Сетевые заметки системного администратора
7. Приведите основные характеристики FAT16, FAT32, NTFS.
Предмет: Операционные системы.
Вопрос: №7
Файловая система – это набор специфика-ций и соответствующее им программное обеспечение, которые отвечают за соз-дание, уничтожение, организацию, чтение, запись, модификацию и перемещение файловой информации, а также за управление доступом к файлам и управление ресурсами, которые исполь-зуются файлами.
Существует три версии FAT — FAT-12, FAT-16 и FAT-32. Они отличаются количеством бит, отведённых для хранения номера кластера. FAT-12 применяется в основном для дискет, FAT-16 — для дисков малого объёма.
FAT 16 — таблица расположения файлов (File Allocation Table):
Файловая система FAT16 была разработана еще до создания MS DOS и в настоящее время поддерживается всеми операцион-ными системами Microsoft для обеспечения совместимости.
Её название отлично отражает организацию файловой системы.
Основные характеристики файловой системы:
Не рекомендуется применять файловую систему FAT16 на томах размером больше 511 Мбайт, так как для относительно небольших по объему файлов дисковое пространство будет использоваться крайне неэффективно: файл размером в 1 байт бу-
дет занимать 64 Кбайт. Независимо от размера кластера файловая система FAT16 не поддерживается для томов размером больше 4 Гбайт.
Первый сектор тома является загрузочным сектором. Далее за ним идут таблицы FAT1 и FAT2.
Таблица FAT – это часть файловой системы FAT. Она содержит элементы, описываю-щие состояния кластеров в томе.
FAT2 является копией FAT1.
При использовании файловой системы FAT16 за второй копией таблицы FAT всегда располагается корневой каталог. Единст-венным различием между корневым каталогом и другими является то, что корневой располагается в определенном месте и имеет фиксированное число вхождений. Каждый каталог и файл используют одно или более вхождений. Например: если число фиксированных вхождений для корневого каталога равно 512 и создано 100 подкаталогов, в корневом каталоге можно создать не более 412 файлов (512–100).
Для каждого файла и каталога в файловой системе храниться информация в соответствии со структурой:
Каждый элемент каталога содержит номер начального кластера файла, описываемого данным элементом. Этот номер является указателем в FAT, где содержится информа-ция об остальных кластерах файла, органи-зованная в связный список.
В FAT16 кластеры могут иметь различное значение:
(0)000h свободный кластер,
(F)FF7h дефектный кластер,
(F)FF8h – (F)FFFh конец файла,
(0)002h–(F)FEFh номер следующего кластера файла.
Расположение файлов по кластерам пока-занное выше: папке расположены три фай-ла; первый из них – File1 – занимает три кластера (файл не фрагментирован, кластеры 2, 3 и 4 расположены последо-вательно); второй файл – File2 – фрагментирован и располагается в кластерах 5, 6 и 8; третий – File3 – занимает всего один кластер. Вхождение для каждого файла содержит адрес его начального кластера (2, 5 и 7 соответственно).
Последний кластер каждого файла (4, 8 и 7) в качестве адреса следующего кластера содержит значение FFFF, указывающее на то, что это последний кластер для данного файла.
Так как все вхождения имеют одинаковый размер информационного блока, они различаются по байту атрибутов. Один из битов в данном байте может указывать, что это каталог, другой – что это метка тома. Для пользователей доступны четыре бита, позволяющие управлять атрибутами файла: архивный (archive), системный (system), скрытый (hidden), доступный только для чтения (read-only).
1.) файловая система поддерживается опе-рационными системами MS DOS, Windows 95, Windows 98, Windows NT, Windows 2000, а также некоторыми операционными системами UNIX;
2.) существует большое число программ, позволяющих исправлять ошибки в этой файловой системе и восстанавливать дан-ные;
3.) при возникновении проблем с загрузкой с жесткого диска система может быть загружена с флоппи-диска;
4.) данная файловая система достаточно эффективна для томов объемом менее 256 Мбайт.
