Обзор файловой системы FAT, HPFS и NTFS

В этой статье поясняются различия между таблицей выделения файлов (FAT), файловой системой высокой производительности (HPFS) и файловой системой NT (NTFS) в Windows NT, а также их преимущества и недостатки.

Исходная версия продукта:   Windows 10 — все выпуски, Windows Server 2012 R2
Исходный номер КБ:   100108

Примечание

HPFS поддерживается только в Windows NT версиях 3.1, 3.5 и 3.51. Windows NT 4.0 не поддерживает и не может получить доступ к разделам HPFS. Кроме того, файловая система FAT32 поддерживается только в Windows 98/95 и Windows 2000.

Общие сведения о FAT

FAT является самым упрощенным решением из файловых систем, поддерживаемых Windows NT. Файловая система FAT характеризуется таблицей выделения файлов (FAT), которая на самом деле является таблицей, которая находится в самом верху тома. Для защиты тома хранятся две копии FAT на случай повреждения одной из них. Кроме того, таблицы FAT и корневой каталог должны храниться в фиксированном расположении, чтобы файлы загрузки системы могли правильно располагаться.

Диск в формате FAT выделяется в кластерах, размер которых определяется размером тома. При этом в каталоге создается запись, и устанавливается первый номер кластера, содержащий данные. Эта запись в таблице FAT указывает на то, что это последний кластер файла, или указывает на следующий кластер.

Обновление таблицы FAT очень важно, а также отнимает много времени. Если таблица FAT регулярно не обновляется, это может привести к потере данных. Это отнимает много времени, так как при каждом обновлении таблицы FAT на диске необходимо переместить на логическую дорожку диска.

В структуре каталогов FAT нет организации, и файлам предоставляется первое место открытия на диске. Кроме того, FAT поддерживает только атрибуты файлов только для чтения, скрытые, системные и архивные.

Соглашение об именах FAT

В FAT используется традиционное соглашение об именово имени файлов 8.3, и все имена файлов должны создаваться с использованием набора символов ASCII. Имя файла или каталога может быть длиной до восьми символов, а затем — сепаратором (.) и до трех символов. Имя должно начинаться с буквы или номера и содержать любые символы, кроме следующих:

. " / \ [ ] : ; | = ,

Если какой-либо из этих символов используется, 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

В любой из поддерживаемых файловых систем невозможно выполнить Windows NT в одной из поддерживаемых файловых систем. Undelete utilities try to directly access the hardware, which cannot be done under Windows NT. Однако если файл был расположен в разделе FAT и система перезапущена в MS-DOS, файл можно отопустить. Файловая система FAT лучше всего работает для дисков и разделов размером около 200 МБ, так как fat начинается с очень небольшой накладной. Дополнительные вопросы о преимуществах FAT см. в следующих темах:

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

  • Windows NT Workstation 4.0 Resource Kit, Chapter 18, "Choosing a File System"

  • Windows NT Server 4.0 Resource Kit "Resource Guide," Chapter 3, section titled "Which File System to Use on Which Volumes"

Недостатки FAT

Желательно, чтобы при использовании дисков или разделов размером более 200 МБ файловая система FAT не использовалась. Это потому, что по мере увеличения размера тома производительность FAT быстро снижается. Невозможно установить разрешения для файлов, которые являются разделами FAT.

Размер разделов FAT ограничен до 4 гигабайт (ГБ) в Windows NT и 2 ГБ в MS-DOS.

Дополнительные вопросы о других недостатках FAT см. в следующих темах:

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

  • Windows NT Workstation 4.0 Resource Kit, Chapter 18, "Choosing a File System"

  • Microsoft Windows NT Server 4.0 Resource Kit "Resource Guide," Chapter 3, section titled "Which File System to Use on Which Volumes"

Обзор HPFS

Файловая система HPFS была впервые представлена в ОС/2 1.2, чтобы обеспечить более широкий доступ к более крупным жестким дискам, которые затем появились на рынке. Кроме того, новой файловой системе потребовалось расширить систему именования, организаций и безопасность для роста потребностей рынка сетевых серверов. HPFS поддерживает организацию каталогов FAT, но добавляет автоматическую сортировку каталога на основе имен файлов. Имена файлов могут быть расширены до 254 двухбайтных символов. HPFS также позволяет файлу состоять из "данных" и специальных атрибутов, чтобы обеспечить повышенную гибкость с точки зрения поддержки других соглашений об именах и безопасности. Кроме того, единица выделения меняется с кластеров на физические секторы (512 bytes), что сокращает объем потерянного места на диске.

