Übersicht über FAT-, HPFS- und NTFS-Dateisysteme

In diesem Artikel werden die Unterschiede zwischen Dateizuordnungstabelle (FAT), HPFS (High Performance File System) und NT-Dateisystem (NTFS) unter Windows NT sowie deren Vor- und Nachteile erläutert.

Gilt für:   Windows 10 – alle Editionen, Windows Server 2012 R2
Ursprüngliche KB-Nummer:   100108

Hinweis

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 diese zugreifen. Außerdem wurde unterstützung für das FAT32-Dateisystem in Windows 98/Windows 95 OSR2 und Windows 2000 verfügbar.

FAT-Übersicht

FAT ist mit Abstand die einfachste Der Dateisysteme, die von Windows NT unterstützt werden. Das FAT-Dateisystem zeichnet sich durch die Dateizuweisungstabelle (File Allocation Table, FAT) aus, bei der es sich tatsächlich um eine Tabelle handelt, die sich ganz oben auf dem Volume befindet. Um das Volume 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 ordnungsgemäß gespeichert werden können.

Ein mit FAT formatierter Datenträger 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 mit Daten wird erstellt. Dieser Eintrag in der FAT-Tabelle gibt entweder an, dass dies der letzte Cluster der Datei ist, oder verweist auf den nächsten Cluster.

Das Aktualisieren der FAT-Tabelle ist sehr wichtig und zeitaufwändig. Wenn die FAT-Tabelle nicht regelmäßig aktualisiert wird, kann dies zu Datenverlusten führen. Dies ist zeitaufwändig, da die Leseköpfe des Datenträgers bei jeder Aktualisierung der FAT-Tabelle an der logischen Spur null des Laufwerks neu positioniert werden müssen.

Es gibt keine Organisation für die 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 Erweiterung mit drei Zeichen. Der Name muss entweder mit einem Buchstaben oder einer Zahl beginnen und kann alle 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, auf einem der unterstützten Dateisysteme unter Windows NT rückgängig zu machen. Rückgängige Dienstprogramme versuchen, direkt auf die Hardware zuzugreifen, was unter Windows NT nicht möglich ist. Wenn sich die Datei jedoch auf einer FAT-Partition befand und das System unter MS-DOS neu gestartet wird, kann die Datei gelöscht werden. Das FAT-Dateisystem eignet sich am besten für Laufwerke und/oder Partitionen unter ca. 200 MB, da FAT mit sehr wenig Aufwand gestartet wird. Weitere Informationen 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 "Resource Guide", Kapitel 3, Abschnitt "Welches Dateisystem für welche Volumes verwendet werden soll"

Nachteile von FAT

Vorzugsweise sollte bei Verwendung von Laufwerken oder Partitionen mit mehr als 200 MB das FAT-Dateisystem nicht verwendet werden. Dies liegt daran, dass mit zunehmender Volumengröße die Leistung mit FAT schnell abnimmt. 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 beschränkt.

Weitere Informationen 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 "Resource Guide", Kapitel 3, Abschnitt "Welches Dateisystem auf welchen Volumes verwendet werden soll"

ÜBERSICHT ÜBER HPFS

Das HPFS-Dateisystem wurde zuerst mit OS/2 1.2 eingeführt, um einen größeren Zugriff auf die größeren Festplatten zu ermöglichen, die dann auf dem Markt angezeigt wurden. Darüber hinaus war es erforderlich, dass ein neues Dateisystem das Benennungssystem, die Organisation und die Sicherheit für die wachsenden Anforderungen des Netzwerkservermarkts erweitert. HPFS verwaltet die Verzeichnisorganisation von FAT, fügt jedoch eine 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 in Bezug auf die Unterstützung anderer Benennungskonventionen und Sicherheit zu ermöglichen. Darüber hinaus wird die Zuordnungseinheit von Clustern in physische Sektoren (512 Byte) geändert, was den Verlust von Speicherplatz reduziert.

Unter HPFS enthalten Verzeichniseinträge mehr Informationen als unter FAT. Dies umfasst neben der Attributdatei auch Informationen zu Änderungs-, Erstellungs- und Zugriffsdatum und -uhrzeiten. Anstatt auf den ersten Cluster der Datei zu zeigen, verweisen die Verzeichniseinträge unter HPFS auf FNODE. Der FNODE kann die Daten der Datei oder Zeiger enthalten, die auf die Daten der Datei oder auf andere Strukturen verweisen können, die schließlich auf die Daten der Datei verweisen.

