Omówienie systemów plików FAT, HPFS i NTFS

W tym artykule wyjaśniono różnice między tabelą alokacji plików (FAT), systemem plików o wysokiej wydajności (HPFS) i systemem plików NT w systemie Windows NT oraz ich zaletami i wadami.

Oryginalny numer KB: 100108

Uwaga 16.

System PLIKÓW HPFS jest obsługiwany tylko w systemie Windows NT w wersji 3.1, 3.5 i 3.51. System Windows NT 4.0 nie obsługuje partycji HPFS i nie może uzyskać dostępu do partycji HPFS. Ponadto obsługa systemu plików FAT32 stała się dostępna w systemach Windows 98/Windows 95 OSR2 i Windows 2000.

Omówienie funkcji FAT

FAT jest zdecydowanie najbardziej uproszczonym systemem plików obsługiwanym przez system Windows NT. System plików FAT charakteryzuje się tabelą alokacji plików (FAT), która jest naprawdę tabelą, która znajduje się na samej górze woluminu. Aby chronić wolumin, dwa kopie FAT są przechowywane w przypadku, gdy jeden ulegnie uszkodzeniu. Ponadto tabele FAT i katalog główny muszą być przechowywane w stałej lokalizacji, aby pliki rozruchowe systemu mogły być poprawnie zlokalizowane.

Dysk sformatowany przy użyciu funkcji FAT jest przydzielany w klastrach, których rozmiar jest określany przez rozmiar woluminu. Po utworzeniu pliku zostanie utworzony wpis w katalogu i zostanie ustanowiony pierwszy numer klastra zawierający dane. Ten wpis w tabeli FAT wskazuje, że jest to ostatni klaster pliku lub wskazuje następny klaster.

Aktualizowanie tabeli FAT jest bardzo ważne, a także czasochłonne. Jeśli tabela FAT nie jest regularnie aktualizowana, może to prowadzić do utraty danych. Jest to czasochłonne, ponieważ głowice odczytu dysku muszą być zmieniane na ścieżkę logiczną dysku zero za każdym razem, gdy tabela FAT jest aktualizowana.

Nie ma organizacji w strukturze katalogów FAT, a pliki otrzymują pierwszą otwartą lokalizację na dysku. Ponadto funkcja FAT obsługuje tylko atrybuty plików tylko do odczytu, ukryte, systemowe i archiwum.

Konwencja nazewnictwa FAT

Fat używa tradycyjnej konwencji nazewnictwa plików 8.3, a wszystkie nazwy plików muszą zostać utworzone z zestawem znaków ASCII. Nazwa pliku lub katalogu może mieć długość maksymalnie ośmiu znaków, a następnie separator kropki (.) i maksymalnie trzyznakowe rozszerzenie. Nazwa musi zaczynać się literą lub cyfrą i może zawierać dowolne znaki z wyjątkiem następujących:

. " / \ [ ] : ; | = ,

Jeśli którykolwiek z tych znaków jest używany, mogą wystąpić nieoczekiwane wyniki. Nazwa nie może zawierać żadnych spacji.

Zastrzeżone są następujące nazwy:

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

Wszystkie znaki zostaną przekonwertowane na wielkie litery.

Zalety systemu FAT

Nie można wykonać cofania w systemie Windows NT w żadnym z obsługiwanych systemów plików. Cofanie usunięcia narzędzi próbuje uzyskać bezpośredni dostęp do sprzętu, którego nie można wykonać w systemie Windows NT. Jeśli jednak plik znajduje się na partycji FAT, a system zostanie uruchomiony ponownie w obszarze MS-DOS, plik może być nieukończony. System plików FAT jest najlepszy dla dysków i/lub partycji poniżej około 200 MB, ponieważ FAT zaczyna się od bardzo małych obciążeń. Aby uzyskać dalszą dyskusję na temat zalet fat, zobacz następujące tematy:

