном или более кластерах и представляют собой поток альтернативных данных для текущего тома (об этом - чуть ниже). Для описания местонахождения резидентных и нерезидентных атрибутов NTFS создает атрибут Attribute List.
В табл. 7 показаны основные атрибуты файлов, определенные в NTFS. В будущем этот список может быть расширен.
Файловая система CDFS
В Windows 2000 обеспечивается поддержка файловой системы CDFS, отвечающей стандарту ISO’9660, описывающему расположение информации на CD-ROM. Поддерживаются длинные имена файлов в соответствии с ISO’9660 Level 2.
При создании CD-ROM для использования под управлением Windows 2000 следует иметь в виду следующее:
- все имена каталогов и файлов должны содержать менее 32 символов;
- все имена каталогов и файлов должны состоять только из символов верхнего регистра;
- глубина каталогов не должна превышать 8 уровней от корня;
- использование расширений имен файлов не обязательно.
Сравнение файловых систем
Под управлением Microsoft Windows 2000 возможно использование файловых систем FAT16, FAT32, NTFS или их комбинаций. Выбор операционной системы зависит от следующих критериев:
- того, как используется компьютер;
- аппаратной платформы;
- размера и числа жестких дисков;
- безопасности информации
Файловые системы FAT
Как вы уже могли заметить, цифры в названии файловых систем - FAT16 и FAT32 - указывают на число бит, необходимых для хранения информации о номерах кластеров, используемых файлом. Так, в FAT16 применяется 16-битная адресация и, соответственно, возможно использование до 2 16 адресов. В Windows 2000 первые четыре бита таблицы расположения файлов FAT32 необходимы для собственных нужд, поэтому в FAT32 число адресов достигает 2 28 .
В табл. 8 показаны размеры кластеров для файловых систем FAT16 и FAT32.
Помимо существенных отличий в размере кластера FAT32 также позволяет корневому каталогу расширяться (в FAT16 число вхождений ограничено 512 и может быть даже ниже при использовании длинных имен файлов).
Преимущества FAT16
Среди преимуществ FAT16 можно отметить следующие:
- файловая система поддерживается операционными системами MS-DOS, Windows 95, Windows 98, Windows NT, Windows 2000, а также некоторыми операционными системами UNIX;
- существует большое число программ, позволяющих исправлять ошибки в этой файловой системе и восстанавливать данные;
- при возникновении проблем с загрузкой с жесткого диска система может быть загружена с флоппи-диска;
- данная файловая система достаточно эффективна для томов объемом менее 256 Мбайт.
Недостатки FAT16
К основным недостаткам FAT16 относятся:
- корневой каталог не может содержать более 512 элементов. Использование длинных имен файлов существенно сокращает число этих элементов;
- FAT16 поддерживает не более 65 536 кластеров, а так как некоторые кластеры зарезервированы операционной системой, число доступных кластеров - 65 524. Каждый кластер имеет фиксированный размер для данного логического устройства. При достижении максимального числа кластеров при их максимальном размере (32 Кбайт) максимальный объем поддерживаемого тома ограничивается 4 Гбайт (под управлением Windows 2000). Для поддержания совместимости с MS-DOS, Windows 95 и Windows 98 объем тома под FAT16 не должен превышать 2 Гбайт;
- в FAT16 не поддерживается встроенная защита файлов и их сжатие;
- на дисках большого объема теряется много места за счет того, что используется максимальный размер кластера. Место под файл выделяется исходя из размера не файла, а кластера.
Преимущества FAT32
Среди преимуществ FAT32 можно отметить следующие:
- выделение дискового пространства выполняется более эффективно, особенно для дисков большого объема;
- корневой каталог в FAT32 представляет собой обычную цепочку кластеров и может находиться в любом месте диска. Благодаря этому FAT32 не накладывает никаких ограничений на число элементов в корневом каталоге;
- за счет использования кластеров меньшего размера (4 Кбайт на дисках объемом до 8 Гбайт) занятое дисковое пространство обычно на 10-15% меньше, чем под FAT16;
- FAT32 является более надежной файловой системой. В частности, она поддерживает возможность перемещения корневого каталога и использования резервной копии FAT. Помимо этого загрузочная запись содержит ряд критичных для файловой системы данных.
Недостатки FAT32
Основные недостатки FAT32:
- размер тома при использовании FAT32 под Windows 2000 ограничен 32 Гбайт;
- тома FAT32 недоступны из других операционных систем - только из Windows 95 OSR2 и Windows 98;
- не поддерживается резервная копия загрузочного сектора;
- в FAT32 не поддерживается встроенная защита файлов и их сжатие.
