Общие сведения о файловых системах FAT, HPFS и NTFS

В этой статье объясняется различия между таблицей распределения файлов (FAT), файловой системой высокой производительности (HPFS) и NT File System (NTFS) в Windows NT и их преимуществами и недостатками.

Исходный номер базы знаний: 100108

Примечание.

HPFS поддерживается только в Windows NT версии 3.1, 3.5 и 3.51. Windows NT 4.0 не поддерживает и не может получить доступ к секциям HPFS. Кроме того, поддержка файловой системы FAT32 стала доступна в Windows 98/Windows 95 OSR2 и Windows 2000.

Обзор FAT

FAT на сегодняшний день является наиболее упрощенной файловой системой, поддерживаемой Windows NT. Файловая система FAT характеризуется таблицей выделения файлов (FAT), которая действительно является таблицей, которая находится в самом верхнем углу тома. Чтобы защитить том, два копии FAT хранятся в случае, если один становится поврежденным. Кроме того, таблицы FAT и корневой каталог должны храниться в фиксированном расположении, чтобы файлы загрузки системы были правильно расположены.

Диск, отформатированный с помощью FAT, выделяется в кластерах, размер которого определяется размером тома. При создании файла запись создается в каталоге 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 диска должны быть переналожены на логическую дорожку диска при каждом обновлении таблицы FAT.

Структура каталогов FAT отсутствует, а 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 8.3 и все имена файлов должны быть созданы с помощью набора символов ASCII. Имя файла или каталога может содержать до восьми символов, а затем разделитель (.) и до трех символов. Имя должно начинаться с буквы или номера и может содержать любые символы, кроме следующих:

. " / \ [ ] : ; | = ,

Если используются какие-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

Невозможно выполнить отмену в Windows NT в любой из поддерживаемых файловых систем. Служебные программы отмены пытаются напрямую получить доступ к оборудованию, которое невозможно сделать в Windows NT. Тем не менее, если файл был расположен в разделе FAT, а система перезапущена в MS-DOS, файл можно отменить. Файловая система FAT лучше всего подходит для дисков и (или) секций примерно в 200 МБ, так как FAT начинается с очень мало накладных расходов. Дополнительные сведения о преимуществах FAT см. в следующих статьях:

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

• Набор ресурсов Windows NT 4.0, глава 18", "Выбор файловой системы"

• Набор ресурсов Windows NT Server 4.0 "Руководство по ресурсам", глава 3, раздел "Какая файловая система используется для каких томов"

Недостатки FAT

Предпочтительно при использовании дисков или секций более 200 МБ файловой системы FAT не следует использовать. Это связано с тем, что по мере увеличения размера тома производительность с ПОМОЩЬЮ FAT быстро уменьшается. Невозможно задать разрешения на файлы, которые являются секциями FAT.

Секции FAT ограничены размером не более 4 Гигабайт (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"

• Набор ресурсов Windows NT 4.0, глава 18", "Выбор файловой системы"

• Пакет ресурсов Microsoft Windows NT Server 4.0 "Руководство по ресурсам", глава 3, раздел "Какая файловая система используется для каких томов"

Обзор HPFS

Файловая система HPFS впервые появилась с ОС/2 1.2, чтобы обеспечить более широкий доступ к большим жестким дискам, которые затем появляются на рынке. Кроме того, для расширения системы именования, организации и безопасности для растущего спроса на сетевой серверный рынок необходимо было расширить новую файловую систему. HPFS поддерживает организацию каталогов FAT, но добавляет автоматическую сортировку каталога на основе имен файлов. Имена файлов расширяются до 254 двойных байтов. HPFS также позволяет файлу состоять из "данных" и специальных атрибутов, чтобы обеспечить повышенную гибкость с точки зрения поддержки других соглашений об именовании и безопасности. Кроме того, единица выделения изменяется с кластеров на физические секторы (512 байт), что сокращает потерянное место на диске.

В разделе HPFS записи каталога содержат больше сведений, чем в разделе FAT. Кроме файла атрибутов, это включает сведения об изменении, создании и времени доступа. Вместо указания 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 другие структуры, которые в конечном итоге указывают на данные файла.

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

HPFS упорядочивает диск в ряде диапазонов 8 МБ и, когда это возможно, файл содержится в одном из этих диапазонов. Между каждой из этих полос находятся 2K растровые карты выделения, которые отслеживают, какие секторы в диапазоне и не были выделены. Перевязка увеличивает производительность, так как головка диска не должна возвращаться в логическую верхнюю часть диска (обычно цилиндр 0), но к ближайшей растровой карте выделения полосы, чтобы определить, где хранится файл.

Кроме того, HPFS включает несколько уникальных специальных объектов данных:

Супер блок

Суперблок расположен в логическом секторе 16 и содержит указатель на FNODE корневого каталога. Одна из самых больших угроз использования HPFS заключается в том, что если суперблок потерян или поврежден из-за плохого сектора, поэтому содержимое секции, даже если остальная часть диска хорошо. 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 резервного каталога. При обнаружении плохого сектора запись "горячих исправлений" используется для логического указания на существующий хороший сектор вместо плохого сектора. Этот метод обработки ошибок записи называется горячим исправлением.

Горячее исправление — это метод, когда ошибка возникает из-за плохого сектора, файловая система перемещает информацию в другой сектор и помечает исходный сектор как плохой. Это все делается прозрачным для любых приложений, выполняющих операции ввода-вывода на диске (т. е. приложение никогда не знает, что возникли проблемы с жестким диском). Использование файловой системы, поддерживающей горячее исправление, приведет к устранению ошибок, таких как сообщение об ошибке FAT "Прерывание, повторная попытка или сбой?", возникающее при обнаружении плохого сектора.