• Windows NT Server "Pojęcia i przewodnik planowania", rozdział 5, sekcja zatytułowana "Wybieranie systemu plików"

• Windows NT Workstation 4.0 Resource Kit, rozdział 18, "Wybieranie systemu plików"

• Windows NT Server 4.0 Resource Kit "Przewodnik po zasobach", rozdział 3, sekcja zatytułowana "Który system plików do użycia w których woluminach"

Wady fat

Najlepiej, jeśli używasz dysków lub partycji z ponad 200 MB, system plików FAT nie powinien być używany. Wynika to z faktu, że wraz ze wzrostem rozmiaru woluminu wydajność przy użyciu funkcji FAT szybko się zmniejszy. Nie można ustawić uprawnień do plików, które są partycjami FAT.

Partycje FAT są ograniczone do maksymalnie 4 Gigabajtów (GB) w systemie Windows NT i 2 GB w MS-DOS.

Aby zapoznać się z innymi wadami systemu FAT, zobacz następujące kwestie:

• Windows NT Server "Pojęcia i przewodnik planowania", rozdział 5, sekcja zatytułowana "Wybieranie systemu plików"

• Windows NT Workstation 4.0 Resource Kit, rozdział 18, "Wybieranie systemu plików"

• Microsoft Windows NT Server 4.0 Resource Kit "Przewodnik po zasobach", rozdział 3, sekcja zatytułowana "Który system plików do użycia w których woluminach"

Omówienie systemu plików HPFS

System plików HPFS został po raz pierwszy wprowadzony z systemem operacyjnym OS/2 1.2, aby umożliwić większy dostęp do większych dysków twardych, które następnie pojawiły się na rynku. Ponadto konieczne było rozszerzenie systemu nazewnictwa, organizacji i bezpieczeństwa na rosnące zapotrzebowanie na rynek serwerów sieciowych. System plików HPFS utrzymuje organizację katalogów FAT, ale dodaje automatyczne sortowanie katalogu na podstawie nazw plików. Nazwy plików są rozszerzane do maksymalnie 254 znaków dwubajtowych. System plików HPFS umożliwia również tworzenie plików "danych" i specjalnych atrybutów w celu zapewnienia większej elastyczności w zakresie obsługi innych konwencji nazewnictwa i zabezpieczeń. Ponadto jednostka alokacji jest zmieniana z klastrów na sektory fizyczne (512 bajtów), co zmniejsza utratę miejsca na dysku.

W obszarze HPFS wpisy katalogu przechowują więcej informacji niż w obszarze FAT. Oprócz pliku atrybutu zawiera to informacje o modyfikacji, tworzeniu i dacie dostępu oraz dacie i godzinach dostępu. Zamiast wskazywać pierwszy klaster pliku, wpisy katalogu w obszarze HPFS wskazują FNODE. Węzeł FNODE może zawierać dane pliku lub wskaźniki, które mogą wskazywać dane pliku lub inne struktury, które ostatecznie wskażą dane pliku.

System plików HPFS próbuje przydzielić jak najwięcej pliku w ciągłych sektorach. Jest to wykonywane w celu zwiększenia szybkości podczas sekwencyjnego przetwarzania pliku.

SYSTEM PLIKÓW HPFS organizuje dysk w serię przedziałów 8 MB i zawsze, gdy jest to możliwe, plik znajduje się w jednym z tych przedziałów. Między każdym z tych przedziałów znajdują się mapy bitowe alokacji 2K, które śledzą, które sektory w obrębie przedziału i nie zostały przydzielone. Banding zwiększa wydajność, ponieważ głowica dysku nie musi wracać do logicznego górnego (zazwyczaj cylindra 0) dysku, ale do najbliższej mapy bitowej alokacji pasm, aby określić, gdzie ma być przechowywany plik.

