[Информационный пост] Файловые системы для USB накопителей и карт памяти
Привет, Гиктаймс! Большинство пользователей не задумываются о том, в какой файловой системе у них отформатирована флешка или карта памяти. И в самом деле, зачем вникать в такие тонкости — проще доверить форматирование фотоаппарату или согласиться с выбором десктопа. Под катом напомню о природе FAT32, NTFS и exFAT и буду разбираться как влияет (если влияет вовсе) файловая система на производительность накопителя.
Про файловые системы приведу краткую историческую справку в порядке появления ФС на свет.
Файловая система NTFS — прочитать подробнее в Wikipedia
Изначально стандартная файловая система для операционных систем Microsoft Windows NT. Представлена в июле 1993 года, вместе с операционной системой Windows NT 3.1. NTFS была призвана заменить файловую систему FAT и повысить производительность дисковой подсистемы.
Файловая система FAT32 — прочитать подробнее в Wikipedia
Файловая система exFAT — прочитать подробнее в Wikipedia
Самая «свежая» файловая система из списка. Ее особенностью является то, что она разрабатывала специально для накопителей на флэш-памяти. Датой появления стал ноябрь 2006 года, момент выхода операционной системы Windows Embedded CE 6.0. Некоторые источники называют exFAT — FAT64. Самое важное новшество по сравнению с FAT32 — уменьшение количества перезаписей информации в один и тот же сектор (использование wear leveling), что позволяет продлить срок службы флэш-устройств.
Собственно к чему ведется разговор? Как я уже сказал во вступлении многие не задумываются, какую ФС выбрать, оставляя значение по умолчанию, а еще большее количество людей даже не знают — как отформатирована карточка памяти или флешка.
Выбор небольшой, но есть всегда, к примеру карта памяти Kingston SDXC на 256 гигабайт имеет всего две опции — exFAT и NTFS, причем дефолтной для Windows является exFAT, да и фотоаппарат Canon 6D при форматировании карточки в нем выбирает именно эту систему. Выбор в общем-то разумный и оправданный. Но вот флэш-накопитель Kingston DataTraveler Locker+ G3 32 Gb будет отформатирован операционной системой Windows 8.1 по умолчанию в FAT32, что неминуемо приведет к вопросам со стороны пользователя, как только ему потребуется перенести огромный образ DVD диска или BDRemux какого-нибудь фильма. Кроме того, теория говорит о разнице в производительности между файловыми системами.
Проверю это несложное предположение на практике, используя уже упомянутый накопитель Kingston DataTraveler Locker+ G3 32 Gb.
Тестовый стенд
Набор тестовых приложений:
ATTO disk benchmark 2.4.7
Синтетический тест для оценки корректности заявленных производителем скоростей. Собственно большинство данных, указанных на коробках флешек и SSD разных производителей, получены именно с помощью ATTO Disk Benchmark.
Если на чтение у всех файловых систем результат примерно одинаковый, то на запись разница между exFAT и NTFS составила около 17 процентов. FAT32 занимает положение посерединке, проигрывая exFAT больше, чем выигрывает у NTFS.
TeraCopy
Для оценки самой что ни на есть реальной производительности я записывал на флешку BDRemux фильма The Hobbit. Battle Of Five Armies (размер файла 28 851 025 килобайт) и фиксировал время, за которое фильм скопируется на накопитель.
Разница по времени копирования между NTFS и exFAT составила около 45 секунд, в переводе в относительные значения — около 2,5%, небольшая, но все же разница. FAT32 по очевидным причинам в этом тесте участия не принимала.
Финальные размышления
Побуду немного капитаном Очевидность, и скажу, что самый разумный выбор для форматирования флэш-устройств — файловая система exFAT — она специально разрабатывалась для использования с флэш-памятью, она же наиболее производительная. Не поленитесь проверить свою флешку и сделать правильный выбор.
