FAT、HPFS 及 NTFS 檔案系統的概述

本文說明檔案分配資料表 (FAT) 、高效能檔案系統 (HPFS) 及 NT File System (NTFS) 于 Windows NT,及其優點和缺點之間的差異。

原始產品版本:   Windows 10-all edition,Windows Server 2012 R2
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注意

HPFS 只支援 Windows NT 版本3.1、3.5 及3.51。 Windows NT 4.0 不支援和無法存取 HPFS 磁碟分割。 此外,Windows 98/95 和 Windows 2000 只支援 FAT32 檔案系統。

FAT 簡介

FAT 是指 Windows NT 所支援的最簡單檔案系統。 FAT 檔案系統的特徵是檔案配置資料表 (FAT) ,這實際上是位於磁片區「最上層」的表格。 若要保護磁片區,則會保留 FAT 的兩個複本,以防一個遭到損毀。 此外,FAT 資料表和根目錄必須儲存在固定位置,這樣系統的啟動檔才能正確存放。

使用 FAT 格式化的磁片是在叢集中分配,其大小取決於磁片區的大小。 在建立檔案時,會在目錄中建立一個專案,並建立包含資料的第一個簇編號。 FAT 表格中的這個專案會指出這是檔案的最後一個叢集,或指向下一個叢集。

更新 FAT 表格非常重要,也很耗時。 如果 FAT 資料表不定期更新,可能會造成資料遺失。 這是非常耗時的,因為每次更新 FAT 表格時,必須將磁片讀取磁頭重新放置到磁碟機的邏輯磁軌零。

FAT 目錄結構沒有組織,而且會將檔案提供給磁片磁碟機上的第一個開啟位置。 此外,FAT 只支援唯讀、隱藏、system 及封存檔案屬性。

FAT 命名慣例

FAT 使用傳統的8.3 檔命名慣例,而且所有的檔案名都必須以 ASCII 字元集建立。 檔案名或目錄的名稱最多可有八個字元,而句點 (。 ) 分隔符號和最多三個字元的副檔名。 名稱開頭必須是字母或數位,而且可以包含下列以外的任何字元:

. " / \ [ ] : ; | = ,

如果使用這些字元中的任何一個,則可能會發生意外的結果。 名稱不能包含任何空格。

下列名稱是保留的:

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

所有字元都會轉換成大寫。

FAT 的優點

在任何支援的檔案系統上,不可能在 Windows NT 下執行取消刪除。 取消刪除公用程式嘗試直接存取無法在 Windows NT 下執行的硬體。 不過,如果檔案位於 FAT 磁碟分割上,且在 MS-DOS 下重新開機系統,則可以取消刪除該檔案。 FAT 檔案系統最適合磁片磁碟機和/或磁碟分割大約 200 MB,因為 FAT 會從極少的開銷開始。 如需有關 FAT 優點的進一步討論,請參閱下列各項:

  • Windows NT Server 「概念和規劃指南》,第5章,「選擇檔案系統」一節。

  • Windows NT Workstation 4.0 資源套件,第18章,「選擇檔案系統」

  • Windows NT Server 4.0 Resource 工具組 "Resource Guide," 第3章,標題為 "哪些磁片區使用哪個檔案系統"

FAT 的缺點

使用超過 200 MB 的磁片磁碟機或磁碟分割時,最好不要使用 FAT 檔案系統。 這是因為隨著量值的增加,FAT 的效能會快速降低。 不能設定 FAT 磁碟分割的許可權。

FAT 磁碟分割的大小限制為 4 gb (GB) 低於 Windows NT,MS-DOS 中的 2 GB。

如需更多有關 FAT 缺點的討論,請參閱下列各項:

  • Windows NT Server 「概念和規劃指南》,第5章,「選擇檔案系統」一節。

  • Windows NT Workstation 4.0 資源套件,第18章,「選擇檔案系統」

  • Microsoft Windows NT Server 4.0 Resource 工具組 "Resource Guide," 第3章,標題為 "哪些磁片區使用哪種檔案系統"

HPFS 概述

HPFS 檔案系統第一次是隨 OS/2 1.2 一起引進,以允許更大的硬碟存取,然後才會出現在市場上。 此外,為了讓新的檔案系統擴充命名系統、組織及安全性,以加強網路伺服器市場的需求,也是必要的。 HPFS 會維護 FAT 的目錄組織,但會根據檔案名新增目錄的自動排序。 將檔案名擴充為最多254雙位元組字元。 HPFS 也允許以「資料」和特殊屬性組成檔案,以在支援其他命名慣例與安全性方面增加彈性。 此外,分攤單位會從聚簇變更為實體磁區 (512 位元組) ,這會減少磁碟空間的遺失。