Файловая система NTFS
При работе в Windows 2000 Microsoft рекомендуется отформатировать все разделы жесткого диска под NTFS, за исключением тех конфигураций, когда используется несколько операционных систем (кроме Windows 2000 и Windows NT). Применение NTFS вместо FAT позволяет использовать функции, доступные в NTFS. К ним, в частности, относятся:
- возможность восстановления. Эта возможность «встроена» в файловую систему. NTFS гарантирует сохранность данных за счет того, что использует протокол и некоторые алгоритмы восстановления информации. В случае системного сбоя NTFS использует протокол и дополнительную информацию для автоматического восстановления целостности файловой системы;
- сжатие информации. Для томов NTFS Windows 2000 поддерживает сжатие отдельных файлов. Такие сжатые файлы могут использоваться Windows-приложениями без предварительной распаковки, которая происходит автоматически при чтении из файла. При закрытии и сохранении файл снова упаковывается;
- помимо этого можно выделить следующие преимущества NTFS:
Некоторые функции операционной системы требуют наличия NTFS;
Скорость доступа намного выше - NTFS минимизирует число обращений к диску, требуемых для нахождения файла;
Защита файлов и каталогов. Только на томах NTFS возможно задание атрибутов доступа к файлам и папкам;
При использовании NTFS Windows 2000 поддерживает тома объемом до 2 Тбайт;
Файловая система поддерживает резервную копию загрузочного сектора - она располагается в конце тома;
NTFS поддерживает систему шифрования Encrypted File System (EFS), обеспечивающую защиту от неавторизованного доступа к содержимому файлов;
При использовании квот можно ограничить объем дискового пространства, занимаемого пользователями.
Недостатки NTFS
Говоря о недостатках файловой системы NTFS, следует отметить, что:
- NTFS-тома недоступны в MS-DOS, Windows 95 и Windows 98. Помимо этого ряд функций, реализованных в NTFS под Windows 2000, недоступен в Windows 4.0 и более ранних версиях;
- для томов небольшого объема, содержащих много файлов небольшого размера, возможно снижение производительности по сравнению с FAT.
Файловая система и скорость
Как мы уже выяснили, для томов небольшого объема FAT16 или FAT32 обеспечивает более быстрый доступ к файлам по сравнению с NTFS, так как:
- FAT обладает более простой структурой;
- размер каталогов меньше;
- FAT не поддерживает защиту файлов от несанкционированного доступа - системе не нужно проверять права доступа к файлам.
NTFS минимизирует число обращений к диску и время, необходимое для нахождения файла. Кроме того, если размер каталога достаточно мал, чтобы поместиться в одной записи MFT, вся запись считывается за один раз.
Одно вхождение в FAT содержит номер кластера для первого кластера каталога. Для просмотра файла FAT требуется поиск по всей файловой структуре.
Сравнивая скорость операций, выполняемых для каталогов, содержащих короткие и длинные имена файлов, следует учитывать, что скорость операций для FAT зависит от самой операции и размера каталога. Если FAT ищет несуществующий файл, поиск выполняется по всему каталогу - эта операция занимает больше времени, чем поиск по структуре, основанной на B-деревьях, используемой в NTFS. Среднее время, необходимое для поиска файла, в FAT выражается как функция от N/2, в NTFS - как log N, где N - это число файлов.
Ряд следующих факторов влияет на скорость чтения и записи файлов под управлением Windows 2000:
- фрагментация файла. Если файл сильно фрагментирован, NTFS обычно требуется меньше обращений к диску, чем FAT для нахождения всех фрагментов;
- размер кластера. Для обеих файловых систем размер кластера по умолчанию зависит от объема тома и всегда выражается степенью числа 2. Адреса в FAT16 - 16-битные, в FAT32 - 32-битные, в NTFS - 64-битные;
- размер кластера по умолчанию в FAT базируется на том факте, что таблица расположения файлов может иметь не более 65 535 вхождений - размер кластера представляет собой функцию от объема тома, деленного на 65 535. Таким образом, размер кластера по умолчанию для тома FAT всегда больше, чем размер кластера для тома NTFS того же объема. Отметим, что больший размер кластера для томов FAT означает, что тома FAT могут быть менее фрагментированными;
- расположение файлов небольшого размера. При использовании NTFS файлы небольшого размера содержатся в MFT-записи. Размер файла, помещающегося в одну запись MFT, зависит от числа атрибутов этого файла.
Максимальный размер томов NTFS
Теоретически NTFS поддерживает тома с числом кластеров до 2 32 . Но тем не менее помимо отсутствия жестких дисков такого объема существуют и другие ограничения на максимальный размер тома.
Одним из таких ограничений является таблица разделов. Индустриальные стандарты ограничивают размер таблицы разделов 2 32 секторами. Другим ограничением является размер сектора, который обычно равен 512 байт. Поскольку размер сектора может измениться в будущем, текущий размер дает ограничение на размер одного тома - 2 Тбайт (2 32 x 512 байт = 2 41). Таким образом, 2 Тбайт является практическим пределом для физических и логических томов NTFS.
