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.

Ursprüngliche KB-Nummer: 100108

Notiz

HPFS wird nur unter Windows NT-Versionen 3.1, 3.5 und 3.51 unterstützt. Windows NT 4.0 unterstützt keine HPFS-Partitionen und kann nicht auf HPFS-Partitionen zugreifen. Außerdem wurde die Unterstützung für das FAT32-Dateisystem in Windows 98/Windows 95 OSR2 und Windows 2000 verfügbar.

FAT-Übersicht

FAT ist weit die einfachsten Dateisysteme, die von Windows NT unterstützt werden. Das FAT-Dateisystem zeichnet sich durch die Dateizuordnungstabelle (FAT) aus, bei der es sich wirklich um eine Tabelle handelt, die sich ganz oben auf dem Volume befindet. Um das Volumen 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 richtig gefunden werden können.

Ein datenträger, der mit FAT formatiert ist, 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 erstellt. Dieser Eintrag in der FAT-Tabelle gibt entweder an, dass es sich um den letzten Cluster der Datei handelt oder auf den nächsten Cluster zeigt.

Das Aktualisieren der FAT-Tabelle ist sehr wichtig und zeitaufwändig. Wenn die FAT-Tabelle nicht regelmäßig aktualisiert wird, kann sie zu Datenverlust führen. Es ist zeitaufwändig, da die Datenträgerleseköpfe bei jeder Aktualisierung der FAT-Tabelle auf die logische Spur null des Laufwerks neu positioniert werden müssen.

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

FAT-Benennungskonvention

FAT verwendet die herkömmliche 8.3-Dateibenennungskonvention, 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, unter Windows NT ein Rückgängigmachen auf einem der unterstützten Dateisysteme durchzuführen. Undelete-Dienstprogramme versuchen, direkt auf die Hardware zuzugreifen, die unter Windows NT nicht ausgeführt werden kann. Wenn sich die Datei jedoch auf einer FAT-Partition befindet und das System unter MS-DOS neu gestartet wird, kann die Datei rückgängig machen. Das FAT-Dateisystem eignet sich am besten für Laufwerke und/oder Partitionen unter ca. 200 MB, da FAT mit sehr wenig Aufwand beginnt. Weitere Erläuterungen zu FAT-Vorteilen finden Sie in den folgenden Themen:

• Windows NT Server "Konzepte und Planungshandbuch", 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 mit dem Titel "Welches Dateisystem für welche Volumes verwendet werden soll"

Nachteile von FAT

Vorzugsweise sollte das FAT-Dateisystem bei Verwendung von Laufwerken oder Partitionen von über 200 MB nicht verwendet werden. Dies liegt daran, dass die Leistung mit FAT schnell verringert wird, da die Größe des Volumes steigt. Es ist nicht möglich, Berechtigungen für Dateien festzulegen, die FAT-Partitionen sind.

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

Weitere Erläuterungen zu anderen Nachteilen von FAT finden Sie in den folgenden Themen:

• Windows NT Server "Konzepte und Planungshandbuch", 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 mit dem Titel "Welches Dateisystem für welche Volumes verwendet werden soll"

HPFS -Übersicht

Das HPFS-Dateisystem wurde erstmals mit OS/2 1.2 eingeführt, um einen größeren Zugriff auf die größeren Festplatten zu ermöglichen, die dann auf dem Markt erscheinen. Darüber hinaus war es notwendig, dass ein neues Dateisystem das Benennungssystem, die Organisation und die Sicherheit für die wachsenden Anforderungen des Netzwerkservermarktes erweitert. HPFS verwaltet die Verzeichnisorganisation von FAT, fügt jedoch die automatische Sortierung des Verzeichnisses basierend auf Dateinamen hinzu. Dateinamen werden auf bis zu 254 Doppelbytezeichen erweitert. HPFS ermöglicht außerdem, dass eine Datei aus "Daten" und speziellen Attributen besteht, um eine höhere Flexibilität bei der Unterstützung anderer Benennungskonventionen und Sicherheit zu ermöglichen. Darüber hinaus wird die Zuordnungseinheit von Clustern in physische Sektoren (512 Byte) 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, so viel von einer Datei in zusammenhängenden Sektoren wie möglich zuzuordnen. Dies geschieht, um die Geschwindigkeit bei der sequenziellen Verarbeitung einer Datei zu erhöhen.