1.) корневой каталог не может содержать более 512 элементов. Использование длин-ных имен файлов существенно сокращает число этих элементов;
2.) FAT16 поддерживает не более 65536 кластеров, а так как некоторые кластеры зарезервированы операционной системой, то число доступных кластеров составляет 65524. Каждый кластер имеет фиксирован-ный размер для данного логического устройства. При достижении максимального числа кластеров с максимальным размером в 32 килобайта максимальный объем поддерживаемого тома ограничивается 4-гигабайтами под управлением Windows 2000. Для поддержания совместимости с MS DOS, Windows 95 и Windows 98 объем тома под FAT16 не должен превышать 2 Гбайт;
3.) не поддерживается резервная копия загрузочного сектора;
4.) в FAT16 не поддерживается встроенная защита файлов и их сжатие;
5.) на дисках большого объема теряется много места за счет того, что используется максимальный размер кластера. Место под файл выделяется исходя из размера не файла, а кластера.
FAT32 – также таблица расположения файлов (File Allocation Table):
В версии Microsoft Windows 95 OEM Service Release 2 (OSR2) в Windows появилась поддержка 32-битной FAT. Для систем на базе Windows NT эта файловая система впервые стала поддерживаться в Microsoft Windows 2000.
FAT32 способна обслуживать тома объемом до 4 Тбайт. Размер кластера в FAT32 может изменяться от 1 (512 байт) до 64 секторов (32 Кбайт).
Для хранения значений кластеров FAT32 требуется 4 байта (32 бит, а не 16, как в FAT16). Это означает, в частности, что неко-
торые файловые утилиты, рассчитанные на FAT16, не могут работать с FAT32.
Основным отличием FAT32 от FAT16:
является изменение размера логического раздела диска. При этом если при использо-
вании FAT16 с 2-гигабайтными дисками требовался кластер размером в 32 Кбайт, то в FAT32 кластер размером в 4 Кбайт подходит для дисков объемом от 512 Мбайт до 8 Гбайт. Это соответственно означает более эффективное использование дискового пространства – чем меньше кластер, тем меньше места требуется для хранения файла и, как следствие, диск реже становится фрагментированным.
FAT32 позволяет увеличить максимальное число вхождений в корневой каталог до 65535.
FAT32 накладывает ограничения на минимальный размер тома – не менее 65527 кластеров. При этом размер кластера не может быть таким, при котором бы FAT занимала более 16 Мбайт – 64 Кбайт/4 или 4 млн. кластеров.
1.) выделение дискового пространства выполняется более эффективно, особенно для дисков большого объема;
2.) корневой каталог в FAT32 представляет собой обычную цепочку кластеров и может находиться в любом месте диска;
3.) за счет использования кластеров мень-шего размера (4 Кбайт на дисках объемом до 8 Гбайт) занятое дисковое пространство обычно на 10–15 % меньше, чем под FAT16;
4.) FAT32 является более надежной файловой системой. В частности, она поддерживает возможность перемещения корневого каталога и использования резервной копии FAT. Кроме того, загрузочная запись содержит ряд критичных для файловой системы данных.
1.) размер тома при использовании FAT32 под Windows 2000 ограничен 32 Гбайт;
2.) тома FAT32 недоступны из многих операционных систем, которые поддержива-ют FAT;
3.) не поддерживается резервная копия за-грузочного сектора;
4.) в FAT32 не поддерживается встроенная защита файлов и их сжатие.
Файловая система NTFS (New Technology File System).
Характеризуется рядом значительных усовершенствований и изменений, существенно отличающихся от других файловых систем. С точки зрения юзера файла все также храняться в каталогах. Однако в NTFS, в отличие от FAT, работа на дисках большего объема происходит гораздо эффективнее.