Операционные системы с нуля; уровень 2 (старшая половина)
Пришло время написать файловую систему. Файловая система сама себя не напишет. В этой половинке лабы мы таки реализуем файловую систему FAT32, прикрутим к ней драйвер SD-карты и чуть-чуть повзаимодействуем с ней через нашу интерактивную оболочку.
Младшая часть. Продолжение под катом.
Фаза 2: 32-битные липиды
Диски и Файловые системы
Данными на диске управляют одна или несколько файловых систем. Аналогично распределителям памяти, файловые системы отвечают за управление, выделение и освобождение памяти. С той лишь разницей, что это не быстрая оперативная память, а медленная и энергонезависимая память. Другими словами все изменения сохраняются на любой момент в будущем. В том числе и после перезагрузки компьютера. Есть много различных файловых систем. На Linux есть EXT4. На macOS есть HFS+ и APFS. На Windows есть NTFS. Некоторые файловые системы реализованны сразу для нескольких ОС. FAT32 — одна из таких. Она реализована для всех основных ОС включая Linux, macOS и Windows. Изначальна она использовалась в поздних версиях DOS и ранних версиях Windows. Главное приемущество FAT32 — вездесущность. Это одна из самых коросс-платформенных файловых систем.
Для того, чтоб позволить более чем одной файловой системе находиться на диске, этот самый диск можно поделить на разделы. Каждый раздел можно независимо отформатировать для разных файловых систем. Чтоб разбить диск на разделы, на диске в определённое место записывается, где какой раздел начинается, где он закачивается и тип файловой системы, что этот раздел использует. Одной из широко распространённых систем является Master Boot Record (главная загрузочная запись) или просто MBR во имя краткости. MBR содержит в себе таблицу из четырёх записей, описывающих разделы. При этом некоторые разделы можно не объявлять как используемые. Есть чуть более современные схемы разделения вроде GPT, который помимо прочего поддерживает более четырёх разделов.
В этом задании мы будем реализовывать код чтения MBR с диска, который в свою очередь включает один раздел FAT32. Эту комбинацию использует наша малинка: тоже MBR и тоже FAT32.
Разбиение диска
На вот этой диаграмме показана физическая компоновка дискового раздела с MBR и FAT32:
В PDF-ке структуры FAT содержится вся необходимая информация о размерах и содержимом этих самых структур. Вместе с минимально необходимым описанием. Мы будем использовать документ при реализации нашей файловой системы. Помимо этого полезно будет изучить соответсвующую статью из википедии.
Master Boot Record
Extended Bios Parameter Block
Первый сектор раздела FAT32 содержит расширенный блок параметров BIOS. Сокращённо EBPB. Сам этот блок начинается с блока параметров BIOS или BPB. Вместе они определяют все необходимые параметры компоновки файловой системы FAT.
Есть одна область в EBPB, на которую стоит обратить отдельное внимание. Та которая определяет количество зарезервированных секторов (number of reserved sectors). Это смещение от начала раздела FAT32 в секторах, где FAT могут быть найдены. Сразу после последнего FAT будет область, содержащая данные для кластеров. Сейчас мы подробнее рассотрим FAT-ы, область данных, кластеры и вот это всё.
Кластеры
Все данные, которые хранятся в файловой системе FAT, разделяются на кластеры. В EBPB есть поле, из которого можно найти, сколько в каждом кластере секторов (number of sectors per cluster). Нумерация кластеров начинается с цифры 2. Как видно из диаграммы, данные для кластера 2 расположены в начале области данных. Данные для кластера 3 расположены сразу после кластера 2 и далее в таком духе.
File Allocation Table
FAT расшифровывается как file allocation table. Таблица распределения файлов. Исходя из названия FAT это таблица (массив) записей FAT. В FAT32 каждая такая записть имеет размер в 32 бита. Размер же всей этой таблицы определяется полями sectors per FAT и bytes per sectors из EPBP. Для избыточности в файловой системе может быть более одного FAT (во имя пресвятого бекапа!). Количество таблиц так же можно найти в EPBP. Смотреть поле number of FATs.