HPFS versucht, so viel wie möglich einer Datei in zusammenhängenden Sektoren zuzuweisen. 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 wann immer möglich ist eine Datei in einem dieser Bänder enthalten. Zwischen jedem dieser Bänder befinden sich 2K-Zuordnungsbitmaps, die nachverfolgen, welche Sektoren innerhalb eines Bands zugeordnet wurden und welche nicht. Das Banding erhöht die Leistung, da der Laufwerkskopf nicht zum logischen Oberen (normalerweise Zylinder 0) des Datenträgers zurückkehren muss, sondern zur nächsten Bandzuordnungsbitmap, um zu bestimmen, wo eine Datei gespeichert werden soll.

Darüber hinaus enthält HPFS einige eindeutige spezielle Datenobjekte:

Super-Block

Der SuperBlock befindet sich im logischen Sektor 16 und enthält einen Zeiger auf den FNODE des Stammverzeichnisses. Eine der größten Probleme bei der Verwendung von HPFS ist, dass, wenn der SuperBlock aufgrund eines fehlerhaften Sektor verloren geht oder beschädigt wird, der Inhalt der Partition auch dann in Ordnung ist, wenn der Rest des Laufwerks in Ordnung ist. Es wäre möglich, die Daten auf dem Laufwerk wiederherzustellen, indem Alles auf ein anderes Laufwerk mit einem guten Sektor 16 kopiert und der Super-Block neu erstellt wird. Dies ist jedoch eine sehr komplexe Aufgabe.

Ersatzblock

Der Ersatzblock befindet sich im logischen Sektor 17 und enthält eine Tabelle mit "Hotfixes" und dem Ersatzverzeichnisblock. Wenn unter HPFS ein schlechter Sektor erkannt wird, wird der Eintrag "Hot Fixes" verwendet, um logisch auf einen vorhandenen guten Sektor anstelle des fehlerhaften Sektor zu verweisen. Diese Technik zur Behandlung von Schreibfehlern wird als "Hot Fixing" bezeichnet.

Bei der fixierenden Korrektur handelt es sich um eine Technik, bei der beim Auftreten eines Fehlers aufgrund eines fehlerhaften Sektor die Informationen vom Dateisystem in einen anderen Sektor verschoben werden und der ursprüngliche Sektor als fehlerhaft gekennzeichnet wird. All dies geschieht transparent für alle Anwendungen, die Datenträger-E/A ausführen (d. h., die Anwendung weiß nie, dass probleme mit der Festplatte aufgetreten sind). Wenn Sie ein Dateisystem verwenden, das hot fixing unterstützt, werden Fehlermeldungen wie fat "Abort, Retry, or Fail?" entfernt. Fehlermeldung, die auftritt, wenn ein fehlerhafter Sektor auftritt.

Hinweis

Die hpfs-Version, die in Windows NT enthalten ist, unterstützt keine hot fixing.

Vorteile von HPFS

HPFS eignet sich am besten für Laufwerke im Bereich von 200 bis 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 "Resource Guide", Kapitel 3, Abschnitt "Welches Dateisystem für welche Volumes verwendet werden soll"

Nachteile von HPFS

Aufgrund des mit HPFS verbundenen Mehraufwands ist es bei einem Volumen von weniger als ca. 200 MB keine sehr effiziente Wahl. Darüber hinaus kommt es bei Volumes, die größer als 400 MB sind, zu leistungsbeeinträchtigungen. Sie können die Sicherheit für HPFS nicht unter Windows NT 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 "Resource Guide", Kapitel 3, Abschnitt "Welches Dateisystem für welche Volumes verwendet werden soll"

ÜBERSICHT ÜBER NTFS

Aus Der 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-Superblöcke.

Die Ziele von NTFS sind folgende:

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

  • Eine Plattform für hinzugefügte Funktionen

  • Unterstützen von POSIX-Anforderungen

  • Entfernen der Einschränkungen der FAT- und HPFS-Dateisysteme

Zuverlässigkeit

Um die Zuverlässigkeit von NTFS zu gewährleisten, wurden drei Hauptbereiche behandelt: Wiederherstellbarkeit, Entfernen schwerwiegender Einzelsektorfehler und hot fixing.