В табл. 11 показаны основные ограничения NTFS.
Управление доступом к файлам и каталогам
При использовании томов NTFS можно устанавливать права доступа к файлам и каталогам. Эти права доступа указывают, какие пользователи и группы имеют доступ к ним и какой уровень доступа допустим. Такие права доступа распространяются как на пользователей, работающих за компьютером, на котором располагаются файлы, так и на пользователей, обращающихся к файлам через сеть, когда файл располагается в каталоге, открытом для удаленного доступа.
Под NTFS можно также устанавливать разрешения на удаленный доступ, объединяемые с разрешениями на доступ к файлам и каталогам. Помимо этого файловые атрибуты (только чтение, скрытый, системный) также ограничивают доступ к файлу.
Под управлением FAT16 и FAT32 тоже возможно устанавливать атрибуты файлов, но они не обеспечивают права доступа к файлам.
В версии NTFS, используемой в Windows 2000, появился новый тип разрешения на доступ - наследуемые разрешения. Вкладка Security содержит опцию Allow inheritable permissions from parent to propagate to this file object , которая по умолчанию находится в активном состоянии. Данная опция существенно сокращает время, требуемое на изменение прав доступа к файлам и подкаталогам. Например, для изменения прав доступа к дереву, содержащему сотни подкаталогов и файлов, достаточно включить эту опцию - в Windows NT 4 необходимо изменить атрибуты каждого отдельного файла и подкаталога.
На рис. 5 показаны диалоговая панель Properties и вкладка Security (раздел Advanced) - перечислены расширенные права доступа к файлу.
Напомним, что для томов FAT можно управлять доступом только на уровне томов и такой контроль возможен только при удаленном доступе.
Сжатие файлов и каталогов
В Windows 2000 поддерживается сжатие файлов и каталогов, расположенных на NTFS-томах. Сжатые файлы доступны для чтения и записи любыми Windows-приложениями. Для этого нет необходимости в их предварительной распаковке. Используемый алгоритм сжатия схож с тем, который используется в DoubleSpace (MS-DOS 6.0) и DriveSpace (MS-DOS 6.22), но имеет одно существенное отличие - под управлением MS-DOS выполняется сжатие целого первичного раздела или логического устройства, тогда как под NTFS можно упаковывать отдельные файлы и каталоги.
Алгоритм сжатия в NTFS разработан с учетом поддержки кластеров размером до 4 Кбайт. Если величина кластера больше 4 Кбайт, функции сжатия NTFS становятся недоступными.
Самовосстановление NTFS
Файловая система NTFS обладает способностью самовосстановления и может поддерживать свою целостность за счет использования протокола выполняемых действий и ряда других механизмов.
NTFS рассматривает каждую операцию, модифицирующую системные файлы на NTFS-томах, как транзакцию и сохраняет информацию о такой транзакции в протоколе. Начатая транзакция может быть либо полностью завершена (commit), либо откатывается (rollback). В последнем случае NTFS-том возвращается в состояние, предшествующее началу транзакции. Для того чтобы управлять транзакциями, NTFS записывает все операции, входящие в транзакцию, в файл протокола, перед тем как осуществить запись на диск. После того как транзакция завершена, все операции выполняются. Таким образом, под управлением NTFS не может быть незавершенных операций. В случае дисковых сбоев незавершенные операции просто отменяются.
Под управлением NTFS также выполняются операции, позволяющие «на лету» определять дефектные кластеры и отводить новые кластеры для файловых операций. Этот механизм называется cluster remapping.
В данном обзоре мы рассмотрели различные файловые системы, поддерживаемые в Microsoft Windows 2000, обсудили устройство каждой из них, отметили их достоинства и недостатки. Наиболее перспективной является файловая система NTFS, которая обладает большим набором функций, недоступных в других файловых системах. Новая версия NTFS, поддерживаемая Microsoft Windows 2000, обладает еще большей функциональностью и поэтому рекомендуется для использования при установке операционной системы Win 2000.
КомпьютерПресс 7"2000
Файловая система семейства Windows .
Файловая система (file system) – функциональная часть операционной системы, которая отвечает за обмен данными с внешними запоминающими устройствами. Операционными системами Windows используется, разработанная еще для DOS файловая система FAT , в которой для каждого раздели и тома DOS имеется загрузочный сектор, а каждый раздел DOS содержит две копии таблицы размещения файлов (file allocation table – FAT). FAT представляет собой матрицу, которая устанавливает соотношение между файлами и папками раздела и их физическим местоположением на жестком диске. Перед каждым разделом жесткого диска последовательно расположены две копии FAT. Подобно загрузочным секторам, FAT располагается за пределами области диска, видимой для файловой системы. При записи на диск файлы не обязательно занимают пространство, эквивалентное их размеру. Обычно файлы разбиваются на кластеры определенного размера, которые могут быть разбросаны по всему разделу. В результате таблица FAT представляет собой не список файлов и их местоположения, а список кластеров раздела и их содержимого, а в конце каждого описания содержится ссылка на следующий занимаемый файлом кластер.