HPFS organisiert ein Laufwerk in einer Reihe von 8-MB-Bändern, und wenn möglich, ist eine Datei in einem dieser Bänder enthalten. Zwischen jedem dieser Bänder handelt es sich um 2K-Zuordnungsbitmaps, die nachverfolgen, welche Sektoren innerhalb eines Bandes vorhanden sind und nicht zugewiesen wurden. Das Banding erhöht die Leistung, da der Laufwerkkopf nicht zum logischen Oberen (in der Regel Zylinder 0) des Datenträgers zurückkehren muss, sondern zur nächstgelegenen Bandzuordnungsbitmap, um zu bestimmen, wo eine Datei gespeichert werden soll.

Darüber hinaus enthält HPFS ein paar einzigartige spezielle Datenobjekte:

Superblock

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 Super Block aufgrund eines schlechten Sektors verloren geht oder beschädigt ist, so sind die Inhalte der Partition, auch wenn der Rest des Laufwerks in Ordnung ist. Es wäre möglich, die Daten auf dem Laufwerk wiederherzustellen, indem alles mit einem guten Sektor 16 auf ein anderes Laufwerk kopiert und der Super Block neu erstellt wird. Dies ist jedoch eine sehr komplexe Aufgabe.

Ersatzblock

Der Spare Block befindet sich in logischem Sektor 17 und enthält eine Tabelle mit "Hot Fixes" und den Spare Directory Block. Wenn ein schlechter Sektor erkannt wird, wird unter HPFS der Eintrag "Hot Fixes" verwendet, um logisch auf einen bestehenden guten Sektor zu verweisen, anstelle des schlechten Sektors. Diese Technik zum Behandeln von Schreibfehlern wird als hot fix bezeichnet.

Die hot fix is a technique where if an error occurs because of a bad sector, the file system moves the information to a different sector and marks the original sector as bad. Dies alles wird für alle Anwendungen transparent gemacht, die Datenträger-E/A ausführen (d. h. die Anwendung weiß nie, dass es Probleme mit der Festplatte gab). Durch die Verwendung eines Dateisystems, das die Hot-Fixierung unterstützt, werden Fehlermeldungen wie die Fehlermeldung "Abbrechen, Wiederholen oder Fehlschlagen" beseitigt, die auftritt, wenn ein fehlerhafter Sektor auftritt.

Notiz

Die Version von HPFS, die in Windows NT enthalten ist, unterstützt keine Hot-Fixierung.

Vorteile von HPFS

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

• Windows NT Server "Konzepte und Planungshandbuch", 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 mit dem Titel "Welches Dateisystem für welche Volumes verwendet werden soll"

Nachteile von HPFS

Aufgrund des aufwands in HPFS ist es keine sehr effiziente Wahl für ein Volumen von ca. 200 MB. Darüber hinaus gibt es bei Volumes, die größer als etwa 400 MB sind, eine Leistungsverschlechterung. Sie können die Sicherheit auf HPFS unter Windows NT nicht festlegen.

HPFS wird nur unter 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 Themen:

• Windows NT Server "Konzepte und Planungshandbuch", 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 mit dem Titel "Welches Dateisystem für welche Volumes verwendet werden soll"

Übersicht über NTFS

Aus Sicht eines Benutzers organisiert NTFS weiterhin Dateien in Verzeichnissen, die wie HPFS sortiert sind. Im Gegensatz zu FAT oder HPFS gibt es jedoch keine "speziellen" Objekte auf dem Datenträger, und es gibt 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 Super Blocks.

Die Ziele von NTFS sind:

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

• Eine Plattform für zusätzliche Funktionen

• Support POSIX-Anforderungen

• Entfernen der Einschränkungen der FAT- und HPFS-Dateisysteme

Zuverlässigkeit

Um die Zuverlässigkeit von NTFS zu gewährleisten, wurden drei Hauptbereiche behandelt: Wiederherstellbarkeit, Entfernung schwerwiegender Einzelsektorfehler und Hot-Fixierung.

NTFS ist ein wiederherstellbares Dateisystem, da sie Transaktionen mit dem Dateisystem nachverfolgt. Wenn ein CHKDSK auf FAT oder HPFS ausgeführt wird, werden die Konsistenz von Zeigern innerhalb des Verzeichnisses, der Zuordnung und der Dateitabellen überprüft. Unter NTFS wird ein Protokoll von Transaktionen mit diesen Komponenten beibehalten, sodass CHKDSK nur Rollbacktransaktionen auf den letzten Commitpunkt benötigt, um die Konsistenz innerhalb des Dateisystems wiederherzustellen.