Ponadto system plików HPFS zawiera kilka unikatowych specjalnych obiektów danych:

Blok super

Blok super znajduje się w sektorze logicznym 16 i zawiera wskaźnik do FNODE katalogu głównego. Jednym z największych niebezpieczeństw związanych z używaniem systemu HPFS jest to, że jeśli blok Super Block zostanie utracony lub uszkodzony z powodu złego sektora, więc są zawartość partycji, nawet jeśli reszta dysku jest w porządku. Możliwe byłoby odzyskanie danych na dysku przez skopiowanie wszystkiego na inny dysk z dobrym sektorem 16 i odbudowanie super bloku. Jest to jednak bardzo złożone zadanie.

Blok zapasowy

Blok zapasowy znajduje się w sektorze logicznym 17 i zawiera tabelę "gorących poprawek" i zapasowy blok katalogu. W obszarze HPFS, gdy zostanie wykryty zły sektor, wpis "gorących poprawek" jest używany do logicznego wskazywania istniejącego dobrego sektora zamiast złego sektora. Ta technika obsługi błędów zapisu jest znana jako naprawa gorąca.

Naprawa gorąca to technika, w której w przypadku wystąpienia błędu z powodu złego sektora system plików przenosi informacje do innego sektora i oznacza oryginalny sektor jako zły. Wszystko to odbywa się w sposób niewidoczny dla wszystkich aplikacji, które wykonują operacje we/wy dysku (czyli aplikacja nigdy nie wie, że wystąpiły jakiekolwiek problemy z dyskiem twardym). Użycie systemu plików obsługującego naprawę gorącą spowoduje wyeliminowanie komunikatów o błędach, takich jak FAT "Przerwanie, ponawianie próby lub niepowodzenie?" komunikat o błędzie, który występuje w przypadku napotkania nieprawidłowego sektora.

Uwaga 16.

Wersja systemu PLIKÓW HPFS, która jest dołączona do systemu Windows NT, nie obsługuje naprawy gorącej.

Zalety systemu plików HPFS

SYSTEM PLIKÓW HPFS jest najlepszy w przypadku dysków z zakresu od 200 do 400 MB. Aby uzyskać więcej informacji na temat zalet systemu HPFS, zobacz następujące tematy:

• Windows NT Server "Pojęcia i przewodnik planowania", rozdział 5, sekcja zatytułowana "Wybieranie systemu plików"

• Windows NT Workstation 4.0 Resource Kit, rozdział 18, "Wybieranie systemu plików"

• Windows NT Server 4.0 Resource Kit "Przewodnik po zasobach", rozdział 3, sekcja zatytułowana "Który system plików do użycia w których woluminach"

Wady systemu plików HPFS

Ze względu na obciążenie związane z HPFS nie jest to bardzo wydajny wybór woluminu poniżej 200 MB. Ponadto w przypadku woluminów większych niż około 400 MB nastąpi spadek wydajności. Nie można ustawić zabezpieczeń w systemie HPFS w systemie Windows NT.

System PLIKÓW HPFS jest obsługiwany tylko w systemie Windows NT w wersji 3.1, 3.5 i 3.51. System Windows NT 4.0 nie może uzyskać dostępu do partycji HPFS.

Aby uzyskać dodatkowe wady systemu plików HPFS, zobacz następujące kwestie:

• Windows NT Server "Pojęcia i przewodnik planowania", rozdział 5, sekcja zatytułowana "Wybieranie systemu plików"

• Windows NT Workstation 4.0 Resource Kit, rozdział 18, "Wybieranie systemu plików"

• Windows NT Server 4.0 Resource Kit "Przewodnik po zasobach", rozdział 3, sekcja zatytułowana "Który system plików do użycia w których woluminach"

Omówienie systemu plików NTFS

Z punktu widzenia użytkownika system plików NTFS nadal organizuje pliki w katalogach, które, takie jak HPFS, są sortowane. Jednak w przeciwieństwie do systemu plików FAT lub HPFS nie ma żadnych "specjalnych" obiektów na dysku i nie ma zależności od podstawowego sprzętu, takiego jak 512-bajtowe sektory. Ponadto na dysku nie ma żadnych specjalnych lokalizacji, takich jak tabele FAT lub super bloki HPFS.