在 HPFS 底下,目錄專案會容納超過 FAT 的資訊。 也就是屬性檔案,這包括有關修改、建立和存取日期和時間的資訊。 在 HPFS 底下的目錄專案會指向 FNODE,而不是指向檔案的第一個簇。 FNODE 可包含檔案的資料,或指向檔案的資料或其他結構的指標,最後會指向檔案的資料。

HPFS 會嘗試在連續的磁區中盡可能地指派檔案。 這樣做是為了提升檔的連續處理速度。

HPFS 會將磁片磁碟機組織成一系列 8 MB 的區段,並盡可能將檔案包含在其中一個區段中。 每個區段間都是2K 分配點陣圖,可追蹤帶區中的哪些磁區,但尚未加以分配。 波段可提高效能,因為磁片磁碟機頭不必回到邏輯上 (,通常是磁片的柱面 0) ,但是最接近的帶區分配點陣圖,以判斷存放檔案的位置。

此外,HPFS 包含一些獨特的特殊資料物件:

超級區塊

超級區塊位於邏輯磁區16內,且包含根目錄的 FNODE 的指標。 使用 HPFS 的最大危險之一,就是如果超級區塊因損毀的磁區而遺失或損毀,即使磁片的其餘部分正常,也是磁碟分割的內容。 您可以使用良好的磁區16複製所有的磁片磁碟機,並重建超級區塊,以復原磁片磁碟機上的資料。 不過,這是一種非常複雜的工作。

備用區塊

備件區塊位於邏輯磁區17,且包含 "熱修復程式" 和備用目錄區塊的表格。 在 HPFS 底下,偵測到損毀的磁區時,會使用「熱修正」專案邏輯指向現有的良好磁區,取代壞的磁區。 處理寫入錯誤的這項技術稱為熱修復。

熱修復是一種技術,當錯誤因損毀的磁區而發生時,檔案系統會將資訊移至不同的磁區,並將原來的磁區標記為壞。 這完全可對執行磁片 I/O 的任何應用程式透明 (也就是說,應用程式就不會知道硬碟) 的任何問題。 使用支援熱修復的檔案系統會省去錯誤訊息,例如 FAT "Abort、Retry 或 Fail?" 遇到損毀的磁區時發生的錯誤訊息。

注意

包含在 Windows NT 中的 HPFS 版本不支援熱修復。

HPFS 的優點

在 200-400 MB 範圍內,HPFS 最適合用磁片磁碟機。 如需 HPFS 優點的詳細討論,請參閱下列各項:

  • Windows NT Server 「概念和規劃指南》,第5章,「選擇檔案系統」一節。

  • Windows NT Workstation 4.0 資源套件,第18章,「選擇檔案系統」

  • Windows NT Server 4.0 Resource 工具組 "Resource Guide," 第3章,標題為 "哪些磁片區使用哪個檔案系統"

HPFS 的缺點

由於 HPFS 所包含的額外負荷,因此在大約 200 MB 的情況下,其容量不是非常有效率。 此外,如果磁片容量大於大約 400 MB,將會降低效能。 您無法在 Windows NT 底下設定 HPFS 的安全性。

HPFS 只支援 Windows NT 版本3.1、3.5 及3.51。 Windows NT 4.0 無法存取 HPFS 磁碟分割。

如需 HPFS 的其他缺點,請參閱下列各項:

  • Windows NT Server 「概念和規劃指南》,第5章,「選擇檔案系統」一節。

  • Windows NT Workstation 4.0 資源套件,第18章,「選擇檔案系統」

  • Windows NT Server 4.0 Resource 工具組 "Resource Guide," 第3章,標題為 "哪些磁片區使用哪個檔案系統"

NTFS 簡介

從使用者的觀點來看,NTFS 會繼續將檔案組織成目錄(如 HPFS)。 不過,與 FAT 或 HPFS 不同的是,磁片上沒有「特殊」物件,而且不會對基準硬體(例如,512個位元組的磁區)進行依賴性。 此外,磁片上沒有特殊位置,例如 FAT 資料表或 HPFS 超級區塊。

NTFS 的目標是提供下列專案:

  • 可靠性,對高端系統和檔案伺服器尤其必要

  • 新增功能的平臺

  • 支援 POSIX 需求

  • 移除 FAT 和 HPFS 檔案系統的限制

可靠性

為了確保 NTFS 的可靠性,有三個主要區域已解決:可復原性、移除嚴重單一磁區失敗及修復。

NTFS 是一種可復原的檔案系統,因為它會追蹤檔案系統的交易。 當在 FAT 或 HPFS 上執行 CHKDSK 時,會檢查目錄、分配及檔資料表內的指標一致性。 在 NTFS 下,會維護針對這些元件的交易記錄,使 CHKDSK 只需要將交易移回最後一個認可點,才能復原檔案系統內的一致性。