Особое внимание (при проектировании) было обращено на следующие характеристики:
1.) надежность . является ключевым элементом структуры и поведения NTFS. Одним из способов увеличения надежности является введение механизма транзакций, при котором осуществляется журнали-рование файловых операций;
2.) расширенную функциональность . NTFS проектировалась с учетом возможного расширения. В ней были реализованы многие дополнительные возможности: усовершенствованная отказоустойчивость; эмуляция других файловых систем; мощная модель безопасности; параллельная обработка потоков данных; создание файловых атрибутов, определяемых пользователем;
3.) поддержку платформенно-независимого системного интерфейса для компьютер-ного окружения POSIX (Portable Operating System Interface for Computer Environments). Поскольку правительство США требовало, чтобы все закупаемые им системы хотя бы в минимальной степени соответствовали стандарту POSIX, такая возможность была предусмотрена и в NTFS.
К числу базовых средств файловой системы POSIX относится необязательное исполь-зование имен файлов с учетом регистра, хранение времени последнего обращения к файлу и механизм так называемых «жестких ссылок» (альтернативных имен, позволяя-ющих ссылаться на один и тот же файл по двум и более именам);
4.) гибкость. Модель распределения диско-вого пространства в NTFS отличается чрезвычайной гибкостью. Размер кластера может изменяться от 512 байт до 64 Кбайт; он представляет собой число, кратное внутреннему кванту распределения дискового пространства. NTFS также поддерживает длинные имена файлов, набор символов Unicode и альтернативные имена формата 8.3 для совместимости с FAT.
Как и при использовании FAT, основной информационной единицей в NTFS является кластер.
Управление доступом к файлам и каталогам:
При использовании томов NTFS можно устанавливать права доступа к файлам и каталогам. Эти права доступа указывают, какие пользователи и группы имеют доступ к ним и какой уровень доступа. Под NTFS можно устанавливать разрешения на удаленный доступ, объединяемые с разрешениями на доступ к файлам и каталогам. В версии NTFS, используемой в Windows 2000, появился новый тип разрешения на доступ – наследуемые раз-решения.
Сжатие файлов и каталогов:
В Windows 2000 поддерживается сжатие файлов и каталогов, расположенных на NTFS-томах. Сжатые файлы доступны для чтения и записи любыми Windows-приложениями. Для этого нет необходимости в их предварительной распаковке. Используемый алгоритм сжатия
схож с тем, который используется в Double-Space (MS DOS 6.0) и DriveSpace (MS DOS 6.22), но имеет одно существенное отличие – под управлением MS DOS выполняется сжатие целого первичного раздела или логического устройства, тогда как под NTFS можно упаковывать отдельные файлы и каталоги.
Алгоритм сжатия в NTFS разработан с учетом поддержки кластеров размером до 4 Кбайт. Если величина кластера больше 4 Кбайт, функции сжатия NTFS становятся недоступными.
Файловая система NTFS обладает способностью самовосстановления и может поддерживать свою целостность за счет использования протокола выполняемых действий и ряда других механизмов. NTFS рассматривает каждую операцию, модифи-цирующую системные файлы на NTFS-томах, как транзакцию и сохраняет информацию о такой транзакции в протоколе. Начатая транзакция может быть либо полностью завершена (commit), либо откатывается (rollback). В последнем случае NTFS-том возвращается в состояние, предшествующее началу транзакции.
При формировании файловой системы NTFS программа форматирования создает файл MFT (Master File Table) и другие области для хранения метаданных. Метаданные используются NTFS для реализации файловой структуры.
Возможности файловой системы NTFS по ограничению доступа к файлам и катало-гам:
Благодаря наличию механизма расширен-ных атрибутов в NTFS реализованы ограни-чения в доступе к файлам и каталогам. Эти дополнительные атрибуты, использованные для ограничения в доступе к файловым объектам, назвали атрибутами безопасности. При каждом обращении к такому объекту сравнивается специальный список дискреционных прав доступа, приписанный ему, со специальным системным идентификатором, несущим информацию об имени пользователя, осуществляющего текущий запрос к файлу или каталогу. Если имеется в списке необходимое разрешение, то действие выполняется, в противном случае система сообщает об отказе.