NTFS ist ein wiederherstellbares Dateisystem, da Transaktionen mit dem Dateisystem nachverfolgt werden. Wenn ein CHKDSK für FAT oder HPFS ausgeführt wird, wird die Konsistenz von Zeigern innerhalb der Verzeichnis-, Zuordnungs- und Dateitabellen überprüft. Unter NTFS wird ein Transaktionsprotokoll für diese Komponenten beibehalten, sodass CHKDSK nur ein Rollback von Transaktionen auf den letzten Commitpunkt ausführen muss, um die Konsistenz im Dateisystem wiederherzustellen.

Wenn bei FAT oder HPFS ein Sektor, der der Speicherort eines speziellen Dateisystemobjekts ist, fehlschlägt, tritt ein einzelner Sektorfehler auf. NTFS verhindert dies auf zwei Arten: erstens, indem keine speziellen Objekte auf dem Datenträger verwendet werden und alle Objekte auf dem Datenträger nachverfolgt und geschützt werden. Zweitens werden unter NTFS mehrere Kopien (die Anzahl hängt von der Volumegröße) der Masterdateitabelle aufbewahrt.

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

Funktionalität hinzugefügt

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

POSIX-Unterstützung

NTFS ist der POSIX.1-kompatibleSte der unterstützten Dateisysteme, da es die folgenden POSIX.1-Anforderungen unterstützt:

Benennung unter Beachtung der Groß-/Kleinschreibung:

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

Zusätzlicher Zeitstempel:

Der zusätzliche Zeitstempel gibt die Uhrzeit an, zu der zuletzt auf die Datei zugegriffen wurde.

Feste Links:

Ein hard link is when two different filenames, which can be located in different directoryies, point to the same data.

Entfernen von Einschränkungen

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) umfassen können. NTFS ist auch zum FAT-Konzept von Clustern zurückgekehrt, um HPFS-Probleme mit einer festen Sektorgröße zu vermeiden. Dies wurde durchgeführt, da Windows NT ein tragbares Betriebssystem ist und zu einem bestimmten Zeitpunkt wahrscheinlich eine andere Datenträgertechnologie auftritt. Daher wurde angenommen, dass 512 Bytes pro Sektor eine große Möglichkeit haben, nicht immer gut für die Zuordnung geeignet zu sein. Dies wurde erreicht, indem der Cluster als Multiples der natürlichen Zuordnungsgröße der Hardware definiert werden konnte. 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 Volumes mit ca. 400 MB oder mehr. Dies liegt daran, dass die Leistung unter NTFS nicht beeinträchtigt wird, wie unter FAT, mit größeren Volumengrößen.

Die in NTFS entworfene Wiederherstellbarkeit ist so konzipiert, dass ein Benutzer niemals eine Art Datenträgerreparaturdienst 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 "Resource Guide", Kapitel 3, Abschnitt "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 ntfs speicherplatzaufwendiger ist. Dieser Speicherplatzmehraufwand liegt in Form von NTFS-Systemdateien vor, die in der Regel mindestens 4 MB Speicherplatz auf einer Partition mit 100 MB verwenden.

Derzeit ist keine Dateiverschlüsselung in NTFS integriert. Daher kann jemand unter MS-DOS oder einem anderen Betriebssystem starten und ein Datenträgerbearbeitungsprogramm auf niedriger Ebene verwenden, um Daten anzuzeigen, die auf einem NTFS-Volume gespeichert sind.

Es ist nicht möglich, eine Diskette mit dem NTFS-Dateisystem zu formatieren. Windows NT formatiert alle Disketten mit dem FAT-Dateisystem, da der aufwandsaufwendige Aufwand für NTFS nicht auf eine Diskette passt.

Weitere Informationen 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 "Resource Guide", Kapitel 3, Abschnitt "Welches Dateisystem für welche Volumes verwendet werden soll"

NTFS-Benennungskonventionen

Datei- und Verzeichnisnamen können bis zu 255 Zeichen lang sein, einschließlich erweiterungen. Bei Namen wird die Groß-/Kleinschreibung beibehalten, die Groß-/Kleinschreibung wird jedoch nicht beachtet. NTFS unterscheidet Dateinamen nicht basierend auf der Groß-/Kleinschreibung. Namen können alle Zeichen mit Ausnahme der folgenden Zeichen enthalten:

? " / \ < > * | :

Derzeit können Sie über die Befehlszeile nur Dateinamen mit bis zu 253 Zeichen erstellen.

Hinweis

Zugrunde liegende Hardwareeinschränkungen können in jedem Dateisystem zusätzliche Einschränkungen für die Partitionsgröße verursachen. Insbesondere kann eine Startpartition nur 7,8 GB groß sein, und die Partitionstabelle enthält eine Beschränkung von 2 Terabyte.

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