在 FAT 或 HPFS 之下,如果某一種檔案系統的特殊物件位置的磁區失敗,則會發生單一磁區失敗。 NTFS 會以兩種方式避免這種情況:首先,不使用磁片上的特殊物件,並追蹤和保護磁片上的所有物件。 其次,在 NTFS 下,多個複本 (數量,取決於主檔表格的容量) 會保留。

類似于 HPFS 的 OS/2 版本,NTFS 支援熱修復。

新增功能

每個層級的 Windows NT 主要設計目標之一,是提供可以新增及建立的平臺,而 NTFS 則不例外。 NTFS 可提供豐富且靈活的平臺,供其他檔案系統使用。 此外,NTFS 完全支援 Windows NT 安全性模型,並支援多個資料流程。 不再是資料檔案的單一資料流程。 最後,在 NTFS 下,使用者可以將自己的使用者定義屬性新增至檔案。

POSIX 支援

NTFS 是支援的檔案系統最高的相容性,因為它支援下列 POSIX。1需求:

區分大小寫的命名:

在 [POSIX] 底下,README.TXT、Readme.txt 及 readme.txt 都是不同的檔案。

其他時間戳記:

額外的時間戳記會提供上次存取檔的時間。

硬連結:

Hard 連結是兩個不同的檔案名(可以位於不同的目錄中)指向相同的資料。

移除限制

首先,NTFS 已大幅增加檔和磁片區的大小,所以現在最多可以有 2 ^ 64 個位元組 (16 eb 或 18446744073709551616 bytes) 。 NTFS 也會傳回大簇的 FAT 概念,以避免發生不固定磁區大小的 HPFS 問題。 這是因為 Windows NT 是一種可移植作業系統,而且在某些時刻可能會遇到不同的磁片技術。 因此,每個磁區512個位元組的查看方式,都可能不一定很大,不一定適合進行分配。 這是透過允許將簇定義為硬體的自然配置大小的倍數來完成。 最後,在 NTFS 中,所有的檔案名都是以 Unicode 為基礎,而8.3 檔案名會與長檔名一起保留。

NTFS 的優點

NTFS 最適合用於大約 400 MB 以上的磁片。 這是因為在 NTFS 下的效能不會降低,因為在 FAT 底下會有較大的磁片區大小。

NTFS 中所設計的可復原性是讓使用者絕對不必在 NTFS 磁碟分割上執行任何類型的磁片修復公用程式。 如需 NTFS 的其他優點,請參閱下列各項:

  • Windows NT Server 「概念和規劃指南》,第5章,「選擇檔案系統」一節。

  • Windows NT Workstation 4.0 資源套件,第18章,「選擇檔案系統」

  • Windows NT Server 4.0 Resource 工具組 "Resource Guide," 第3章,標題為 "哪些磁片區使用哪個檔案系統"

NTFS 的缺點

由於 NTFS 所含的空間負荷量,所以不建議在大約 400 MB 的磁片區上使用 NTFS。 這種空間的額外負荷是 NTFS 系統檔案的格式,通常在100-MB 磁碟分割上使用至少 4 MB 的磁片磁碟機空間。

目前 NTFS 內沒有內建的檔案加密。 因此,某人可以在 MS-DOS 或另一個作業系統下啟動,然後使用低層級磁片編輯實用程式來查看儲存在 NTFS 磁片區上的資料。

不能使用 NTFS 檔案系統格式化軟碟,Windows NT 會將所有軟碟格式化為 FAT 檔案系統,因為 NTFS 所含的開銷將無法放入軟碟。

如需有關 NTFS 缺點的進一步討論,請參閱下列各項:

  • Windows NT Server 「概念和規劃指南》,第5章,「選擇檔案系統」一節。

  • Windows NT Workstation 4.0 資源套件,第18章,「選擇檔案系統」

  • Windows NT Server 4.0 Resource 工具組 "Resource Guide," 第3章,標題為 "哪些磁片區使用哪個檔案系統"

NTFS 命名慣例

檔案及目錄名稱最多可以有255個字元,包括任何副檔名。 名稱保留大小寫,但不區分大小寫。 NTFS 不會根據大小寫來區分檔案名。 名稱可以包含下列以外的任何字元:

? " / \ < > * | :

目前,從命令列,您只可以建立最多253個字元的檔案名。

注意

基礎硬體限制可能會在任何檔案系統中強加額外的磁碟分割大小限制。 尤其是,啟動分割區的大小只能是 7.8 GB,而分割區資料表中有 2 tb 的限制。

如需有關 Windows NT 支援之檔案系統的詳細資訊,請參閱 Windows NT 資源工具組。