В HPFS в записях каталогов находится больше сведений, чем в fat. Как и файл атрибута, он включает сведения об изменении, создании и дате и времени доступа. Вместо того чтобы указать первый кластер файла, записи каталога в HPFS указывают на FNODE. Файл FNODE может содержать данные файла или указатели, которые могут указать на данные файла или на другие структуры, которые в конечном итоге будут указать на данные файла.

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

HPFS упорядожит диск в серию диапазонов размером 8 МБ, и по возможности файл содержится в одном из этих диапазонов. Между этими диапазонами имеются растровые карты выделения 2K, которые отслеживают, какие секторы в диапазоне были выделены и не были выделены. Перевязка повышает производительность, так как загон диска не должен возвращаться в логическую верхнюю часть (как правило, 0) диска, но к ближайшему растрову выделения диапазонов, чтобы определить место хранения файла.

Кроме того, HPFS включает несколько уникальных объектов специальных данных:

Super Block

Super Block расположен в логическом секторе 16 и содержит указатель на FNODE корневого каталога. Одна из главных угроз использования HPFS заключается в том, что в случае потери или поврежденного суперблока из-за поврежденного сектора содержимое раздела, даже если остальная часть диска в порядке. Можно восстановить данные на диске, скопируя все данные на другой диск с хорошим сектором 16 и перестроив Super Block. Однако это очень сложная задача.

Запасной блок

Запасной блок расположен в логическом секторе 17 и содержит таблицу "исправления" и блок запасных каталогов. В HPFS при обнаружении плохой сектора запись "исправления" используется для логической указать на существующий хороший сектор, а не на плохой сектор. Этот способ обработки ошибок записи называется "горячим исправлением".

Горячее исправление — это метод, в котором при ошибке из-за плохой сектора файловая система перемещает информацию в другой сектор и пометит исходный сектор как плохой. Все это делается прозрачно для всех приложений, которые выполняют дисковый I/O (то есть приложение никогда не знает о проблемах с жестким диском). Использование файловой системы, которая поддерживает горячее исправление, позволит устранить такие сообщения об ошибках, как FAT "Отмена, повторить попытку или сбой?". сообщение об ошибке, которое возникает при плохом секторе.

Примечание

Версия HPFS, включаемая в Windows NT, не поддерживает исправление исправлений.

Преимущества HPFS

HPFS лучше всего для дисков в диапазоне от 200 до 400 МБ. Дополнительные вопросы о преимуществах HPFS см. в следующих темах:

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

  • Windows NT Workstation 4.0 Resource Kit, Chapter 18, "Choosing a File System"

  • Windows NT Server 4.0 Resource Kit "Resource Guide," Chapter 3, section titled "Which File System to Use on Which Volumes"

Недостатки HPFS

Из-за накладных расходов, задействованных в HPFS, это не очень эффективный выбор для объема менее 200 МБ. Кроме того, если объем томов превышает 400 МБ, производительность может быть ниже. Невозможно установить безопасность в HPFS в Windows NT.

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

Дополнительные недостатки HPFS см. в следующих темах:

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

  • Windows NT Workstation 4.0 Resource Kit, Chapter 18, "Choosing a File System"

  • Windows NT Server 4.0 Resource Kit "Resource Guide," Chapter 3, section titled "Which File System to Use on Which Volumes"

Обзор NTFS

С точки зрения пользователя, NTFS по-прежнему упорядочает файлы в каталоги, которые, как и HPFS, сортировать. Однако в отличие от FAT или HPFS, на диске нет "особых" объектов и нет зависимости от оборудования, такого как сектора 512-byte. Кроме того, на диске нет специальных местоположений, таких как таблицы FAT или суперблоки HPFS.

Цель NTFS — предоставить:

  • Надежность, особенно желаемая для высококлассных систем и файловых серверов

  • Платформа для дополнительных функций

  • Поддержка требований POSIX

  • Удаление ограничений файловой системы FAT и HPFS

Надежность

Чтобы обеспечить надежность NTFS, были рассмотрены три основных области: возможность восстановления, удаление неувяющих сбоев в одиночном 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 ведется журнал транзакций с этими компонентами, чтобы CHKDSK только откатил транзакции до последней точки фиксации, чтобы восстановить согласованность в файловой системе.