Элементы таблицы FAT представляют собой 12-, 16- и 32-битовые шестнадцатеричные числа, размер которых определяется программой FDISK, а значение непосредственно создается программой FORMAT. Все гибкие диски, а также жесткие диски размером до 16 Мбайт используют в FAT 12-битовые элементы. Жесткие и съемные диски, имеющие размер от 16 Мбайт и более, обычно используют 16-битовые элементы. В Windows98 для дисков объемом более 512 Мбайт может использоваться файловая система FAT32 с 32-битовым элементами таблицы FAT. Очевидно, чем меньше размер кластеров раздела, тем больше их будет содержаться в этом разделе и тем больше размер таблицы размещения файлов FAT, а, значит, дольше а ней выполняется поиск информации, необходимой для доступа к файлу. Зачем же тогда необходимо уменьшать размер кластера? Дело в том, что размер файла может быть произвольным, однако, при записи на диск, Windows разбивает файл на несколько кластеров. В итоге последний кластер почти никогда не бывает заполнен до конца. Оставшееся пустое пространство, называемое люфтом, существует до тех пор, пока файл находится на диске. Таким образом, размер потерянного пространства зависит от размера кластера. Помимо поддержки больших разделов и меньших кластеров FAT32 иначе использует саму таблицу размещения файлов. В FAT использовались две идентичные таблицы, одна из которых служила основной, вторая при выполнении обычных процедур постоянно обновлялась, заполняясь при этом возможными ошибками первой копии. FAT32, при невозможном считывании данных из основной таблицы, обращается ко второй копии, которая и становится основной.Основным недостатком FAT32 является несовместимость с более ранними файловыми системами, а также системой NTFS, применяемой в Windows NT.
Когда Windows NT впервые вышла в свет, в ней была предусмотрена поддержка трех файловых систем. Это таблица размещения файлов (FAT), обеспечивавшая совместимость с MS-DOS, файловая система повышенной производительности (HPFS), обеспечивавшая совместимость с LAN Manager, и новая файловая система, носившая название Файловой системы новых технологий (NTFS ). NTFS обладала рядом преимуществ в сравнении с использовавшимися на тот момент для большинства файловых серверов файловыми системами. Для обеспечения целостности данных в NTFS имеется журнал транзакций. Подобный подход не исключает вероятности утраты информации, однако, значительно увеличивает вероятность того, что доступ к файловой системе будет возможен даже в том случае, если будет нарушена целостность системы сервера. Это становится возможным при использовании журнала транзакций для отслеживания незавершенных попыток записи на диск при последующей загрузке Windows NT. Журнал транзакций также используется для проверки диска на наличие ошибок вместо проверки каждого файла, в случае использования таблицы размещения файлов. Одним из основных преимуществ NTFS является безопасность. NTFS предоставляет возможность вносить записи контроля доступа (Access Control Entries, ACE) в список контроля доступа (Access Control List, ACL). ACE содержит идентификационное имя группы или пользователя и маркер доступа, который может быть использован для ограничения доступа к определенному каталогу или файлу.
Этот доступ может предполагать возможность чтения, записи, удаления, выполнения и даже владения файлами. С другой стороны, ACL представляет собой контейнер, содержащий одну или более записей ACE. Это позволяет ограничить доступ отдельных пользователей или групп пользователей к определенным каталогам или файлам в сети. Кроме того NTFS поддерживает работу с длинными именами, имеющими длину до 255 символов и содержащими заглавные и строчные буквы в любой последовательности. Одной из главных характеристик NTFS является автоматическое создание эквивалентных имен, совместимых с MS-DOS. Также NTFS имеет функцию сжатия, впервые появившуюся в NT версии 3.51. Она обеспечивает возможность сжатия любого файла, каталога или диска NTFS. В отличии от программ сжатия MS-DOS, создающих виртуальный диск, имеющий вид скрытого файла и подвергающий сжатию все данные на этом диске, Windows NT использует дополнительный уровень файловой подсистемы для сжатия и разуплотнения требуемых файлов без создания виртуального диска. Это оказывается полезным при сжатии либо определенной части диска (например, пользовательского каталога), либо файлов, имеющих определенный тип (например, графических файлов). Единственным недостатком сжатия NTFS является невысокий, в сравнении со схемами сжатия MS-DOS, уровень компрессии. Зато NTFS отличается более высокой надежностью и производительностью.