Помимо записей за номерами 0 и 1 каждая из FAT-записей определяет статус кластера. Записть за номером 2 определяет статус кластера 2. Запить 3 определяет статус кластера 3. И далее по списку. Каждому кластеру свою FAT-запись.
Записи 0 и 1 скорее всего такие:
Помимо этих двух записей все остальные соотвесвуют определённому кластеру из области данных. Хотя FAT-записи имеют полный размер в 32 бита, используются только 28 бит. Верхние 4 бита игнорируются. И значения могут быть такие:
Цепочка кластеров
Кластеры образуют цепочки кластеров. По сути это связанный список из кластеров. Если кластер используется для данных, то его значение содержит либо ссылку на следующий кластер, либо является маркером EOC, указывающем конец цепочки.
В качестве примера рассмотрим диаграммку с 8-ю FAT-записями:
Кластеры раскрашены по цветам так, чтоб можно было проще разобраться, что к какой цепочке принадлежит. Первые две записи это ID и EOC. Запись 2 указывает, что соответсвующий кластер является кластером данных и эта цепочка (зелёная) размером в один кластер. Запись 3 указывает, что кластер 3 содержит данные и следующим в цепочке (синей) будет кластер 5 с данными, который ссылается на кластер 6, который эту цепочку обрывает. Аналогичным образом кластеры 7 и 5 образуют цепочку (красная). Кластер за номером 8 свободен и не используется.
Каталоги и записи
Цепочка кластеров — это данные для файла или каталога. Каталог — суть специальный файлик, в котором содержатся имена файлов и все прочие метаданные. Внутри каталок представляет собой массив каталожных записей. Каждая такая запись содержит имя, стартовый кластер и является ли эта запись каталогом или просто файлом.
Есть один специальный каталог, который не связан с записями в других каталогах. Корневой каталог. Стартовый кластер для корнегого каталога можно найти в EBPB. Через это всё можно определить место всех других файлов и каталогов.
По историческим причинам каждая запись физического каталога можно интерпретировать аж двумя разными способами. Поле атрибутов так же указывает на один из этих способов. Вот эти две вариации:
Длинное имя файла (LFN) добавлено в FAT32 для того, чтоб использовать имена файлов длиннее 11 символов. Если запись имеет имя длинной более 11 символов, то ей предшествуют записи LFN. При этом эти записи не сортированы физически. Вместо этого они содержат поле для того, чтоб определить последовательность. Таким образом на физический порядок записей LFN полагаться не получится.
Прежде чем продолжить надо разобраться со структурами FAT. После этого постарайтесь ответить на следующие вопросы:
Каким образом определить, содержит ли первый сектор MBR-структуру? [mbr-magic]
Первый сектор диска может не содержать MBR. Каким образом можно определить есть ли там MBR или его там нет?
Каково максимальное количество кластеров FAT32? [max-clusters]
Дизайн FAT32 подразумевает некоторое количество ограничений. Какое максимальное количество кластеров в FAT32 и откуда эти ограничения происходят? А если взять FAT16, то там будут те же самые ограничения или другие?
Какой максимальный размер одного файла? [max-file-size]
Есть ли какие либо ограничения на максимальный размер файла? Если есть, то каков максимальный размер файла и что определяет эту границу?
Подсказка: Посмотрите на структуру записи в каталоге.
Как определить, перед нами запись LFN или другая? [lfn-identity]
Если внимательно посмотреть на записи в каталоге, то какие именно байтики определяют, LFN перед нами или обычная запись? Конкретно, какие это байты и какие у них должны быть значения?
Каким образом можно найти /a/b/c.txt [manual-lookup]
Структура кода
Написание файловой системы является достаточно сурьёзным делом. FAT32 даже при том, что мы её будем только читать, не исключение. Предоставленный код в крейте 2-fs/fat32 обеспечивает в основном базовую структуру, но многие дизайнерские решения и большая часть реализации целиком принадлежит вам.