Файловая система NTFS имеет так называемые индивидуальные разрешения, которые могут быть приписаны любому файлу и/или каталогу: Read (прочитать), Write (записать), eXecute (выполнить), Delete (удалить), Change Permissions (из-менить разрешения) и Take Ow-nership (стать владельцем).
Соответствующие этим разрешениям действия можно выполнять только в случаях, когда для данного пользователя или группы, к которой он принадлежит, имеется одноименное разрешение.
Существует три важных правила, ко-торые помогут определить состояние прав доступа при перемещении или копировании объектов NTFS:
1) при перемещении файлов в границах раздела NTFS сохраняются исходные права доступа;
2) при выполнении других операций (создании или копировании файлов, а так же их перемещении между разделами NTFS) наследуются права доступа родительского каталога;
3) при перемещении файлов из раздела NTFS в раздел FAT все права NTFS теряются.
Нет похожих постов.
Файловые системы накопителей
Содержание
Содержание
Именно файловые системы определяют способ хранения информации в виде привычных нам файлов, а также насколько быстро будет осуществляться доступ к данным и с какими ограничениями столкнутся пользователи.
Существует больше 30 файловых систем (ФС), большая часть которых имеет специфическое применение. Например, ФС под названием XFS создана исключительно для операционной системы IRIX, а DTFS — это файловая система, специализирующаяся на сжатии данных.
Если говорить относительно обычных пользователей ПК на Windows, MacOS и Linux, то для них список можно сократить до нескольких самых распространенных.
FAT32
Файловая система, разработанная компанией Microsoft на замену FAT16. Структурно вся область диска в FAT32 делится на кластеры размером от 512 байт до 32 Кбайт. Представьте себе тетрадь в клеточку. Каждая клетка — это кластер, в который может быть записан файл или его часть. Таким образом, большие файлы состоят из цепочки кластеров, которые совсем не обязательно будут располагаться друг за другом.
Не будем погружаться в технические дебри и расскажем о том, что больше всего интересует обычных пользователей — плюсы и минусы FAT32.
Главное и пока неоспоримое достоинство этой файловой системы — ее универсальность. FAT32 работает практически со всеми операционными системами Windows, а также без проблем распознается linux, MacOS, операционными системами игровых приставок и даже Android (если в смартфоне предусмотрена поддержка OTG).
Именно поэтому флеш-накопители чаще всего форматируют в FAT32, чтобы не иметь проблем с совместимостью на различных устройствах. С завода больше 90% всех флешек поставляется с этой ФС. Параллельно к плюсам относится высокая скорость работы с малыми и средними файлами (десятки/сотни мегабайт) и нетребовательность к объему ОЗУ.
Однако почтенный возраст FAT32 (больше 24 лет, что по меркам IT-индустрии просто огромный срок) накладывает ряд неприятных ограничений.
Несмотря на то, что размер тома с технической точки зрения может доходить до 8 ТиБ (тебибайт), что составляет около 8,7 ТБ, по факту в операционных системах Windows из-за встроенного ограничения вы не сможете создать том больше 32 ГБ. Соответственно, разметить большие жесткие диски, по крайней мере в Windows, в FAT32 не получится. Возникнут проблемы и с флешками на 64 ГБ.
Другое, более существенное ограничение — размер одного файла не может превышать 4 ГБ. Учитывая, что бэкапы, фильмы в высоком разрешении и архивы с различной информацией весят больше этого предела, ограничение доставляет массу неудобств.
exFAT
Одна из самых последних «новинок», созданная в 2008 году как расширенная версия FAT32 (extended FAT). Майкрософт решила взять лучшее и избавиться от самых неприятных недостатков.
exFAT ориентирована сугубо на переносные накопители — флешки, SD-карты и съемные жесткие диски. Размер кластера был увеличен до 32 мегабайт, благодаря чему размер файла теперь достигает целых 16 эксабайт (1 эксабайт = 1 048 576 ТБ). Задел на будущее у exFAT довольно внушительный.