Примечание.

Версия HPFS, включенная в Windows NT, не поддерживает горячее исправление.

Преимущества HPFS

HPFS лучше подходит для дисков в диапазоне 200–400 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"

• Набор ресурсов Windows NT 4.0, глава 18", "Выбор файловой системы"

• Набор ресурсов Windows NT Server 4.0 "Руководство по ресурсам", глава 3, раздел "Какая файловая система используется для каких томов"

Недостатки HPFS

Из-за накладных расходов, связанных с HPFS, это не очень эффективный выбор для объема около 200 МБ. Кроме того, при использовании томов, превышающих около 400 МБ, произойдет некоторое снижение производительности. Не удается установить безопасность в HPFS в Windows NT.

HPFS поддерживается только в Windows NT версии 3.1, 3.5 и 3.51. Windows NT 4.0 не может получить доступ к секциям HPFS.

Дополнительные недостатки HPFS см. в следующих статьях:

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

• Набор ресурсов Windows NT 4.0, глава 18", "Выбор файловой системы"

• Набор ресурсов Windows NT Server 4.0 "Руководство по ресурсам", глава 3, раздел "Какая файловая система используется для каких томов"

Обзор файловой системы NTFS

С точки зрения пользователя NTFS продолжает упорядочивать файлы в каталоги, 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 нет специальных расположений, таких как таблицы FAT или суперблоки HPFS.

Целями NTFS являются предоставление следующих целей:

• Надежность, которая особенно желательно для высокопроизводительных систем и файлового сервера

• Платформа для добавленных функциональных возможностей

• Поддержка требований POSIX

• Удаление ограничений файловых систем FAT и HPFS

Надежность

Чтобы обеспечить надежность NTFS, было решено три основных области: возможность восстановления, удаление 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, выделении и таблицах файлов. В NTFS журнал транзакций с этими компонентами сохраняется таким образом, что CHKDSK требуется только откат транзакций до последней точки фиксации для восстановления согласованности в файловой системе.

В разделе FAT или HPFS, если сектор, который является расположением одного из специальных объектов файловой системы, завершается сбоем, произойдет сбой одного сектора. NTFS избегает 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 (число зависит от размера тома) таблицы master File Table.

Как и в версиях OS/2 HPFS, NTFS поддерживает горячее исправление.

Добавленные функции

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

Поддержка POSIX

NTFS является наиболее совместимым с POSIX.1 поддерживаемыми файловыми системами, так как он поддерживает следующие требования POSIX.1:

Именование с учетом регистра:

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

Дополнительная метка времени:

Дополнительная метка времени предоставляет время последнего доступа к файлу.

Жесткие ссылки:

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

Удаление ограничений

Во-первых, NTFS значительно увеличил размер файлов и томов, чтобы теперь они могут составлять до 2^64 байт (16 эксабайтов или 18 446 744 073 709 551 616 байт). NTFS также вернулся в концепцию FAT кластеров, чтобы избежать проблемы HPFS фиксированного размера сектора. Это было сделано, так как Windows NT является переносимой операционной системой и другой технологией дисков, вероятно, будет обнаружена в какой-то момент. Таким образом, 512 байтов в каждом секторе рассматривалось как наличие большой возможности не всегда быть хорошим подходом для выделения. Это было сделано, позволяя кластеру определяться как несколько размеров естественного выделения оборудования. Наконец, в NTFS все имена файлов основаны на Юникоде, а имена файлов 8.3 хранятся вместе с длинными именами файлов.

Преимущества NTFS

NTFS лучше всего использовать на томах около 400 МБ или более. Это связано с тем, что производительность не снижается в NTFS, так как она выполняется в FAT с большим размером тома.

Возможность восстановления, разработанная в NTFS, заключается в том, что пользователю никогда не нужно запускать какую-либо программу восстановления диска в секции NTFS. Дополнительные преимущества NTFS см. в следующих статьях:

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

• Набор ресурсов Windows NT 4.0, глава 18", "Выбор файловой системы"

• Набор ресурсов Windows NT Server 4.0 "Руководство по ресурсам", глава 3, раздел "Какая файловая система используется для каких томов"

Недостатки NTFS

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

В настоящее время шифрование файлов не встроено в NTFS. Таким образом, кто-то может загрузиться в MS-DOS или другой операционной системе и использовать служебную программу редактирования дисков низкого уровня для просмотра данных, хранящихся в томе NTFS.

Не удается отформатировать диск с файловой системой NTFS; Windows NT форматирует все диски floppy с файловой системой FAT, так как затраты, связанные с NTFS, не будут соответствовать диску floppy.

Дополнительные сведения о недостатках NTFS см. в следующих статьях:

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

• Набор ресурсов Windows NT 4.0, глава 18", "Выбор файловой системы"

• Набор ресурсов Windows NT Server 4.0 "Руководство по ресурсам", глава 3, раздел "Какая файловая система используется для каких томов"

Соглашения об именовании NTFS

Имена файлов и каталогов могут содержать до 255 символов, включая любые расширения. Имена сохраняют регистр, но не учитывает регистр. NTFS не отличается от имен файлов на основе регистра. Имена могут содержать любые символы, кроме следующих:

? " / \ < > * | :

В настоящее время из командной строки можно создавать только имена файлов до 253 символов.

Примечание.

Базовые ограничения оборудования могут налагать дополнительные ограничения на размер секции в любой файловой системе. В частности, загрузочный раздел может иметь размер только 7,8 ГБ, и в таблице секционирования существует ограничение на 2 терабайта.

Дополнительные сведения о поддерживаемых файловой системах для Windows NT см. в комплекте ресурсов Windows NT.