Трейты файловой системы
Советую читать код из traits/ в следующем порядке:
Кеш-устройство
Полезности
Файл util.rs содержит один полезный трейт и его реализацию для срезов ( &[T] ) и динамических массивов ( Vec ). Это можно использовать для переноса одного в другое при сохранении определённых условиях. Например для того, чтоб скастовать &[u32] в &[u8] можно использовать вот такое:
MBR и EBPB
Shared
Файловая система
VFAT — это ещё одна файловая система от Microsoft, которая является предшественником FAT32. По разным историческим причинам это стало синонимом FAT32. Мы продолжим эту глупую традицию с не всегда корректными названиями.
Ещё каталоге vfat/ можно найти:
При реализации файловой системы надо будет дополнить всё это необходимым кодом. Не бойтесь дополнять любые из этих структур методами, которые кажутся вам необходимыми. Однако не изменяйте ни одно из предоставленных определений трейтов или сигнатур у существующих методов.
Прочитайте сейчас весь код начиная с vfat.rs и убедитесь, что вы понимаете, что там происходит.
Реализация
Теперь у нас есть всё необходимое для реализации файловой системы FAT32. Вы можете заниматься реализацией в том порядке, в котором вам больше нравиться.
Убедитесь, что обновили все предоставленные заготовки!
Убедитесь, что все ваши копии репозиториев находятся в актуальном состоянии. Стащите последние версии 2-fs и os с помощью git pull и поправьте всё необходимое.
Рекомендуется также следовать вот этим правилам:
Вы можете делать всё в том порядке, в каком хотите. Но вот такой порядок рекомендуем:
В начале вы должны интерпретировать запись в каталоге как неизвестную. Затем использовать эту структуру, чтоб определить, есть ли эта запись и затем определить истинный тип этой самой записи. Работа union потребует использование некоторого количества небезопастного кода. Наша реализация использует по одной практически идентичной строке кода на каждый из трёх вариантов.
После того, как ваша реализация пройдёт через все юнит-тесты и будет работать так, как от неё ожидают, вы можете насладиться этой маленькой победой. Вы реализовали целую файловую систему! После того, как эйфория пройдёт, можно переходить к следующему этапу.
Седлаем SD-карту
Foregin Function Interface
FFI в Rust позволяет коду взаимодействовать с программным обеспечением, написанным на других языках программирования и наоборот. Внешние, по отношению к Rust, элементы объявляются в блоке extern :
Для вызова функции Rust из внешнего кода, местоположение функции (адрес в памяти) должно быть экспортировано в качестве определённого символа. Внутри Rust может свободно искажать (mangles) символы, которые присваиваются функциям. Для управления версиями и всем таким. Получается, что по умолчанию нельзя узнать заранее, какой символ будет присвоен каждой функции и следовательно мы не сможем вызвать эту функцию из внешнего кода. Для предотвращения этого произвола процесса мы можем добавить атрибут #[no_mangle] :
Затем программа на (например) Няшном Си может вызвать эту функцию таким образом:
Почему Rust не может гарантировать безопасность использования внешнего кода? [foreign-safety]
Объясните, почему Rust не может гарантировать, что использование внешнего кода безопасно. Помимо этого объясните, почему Rust может гарантировать, что другой код Rust безопасен, даже если он находится за пределами текущего крейта, однако не может сделать то же самое для кода не на Rust.
Почему Rust калечит символы? [mangling]
Няшный Си не занимается переименовыванием всего этого. C++ и Rust занимаются. Чем эти два языка отличаются, раз они требуют такого отношения к символам? Предоставьте конкретный пример того, что произойдёт, если Rust не будет это всё делать.
Драйвер SD-карты
Подсказка: На 64-битном ARM unsigned int из Няшного Си станет u32 в Rust.