Параллельно разработчики избавились от ограничения на размер тома, ввели поддержку прав доступа и минимизировали количество перезаписей, что особенно актуально для flash-памяти, ячейки памяти которой имеют ограниченное количество циклов записи, после чего выходят из строя.
Ощутимый минус только один — незначительная потеря совместимости. exFAT поддерживает Windows XP SP2 и более новые ОС. Соответственно, Windows 2000, NT и все, что старше, остается «за бортом». Усложнение структуры также привело к большим затратам вычислительной мощности компьютера. Однако на фоне современных процессоров с их потенциалом этим недостатком можно пренебречь.
New Technology File System разработали еще в 1993 году, однако, как и FAT32, используют по сей день. Сходство с FAT проявляется и в том, что, пространство делится на кластеры заданного размера. Однако высокую гибкость NTFS обеспечивает именно структура.
Первые 12% диска выделяются под MFT-зону — специальное служебное пространство, где хранится различная информация для работы всей ФС. Эта зона никогда не фрагментируется. В отличие от FAT используется бинарная структура.
Бинарное дерево располагает имена файлов таким образом, чтобы поиск выполнялся более быстрым способом — путем получения двухзначных ответов на вопросы о положении файла. Соответственно, поисковику не приходится просматривать всю цепочку файлов в каталоге.
NTFS обладает множеством достоинств. Максимальный размер тома на практике — 256 ТБ. Размера файла также хватит с запасом — около 16 ТБ. Помимо этого, за счет функции журналирования NTFS — отказоустойчивая система. Проще говоря, ФС либо выполняет действие до конца, либо откатывает все до состояния, когда действие еще не было совершено. Промежуточных «ошибочных» состояний практически не бывает. Имеется встроенное сжатие, средства разграничения прав объектов и шифрование данных.
К главному минусу NTFS относится низкая совместимость — не поддерживается все, что ниже Windows NT. Это не столь печально, но вот на MacOS и Linux записывать файлы на диски с NTFS не получится — только чтение. Игровые консоли Playstation и Xbox 360 также с этой файловой системой не работают.
Например, в PS4 можно отформатировать внешний жесткий диск, но только в формате самой приставки для обеспечения совместимости.
Таким образом, благодаря своему функционалу и поддержке больших объемов пространства NTFS — это отличный вариант для накопителей HDD и SSD. Несмотря на это, вы вполне можете создать на NTFS и флешку, но скорость ее работы по сравнению с FAT будет ниже.
Сравнительная таблица
Три приведенных файловых системы являются самыми популярными и наиболее совместимыми среди всех. Для удобства приведем основные параметры в общую таблицу.
Microsoft Windows и файловые системы
Одной из важнейших характеристик операционной системы помимо управления памятью, ресурсами компьютера и задачами является поддержка файловой системы — основного хранилища системной и пользовательской информации. В данном обзоре мы рассмотрим основные файловые системы, поддерживаемые в Microsoft Windows 2000, — FAT16, FAT32, NTFS, а также такие файловые системы, как CDFS и UDF. Каждая файловая система имеет свои достоинства и недостатки, которые мы обсудим ниже.
Начнем с того, что вспомним, какие файловые системы поддерживаются в различных операционных системах фирмы Microsoft (табл. 1).
Как видно из данной таблицы, наиболее популярной и широко используемой файловой системой является FAT. Именно с нее мы и начнем наше знакомство с файловыми системами Windows.