В FAT или HPFS, если происходит сбой сектора, который является расположением одного из специальных объектов файловой системы, произойдет сбой одного сектора. NTFS позволяет избежать этого двумя способами: во-первых, не используя специальные объекты на диске, а также отслеживая и защищая все объекты, которые находятся на диске. Во-вторых, в NTFS хранятся несколько копий (число зависит от размера тома) таблицы master File Table.

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

Добавлены функции

Одной из основных задач разработки Windows NT на каждом уровне является предоставление платформы, которую можно добавить и на основе которой можно создать, и NTFS не является исключением. NTFS предоставляет гибкую и гибкую платформу для использования другими файловыми системами. Кроме того, NTFS полностью поддерживает Windows NT безопасности и несколько потоков данных. Больше не является файлом данных одним потоком данных. Наконец, в NTFS пользователь может добавить в файл собственные пользовательские атрибуты.

Поддержка POSIX

NTFS — это наиболее совместимый с POSIX.1 файловые системы, так как он поддерживает следующие требования POSIX.1:

Именовка с чувствительностью к делу:

В POSIX README.TXT, Readme.txt и readme.txt файлы.

Дополнительная отметка времени:

Дополнительная отметка времени обеспечивает время последнего доступа к файлу.

Жесткие ссылки:

Твердая ссылка — это когда два разных имени файлов, которые могут быть расположены в разных каталогах, указывают на одинаковые данные.

Устранение ограничений

Во-первых, NTFS значительно повысил размер файлов и томов, поэтому теперь они могут быть до 2^64 bytes (16 exabytes or 18,446,744,073,709,551,616 bytes). NTFS также вернулась к концепции кластеров FAT, чтобы избежать проблемы HPFS фиксированного размера сектора. Это было сделано потому Windows NT что это переносимая операционная система, и в какой-то момент может возникнуть другая технология дисков. Таким образом, 512 bytes per sector was viewed as having a large possibility of not always being a good fit for the allocation. Это было выполнено путем определения кластера как кратного размера 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 в томах объемом около 400 МБ или более. Это происходит потому, что производительность в NTFS не снижается, как в FAT, с большими размерами тома.

Возможность восстановления, разработанная в NTFS, такова, что пользователю никогда не нужно запускать какую-либо совметивную совсюю восстановления диска в секции NTFS. Дополнительные преимущества NTFS см. в следующих темах:

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

  • Windows NT Workstation 4.0 Resource Kit, Chapter 18, "Choosing a File System"

  • Windows NT Server 4.0 Resource Kit "Resource Guide," Chapter 3, section titled "Which File System to Use on Which Volumes"

Недостатки NTFS

Не рекомендуется использовать NTFS для тома размером менее 400 МБ из-за объема пространства, используемого в NTFS. Это пространство используется в виде системных файлов NTFS, которые обычно используют не менее 4 МБ дискового пространства в секции 100 МБ.

В настоящее время шифрование файлов, встроенное в NTFS, не существует. Таким образом, кто-то может загрузиться в ms-DOS или другой операционной системе и использовать низкоуровневую с помощью сканируемой системы для просмотра данных, сохраненных в томе NTFS.

Форматирование дискеты с файловой системой NTFS невозможно; Windows NT форматировать все дисковые диски с файловой системой FAT, так как накладные расходы, связанные с NTFS, не поместят на диск с гибкими дисками.

Дальнейшее обсуждение недостатков NTFS см. в следующих темах:

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

  • Windows NT Workstation 4.0 Resource Kit, Chapter 18, "Choosing a File System"

  • Windows NT Server 4.0 Resource Kit "Resource Guide," Chapter 3, section titled "Which File System to Use on Which Volumes"

Соглашения об именах NTFS

Имена файлов и каталогов могут быть длиной до 255 символов, включая любые расширения. Имена сохраняют дело, но не чувствительны к этому. NTFS не делает различий между именами файлов на основе дела. Имена могут содержать любые символы, кроме следующих:

? " / \ < > * | :

В настоящее время в командной строке можно создавать имена файлов размером до 253 символов.

Примечание

В зависимости от аппаратных ограничений в любой файловой системе могут быть налагаться дополнительные ограничения на размер разделов. В частности, размер загрузочного раздела может быть всего 7,8 ГБ, а в таблице разделов имеется ограничение в 2 терабайта.

Дополнительные сведения о поддерживаемых файловых системах для Windows NT см. в Windows NT Resource Kit.