Является ли ваша реализация потокобезопасной? [foreign-sync]
Подсказка: Скорее всего являются! (Если нет, то должны являться) Что реализует эти гарантии?
Файловая система
Проверьте свою реализацию, распечатав содежримое корневого каталога ( / ) вашей SD-карты. Как только всё заработает так, как вы ожидаете — переходите к следующему этапу.
Фаза 4: Mo’sh
Рабочий каталог
Большинство операционных систем предоставляют специальный системный вызов для изменения рабочего каталога процесса. Поскольку наша ОС ещё не имеет процессов и системных вызовов, мы будем следить за изменениями cwd непосредсвенно силами нашей интерактивной оболочки.
Команды
(concatenate files). Выводит содержимое файлов по указанным путям path один за другим. Требуется по меньшей мере один такой аргумент. Если путь не указывает на реально сущесвующий файл — выводить ошибку. Если файл содержит недопустимый контент в контексте кодировки UTF-8, то также выводить ошибку.
Все не абсолютные пути должны быть обработаны относительно текущего рабочего каталога. Все абсолютные пути должны обрабатываться от корня. Пример действия команд можно посмотреть в гифке выше. Когда вы будете реализовывать эти команды — можете выводить ошибки или содержимое каталогов любым способом, каким сочтёте нужным. Главное, чтоб вся необходимая информация присутствовала.
Реализация
После того, как вы реализовали, протестировали и проверили все четыре команды с учётом указанных спецификаций — задача этой лабы решена. Поздравляем!
Убедитесь, что используете bin-аллокатор!
Скорее всего реализация файловой системы будет очень интенсивно использовать память. Во избежание нехватки памяти убедитесь, что используете bin-аллокатор. Ибо он позволяет не только выделять, но и освобождать память.
Подсказка: Используйте существующие методы PathBuf и Path для своих грязных целей.
Что такое файловая система и зачем жесткому диску нужны FAT32 и NTFS?
Содержание
Содержание
Форматирование флешки или системного накопителя — стандартная задача компьютерного пользователя. В современных операционных системах процесс сильно упрощен, поэтому справится даже новичок. Система самостоятельно определяет, какие настройки подходят определенному устройству и какую файловую систему выбрать при форматировании. Так, Windows форматирует системные накопители в NTFS, а флешки превращает в FAT32. Почему так происходит? Чем отличаются эти файловые системы и вообще, зачем диску нужен «формат»?
Если говорить простым языком, то компьютерный накопитель — это подобие библиотеки, в которой хранятся тысячи книг. Библиотека может быть устроена в виде небольшого стеллажа или многоэтажной полки с лестницей, а также в виде кластеров — огромных помещений с десятками шкафов и сотнями полок. Чтобы найти в таком масштабе интересующую книгу, необходимо ориентироваться по условным опознавательным знакам, буквам или цифрам.
Например, мы посетили библиотеку в поисках произведения «Таинственный остров». По просьбе читателя библиотекарь обращается к каталогу, ищет отдел, в котором хранятся книги с названиями, начинающимися на букву «Т», затем находит шкаф, полку и место, где хранится интересующее читателя издание. Пользуясь такой системой, библиотекарь найдет книгу за считанные секунды, гораздо дольше ему придется доставать и нести ее читателю через весь зал. Аналогично работает и файловая система в накопителе.
Теперь представим, что из библиотеки вывезли все шкафы и полки, а книги теперь лежат на столах, стульях, полу и подоконниках. Произведение Жюля Верна будет практически невозможно найти среди тысяч печатных экземпляров: оно может находиться в любом месте, так как книги разбросаны в неизвестном порядке. При этом, несмотря на беспорядок, библиотека все-таки выполняет свою основную задачу — она хранит книги. Но практической пользы от этого мало: в системе хранения нарушены структура и каталогизация. То же самое происходит, если накопитель лишен какой-либо файловой системы.