Wenn unter FAT oder HPFS ein Sektor, der die Position eines der speziellen Objekte des Dateisystems darstellt, fehlschlägt, tritt ein einzelner Sektorfehler auf. NTFS vermeidet dies auf zwei Arten: zuerst, indem sie keine speziellen Objekte auf dem Datenträger verwenden und alle Objekte nachverfolgen und schützen, die sich auf dem Datenträger befinden. Zweitens werden unter NTFS mehrere Kopien (die Zahl hängt von der Volumengröße) der Masterdateitabelle aufbewahrt.

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

Hinzugefügte Funktionalität

Eines der wichtigsten Entwurfsziele von Windows NT auf jeder Ebene besteht darin, eine Plattform bereitzustellen, die hinzugefügt und erstellt 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 unterstützt mehrere Datenströme. Keine Datendatei mehr ist ein einzelner Datenstrom. Schließlich kann ein Benutzer unter NTFS seine eigenen benutzerdefinierten Attribute zu einer Datei hinzufügen.

POSIX-Unterstützung

NTFS ist die posIX.1-kompatibelste der unterstützten Dateisysteme, da sie die folgenden POSIX.1-Anforderungen unterstützt:

Benennung bei Groß-/Kleinschreibung:

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

Zusätzlicher Zeitstempel:

Der zusätzliche Zeitstempel liefert die Uhrzeit, zu der die Datei zuletzt zugegriffen wurde.

Feste Links:

Eine feste Verknüpfung besteht darin, dass 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 Exabyte oder 18.446.744.073.709.551.616 Bytes) betragen können. NTFS hat auch an das FAT-Konzept von Clustern zurückgesendet, um HPFS-Probleme einer festen Sektorgröße zu vermeiden. Dies wurde getan, da Windows NT ein tragbares Betriebssystem ist und zu einem bestimmten Zeitpunkt unterschiedliche Datenträgertechnologien auftreten werden. Daher wurde 512 Byte pro Sektor als große Möglichkeit betrachtet, nicht immer gut für die Zuordnung geeignet zu sein. Dies wurde erreicht, indem der Cluster als Vielfache der natürlichen Zuordnungsgröße der Hardware definiert werden kann. 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 die Verwendung auf Volumes von ca. 400 MB oder mehr. Dies liegt daran, dass die Leistung unter NTFS nicht beeinträchtigt wird, wie unter FAT, mit größeren Volumegrößen.

Die wiederherstellbarkeit, die in NTFS entwickelt wurde, ist so, dass ein Benutzer niemals irgendeine Art von Datenträgerreparaturhilfsprogramm auf einer NTFS-Partition ausführen muss. Weitere Vorteile von NTFS finden Sie in den folgenden Themen:

• Windows NT Server "Konzepte und Planungshandbuch", 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 mit dem Titel "Welches Dateisystem für welche 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 der Speicherplatzaufwand in NTFS liegt. Dieser Speicherplatzaufwand liegt in Form von NTFS-Systemdateien, die in der Regel mindestens 4 MB Speicherplatz auf einer 100-MB-Partition verwenden.

Derzeit ist keine in NTFS integrierte Dateiverschlüsselung vorhanden. 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, einen Diskettendatenträger mit dem NTFS-Dateisystem zu formatieren. Windows NT formatiert alle Disketten mit dem FAT-Dateisystem, da der an NTFS beteiligte Aufwand nicht auf einen Diskettendatenträger passt.

Weitere Erläuterungen zu NTFS-Nachteilen finden Sie in den folgenden Themen:

• Windows NT Server "Konzepte und Planungshandbuch", 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 mit dem Titel "Welches Dateisystem für welche Volumes verwendet werden soll"

NTFS-Benennungskonventionen

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

? " / \ < > * | :

Derzeit können Sie in der Befehlszeile nur Dateinamen mit bis zu 253 Zeichen erstellen.

Notiz

Zugrunde liegende Hardwareeinschränkungen können zusätzliche Partitionsgrößenbeschränkungen in jedem Dateisystem erzwingen. Insbesondere kann eine Startpartition nur 7,8 GB groß sein, und es gibt eine Beschränkung von 2-Terabyte in der Partitionstabelle.

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