Celem systemu plików NTFS jest zapewnienie:

• Niezawodność, która jest szczególnie pożądana w przypadku systemów wysokiej klasy i serwerów plików

• Platforma do dodawania funkcji

• Obsługa wymagań dotyczących platformy POSIX

• Usuwanie ograniczeń systemów plików FAT i HPFS

Niezawodność

Aby zapewnić niezawodność systemu plików NTFS, rozwiązano trzy główne obszary: możliwość odzyskiwania, usunięcie krytycznych awarii pojedynczego sektora i naprawa gorąca.

NTFS to możliwy do odzyskania system plików, ponieważ śledzi transakcje w systemie plików. Po wykonaniu CHKDSK w systemie PLIKÓW FAT lub HPFS spójność wskaźników w katalogu, alokacji i tabelach plików są sprawdzane. W systemie plików NTFS jest utrzymywany dziennik transakcji względem tych składników, dzięki czemu CHKDSK potrzebuje tylko wycofywania transakcji do ostatniego punktu zatwierdzania w celu odzyskania spójności w systemie plików.

W obszarze FAT lub HPFS, jeśli sektor, który jest lokalizacją jednego z obiektów specjalnych systemu plików, wystąpi awaria jednego sektora. System plików NTFS unika tego na dwa sposoby: najpierw, nie używając specjalnych obiektów na dysku i śledzenia i ochrony wszystkich obiektów znajdujących się na dysku. Po drugie, w systemie plików NTFS przechowywane jest wiele kopii (liczba zależy od rozmiaru woluminu) tabeli plików głównych.

Podobnie jak w przypadku systemów operacyjnych OS/2 w systemie plików HPFS system plików NTFS obsługuje poprawki na gorąco.

Dodane funkcje

Jednym z głównych celów projektowych systemu Windows NT na każdym poziomie jest zapewnienie platformy, którą można dodać i skompilować, a ntfs nie jest wyjątkiem. System PLIKÓW NTFS udostępnia bogatą i elastyczną platformę dla innych systemów plików, które mogą być używane. Ponadto system NTFS w pełni obsługuje model zabezpieczeń systemu Windows NT i obsługuje wiele strumieni danych. Plik danych nie jest już pojedynczym strumieniem danych. Na koniec w systemie plików NTFS użytkownik może dodać własne atrybuty zdefiniowane przez użytkownika do pliku.

Obsługa platformy POSIX

Ntfs jest najbardziej zgodny z poSIX.1 obsługiwanych systemów plików, ponieważ obsługuje następujące wymagania DOTYCZĄCE POSIX.1:

Nazewnictwo uwzględniające wielkość liter:

W obszarze POSIX README.TXT, Readme.txt i readme.txt są różne pliki.

Dodatkowy sygnatura czasowa:

Dodatkowy sygnatura czasowa dostarcza czas ostatniego uzyskania dostępu do pliku.

Twarde linki:

Twardy link polega na tym, że dwa różne nazwy plików, które mogą znajdować się w różnych katalogach, wskazują te same dane.

Usuwanie ograniczeń

Po pierwsze system NTFS znacznie zwiększył rozmiar plików i woluminów, dzięki czemu mogą być teraz do 2^64 bajtów (16 eksabajtów lub 18 446 744 073 709 551 616 bajtów). System plików NTFS powrócił również do koncepcji fat klastrów w celu uniknięcia problemu z systemem plików HPFS o stałym rozmiarze sektora. Zostało to zrobione, ponieważ system Windows NT jest przenośnym systemem operacyjnym, a w pewnym momencie może wystąpić inna technologia dysków. W związku z tym 512 bajtów na sektor było postrzegane jako mające dużą możliwość, że nie zawsze jest dobrym rozwiązaniem dla alokacji. Udało się to osiągnąć, umożliwiając zdefiniowanie klastra jako wielokrotności naturalnego rozmiaru alokacji sprzętu. Na koniec w systemie PLIKÓW NTFS wszystkie nazwy plików są oparte na standardach Unicode, a nazwy plików 8.3 są przechowywane wraz z długimi nazwami plików.