Что такое файловая система
Итак, файловая система компьютерного накопителя — это способ организации и хранения файлов на винчестерах, флешках или даже в облаке. И, если диск — это массив кластеров, то файловая система — это инструкция по заполнению этих кластеров информацией.
Например, записывая фотографию на обычный винчестер, компьютер разбивает файл на части. Каждому кусочку файла соответствует ячейка на поверхности магнитной пластины диска. При этом, если любая программа обратится к нужному файлу, то ни она, ни диск не будут знать, что это за файл, где он расположен, как он называется, сколько весит и какие ячейки занимает в накопителе. Единственное, что известно программе — это имя файла, его размер и другие атрибуты, которые она передает файловой системе как условный знак для поиска этого файла в ячейках.
Чтобы понять, кто за что отвечает и кем является, рассмотрим структуру на книгах и библиотеках. Так, в цепочке «пользователь-файл» есть несколько действующих лиц, без которых работа системы невозможна:
Дисковая система — это тоже библиотека. Вместо больших помещений здесь используются компактные корпуса накопителей, а в качестве полок с книгами выступают микросхемы памяти в твердотельных накопителях или магнитные пластины классических винчестеров. Система каталогизации библиотеки — это файловая система компьютера. Как и способы сортировки книг в библиотеке, компьютерные файловые системы делятся на несколько типов. Самые распространенные среди компьютеров на ОС Windows — это NTFS и FAT32.
NTFS — New Technology File System
Мы разобрались, что такое файловая система и для чего она нужна компьютерным дискам. Основываясь на полученных примерах, можно легко разобраться в том, как работают разные файловые системы, и чем они отличаются. Например, NTFS.
NTFS — фирменная файловая система Microsoft, которую разработчики начали внедрять в операционную систему Windows, начиная с версии NT 3.1. Несмотря на байки о ненадежности и низкой отказоустойчивости этой системы, NTFS считается самым лучшим и удачным решением для работы актуальных операционных систем Windows. Конечно, как и любая другая система, NTFS не лишена недостатков — это слишком сложное устройство ФС, особенно по современным меркам. Ведь известно — чем сложнее устройство, тем больше в нем уязвимостей.
Структура и фрагментация
Файловая система NTFS делит пространство накопителя на кластеры — блоки, размером от 512 байт до 64 КБ. По умолчанию Windows делит блоки по 4 КБ каждый.
Способ организации файлового пространства на диске с NTFS подразумевает наличие специального раздела, в котором ФС хранит сервисные данные о своей работе. А именно, ведет некий каталог, в котором записываются различные данные о файлах и разделах. Это раздел MFT (Master File Table) — свободное пространство с метафайлом, под который система выделяет 12% от общего объема.
MFT является динамическим разделом — по мере накопления информации на диске, он может сокращаться, чтобы освободить место под пользовательские файлы. Однако при первом же свободном гигабайте на диске, раздел MFT снова заберет свое «законное» место, при этом новая часть метафайла может фрагментироваться и оказаться уже не в начале диска, а в конце или в середине. Отсюда существует распространенная проблема фрагментации файловой системы, когда части каталогов разбросаны по всему диску. Тогда, чтобы найти какой-либо файл, диск судорожно ищет их по всей поверхности, отсюда снижение скорости доступа и общей производительности компьютера. Фрагментация — не самая сильная сторона NTFS.
Файлы и каталоги
Организация данных в этой ФС имеет структуру бинарного дерева: каждый элемент в системе обрабатывается не иерархически, а через бинарные запросы. Например, чтобы найти файл с именем «К» среди тысячи других файлов, система делит каталог на две части и начинает поиск с середины. Например, узнает, в какой части необходимо искать данный файл, если за середину каталога принят файл с названием «Т»? В таком случае система ответит — ищите среди тех файлов, которые идут до файла с именем «Т». То есть, имея отсортированный по алфавиту каталог, система понимает, что файл с необходимым именем находится в одной из двух частей, и время на поиск файла сокращается в два раза — это улучшает скорость работы с мелкими одиночными файлами.
Все файлы в этой системе существуют в виде потоков. Фактически, для того, чтобы превратить блоки с данными в единый файл, этой ФС необходим только файл с метаданными. Это своего рода инструкция по сборке файлов из кусочков данных, которые хранятся в ячейках по всей поверхности накопителя. Благодаря гибкой файловой структуре, объекты NTFS могут принимать множество дополнительных свойств. Например, содержать в названии до 65535 различных символов Unicode. При этом максимальная длина имени файла достигает 255 символов.
Журналирование
Современные операционные системы работают на базе журналируемых файловых систем. Это необходимо для того, чтобы в случае системного сбоя и аварийного завершения работы (вынули вилку питания ПК из розетки) файловая система компьютера смогла восстановиться до последнего рабочего состояния без потери файлов.
В журналируемой файловой системе работа с данными происходит по принципу транзакций — действие совершается полностью или не совершается совсем. Например, при записи системного файла на диск, компьютер делает пометки в метафайл в разделе MTF и ведет мини-журнал процесса копирования до тех пор, пока файл полностью не запишется в необходимый раздел диска. Если устройство перезагрузится во время записи, то при следующем включении система обратится к журналу, узнает о совершенных и несовершенных транзакциях и оставит существовать только те, которые помечены как завершенные. Остальные транзакции будет вычеркнуты, а файлы удалены или возвращены на место.
Как правило, такая система работает наиболее эффективно только с системными файлами, тогда как пользовательские данные могут повредиться или исчезнуть при сбое. Работу журналирования можно проверить с помощью контрольных точек восстановления — компьютер периодически создает слепки состояния системы, по которым позже может восстановиться до этих состояний.
Шифрование
Шифрование — это отдельная надстройка над файловой системой компьютера, которая позволяет закрыть пользовательские данные от посторонних глаз практически на аппаратном уровне. В таком случае защищенные файлы нельзя будет просмотреть на другом компьютере, а также после смены материнской платы или операционной системы. Это можно сделать с помощью NTFS — система создает ключи и сертификаты, актуальные только для той сборки и системы, на которой было подключено это шифрование.
Файловая система NTFS также отличается:
Вывод: система NTFS «заточена» под работу с операционной системой, а также для накопителей с большим объемом и несколькими разделами.
FAT32 — File Allocation Table
Обновленная файловая система пришла на смену устаревшей FAT16. Ее также разработали специалисты Microsoft, но, в отличие от NTFS, она распространяется в виде открытого исходного кода. Поэтому разработчики любого софта могут беспрепятственно компилировать и внедрять драйвер в свое ПО. Например, поддержка FAT32 есть не только в «родной» операционной системе, но и в любой другой — linux, MacOS, Android, даже в таких проприетарных системах, как iOS.
В ранних версиях ОС Windows файловая система FAT32 даже использовалась в качестве основной ФС для системного раздела. Но позже разработчики отказались от этого решения в пользу новой и прогрессивной NTFS. Впрочем, несмотря на некоторые особенности FAT32, эта ФС все еще повсеместно используется во флешках и картах памяти.
Проще некуда
Файловая система FAT32 — это автомат Калашникова. Она максимально упрощена:.Здесь нет продвинутых систем безопасности и шифрования, система не умеет журналировать свою работу. Это частично сказывается на производительности — в некоторых случаях скорость чтения или записи может быть выше, чем у более новой и сложной NTFS. Правда, это сильно зависит от условий работы — например, от количества обрабатываемых файлов. Так, работа с массивами мелких файлов может стать настоящим испытанием для накопителя, отформатированного в этой файловой системе.
Впрочем, такие задания редко выполняют на тех накопителях, которые используют FAT32. Обычно это внешние устройства с небольшим объемом. Более того, файловая система не умеет работать с объемными разделами. Например, штатные средства ОС Windows не позволяют создавать на диске с FAT32 разделы, объем которых превышает 32 ГБ. К этим недостаткам относятся и ограничения по максимальному размеру файла. Максимальный размер файла, который запоминает накопитель, составляет 4 ГБ.