Zalety systemu plików NTFS

System PLIKÓW NTFS najlepiej używać na woluminach o rozmiarze około 400 MB lub więcej. Wynika to z faktu, że wydajność nie obniża się w systemie plików NTFS, podobnie jak w przypadku systemu plików FAT, z większymi rozmiarami woluminów.

Możliwość odzyskiwania przeznaczona do systemu plików NTFS jest taka, że użytkownik nigdy nie powinien uruchamiać żadnego narzędzia do naprawy dysku na partycji NTFS. Aby uzyskać dodatkowe korzyści z systemu plików NTFS, zobacz następujące kwestie:

• Windows NT Server "Pojęcia i przewodnik planowania", rozdział 5, sekcja zatytułowana "Wybieranie systemu plików"

• Windows NT Workstation 4.0 Resource Kit, rozdział 18, "Wybieranie systemu plików"

• Windows NT Server 4.0 Resource Kit "Przewodnik po zasobach", rozdział 3, sekcja zatytułowana "Który system plików do użycia w których woluminach"

Wady systemu plików NTFS

Nie zaleca się używania systemu plików NTFS na woluminie, który jest mniejszy niż około 400 MB, ze względu na ilość miejsca związanego z systemem plików NTFS. To obciążenie przestrzeni jest w postaci plików systemowych NTFS, które zwykle używają co najmniej 4 MB miejsca na dysku na partycji 100 MB.

Obecnie nie ma wbudowanego szyfrowania plików w systemie plików NTFS. W związku z tym ktoś może uruchomić system MS-DOS lub inny system operacyjny i użyć narzędzia do edycji dysku niskiego poziomu do wyświetlania danych przechowywanych na woluminie NTFS.

Nie można sformatować dyskietki z systemem plików NTFS; System Windows NT formatuje wszystkie dyskietki z systemem plików FAT, ponieważ obciążenie związane z systemem plików NTFS nie mieści się na dyskietce.

Aby zapoznać się z dalszymi wadami systemu plików NTFS, zobacz następujące kwestie:

• Windows NT Server "Pojęcia i przewodnik planowania", rozdział 5, sekcja zatytułowana "Wybieranie systemu plików"

• Windows NT Workstation 4.0 Resource Kit, rozdział 18, "Wybieranie systemu plików"

• Windows NT Server 4.0 Resource Kit "Przewodnik po zasobach", rozdział 3, sekcja zatytułowana "Który system plików do użycia w których woluminach"

Konwencje nazewnictwa NTFS

Nazwy plików i katalogów mogą zawierać maksymalnie 255 znaków, w tym wszelkie rozszerzenia. Nazwy zachowują wielkość liter, ale nie są uwzględniane wielkość liter. System plików NTFS nie rozróżnia nazw plików na podstawie wielkości liter. Nazwy mogą zawierać dowolne znaki, z wyjątkiem następujących:

? " / \ < > * | :

Obecnie w wierszu polecenia można tworzyć tylko nazwy plików o maksymalnie 253 znakach.

Uwaga 16.

Podstawowe ograniczenia sprzętowe mogą nakładać dodatkowe ograniczenia rozmiaru partycji w dowolnym systemie plików. Szczególnie partycja rozruchowa może mieć rozmiar tylko 7,8 GB, a w tabeli partycji występuje ograniczenie 2 terabajtów.

Aby uzyskać więcej informacji na temat obsługiwanych systemów plików dla systemu Windows NT, zobacz Windows NT Resource Kit.