Все это, конечно же, влияет на популярность файловой системы и ее удобство. Особенно заметны недостатки устаревшей системы стали после того, как почти у каждого пользователя в арсенале появились флешки с объемом от 64 ГБ — FAT32 такому устройству не к лицу.
Структура
Еще больше красок в устаревание вносит древняя структура: файлы в FAT32 хранятся иерархически, а не в виде бинарного дерева, где каждый отдельный объект может быть доступен независимо от остальных. Если бы такая система использовалась в обычной библиотеке, то поиск одной книги мог бы растянуться на несколько часов: чтобы найти книгу с буквой «Ц» в названии, библиотекарю придется достать все книги с полочек по очереди, начиная с экземпляров на «А», и только после этого взять нужную. Любопытно представить, как бы работала в таком режиме Научная библиотека МГУ, где на физических и виртуальных полках хранится более 10 миллионов экземпляров.
Несмотря на перечисленные особенности, FAT32 все еще неплохо справляется со своими задачами. Например, отсутствие журналирования идет на пользу накопителям, которые быстро изнашиваются от частых перезаписей ячеек. К тому же, работа с объемными файлами и разделами на обычной флешке мало кого интересует. Как правило, они «переносят» легковесные офисные файлы, фотографии, короткие видеоматериалы и установочные файлы программ. Вряд ли кто-то попытается загружать образ фильма в формате Blu-ray на флешку: для этого больше подойдет внешний жесткий диск или твердотельный накопитель с большим объемом.
Вывод: появление флешек с большим объемом внесло коррективы в существование FAT32. Однако на рынке все еще преобладают устройства с объемом не более 32 ГБ — этот формат FAT32 еще тянет.
Практичность превыше всего
Большая и сложная NTFS была разработана еще в 1990-х годах. Несмотря на это, файловая система здравствует до сих пор и спокойно переваривает все современные ОС от Microsoft. Конечно, фирменная технология из Редмонда не панацея: если отказаться от «окон» на компьютере, то и NTFS сразу станет ненужной. Правда, для этого придется смириться с Linux на борту или же переехать на платформу Apple — там, между прочим, используется совсем новая APFS, которую яблочные разработчики представили всего несколько лет назад.
Что касается неоднозначной ситуации с FAT32, то, скорее всего, файловая система уже находится на закате популярности. Специалисты пытаются заменить неактуальную файловую систему более удобными и гибкими EXT. Эти системы имеют открытый исходный код и используются в Unix подобных ОС. Драйверы для этих файловых систем легко портируются под любые операционные системы, поэтому такой накопитель поддерживается даже в актуальной Windows 10, достаточно установить распространенный пакет драйверов.
Вывод: если выбирать файловую систему, то лучше ориентироваться на практичность. Для серьезных задач и под системные нужды обязательно выделять накопитель с NTFS на борту. В то же время, для флешки с маленьким объемом будет достаточно и FAT32 — эта ФС широко поддерживается всеми возможными устройствами. Если же пользователь ставит повышенные требования к системе хранения и обработке файлов — добро пожаловать в мир ZFS.
Это целая система внутри системы, где организация файлов в дисковом пространстве происходит по другим законам. Например, при записи информации, ZFS пишет новые данные в новые блоки, а старые оставляет «жить» до того момента, пока не подтвердит, что свежие данные записаны и готовы к работе. Это необходимо для платформ с уклоном в отказоустойчивость, хотя вряд ли пригодится домашнему юзеру. Чтобы файловая система работала как надо, необходимо иметь двойной запас свободного места на диске: для старых данных и следующего потока новых данных. Поэтому ZFS чаще используют в системах хранения данных с большим объемом. Но это уже совсем другая история.