Файловые системы FAT
FAT16
Файловая система FAT16 начала свое существование еще во времена, предшествовавшие MS-DOS, и поддерживается всеми операционными системами Microsoft для обеспечения совместимости. Ее название File Allocation Table (таблица расположения файлов) отлично отражает физическую организацию файловой системы, к основным характеристикам которой можно отнести то, что максимальный размер поддерживаемого тома (жесткого диска или раздела на жестком диске) не превышает 4095 Мбайт. Во времена MS-DOS 4-гигабайтные жесткие диски казались несбыточной мечтой (роскошью были диски объемом 20-40 Мбайт), поэтому такой запас был вполне оправданным.
Том, отформатированный для использования FAT16, разделяется на кластеры. Размер кластера по умолчанию зависит от размера тома и может колебаться от 512 байт до 64 Кбайт. В табл. 2 показано, как размер кластера зависит от размера тома. Отметим, что размер кластера может отличаться от значения по умолчанию, но должен иметь одно из значений, указанных в табл. 2.
Не рекомендуется задействовать файловую систему FAT16 на томах больше 511 Мбайт, так как для относительно небольших по объему файлов дисковое пространство будет использоваться крайне неэффективно (файл размером в 1 байт будет занимать 64 Кбайт). Независимо от размера кластера файловая система FAT16 не поддерживается для томов больше 4 Гбайт.
На рис. 1 показано, как организован том при использовании файловой системы FAT16.
В файловой системе FAT16 кластеры могут иметь различное значение. Например, это может быть свободный (неиспользуемый) кластер, кластер, занятый файлом, дефектный кластер или последний кластер файла.
Единственным различием между корневым и другими каталогами является то, что первый располагается в определенном месте и имеет фиксированное число вхождений. Каждый каталог и файл используют одно или более вхождений. Например, если число фиксированных вхождений для корневого каталога равно 512 и создано 100 подкаталогов, в корневом каталоге можно создать не более 412 файлов (512 – 100).
Для каждого файла и каталога в файловой системе хранится информация (в табл. 3 приведены данные для коротких имен файлов).
В структуре каталогов файлу отводится первый незанятый кластер, доступный на томе. Номер начального кластера позволяет определить местонахождение файла: каждый кластер содержит указатель на следующий кластер или значение FFFF, указывающее на то, что это последний кластер в цепочке кластеров, занимаемых файлом. Расположение файлов по кластерам показано на рис. 2.
Как видно из рис. 2, в папке расположены три файла. Первый из них — FILE1.EXT занимает три кластера (файл не фрагментирован, кластеры 2, 3 и 4 расположены последовательно), второй файл — FILE2.EXT фрагментирован и располагается в кластерах 5, 6 и 8, а третий — FILE2.EXT занимает всего один кластер. Вхождение для каждого файла содержит адрес его начального кластера (2, 5 и 7 соответственно). Последний кластер каждого файла (4, 8 и 7) в качестве адреса следующего кластера содержит значение FFFF, указывающее на то, что это последний кластер для данного файла.
Так как все вхождения имеют одинаковый размер информационного блока, они различаются по байту атрибутов. Один из битов в данном байте может указывать, что это каталог, другой — что это метка тома. Для пользователей доступны четыре бита, позволяющих управлять атрибутами файла — архивный (archive), системный (system), скрытый (hidden) и доступный только для чтения (read-only) (рис. 3).
FAT32
Начиная с Microsoft Windows 95 OEM Service Release 2 (OSR2) в Windows появилась поддержка 32-битной FAT. Для систем на базе Windows NT эта файловая система впервые стала поддерживаться в Microsoft Windows 2000. Если FAT16 может поддерживать тома объемом до 4 Гбайт, то FAT32 способна обслуживать тома объемом до 2 Тбайт. Размер кластера в FAT32 может изменяться от 1 (512 байт) до 64 секторов (32 Кбайт). Для хранения значений кластеров FAT32 требуется 4 байт (32 бит, а не 16, как в FAT16). Это означает, в частности, что некоторые файловые утилиты, рассчитанные на FAT16, не могут работать с FAT32.
Основным отличием FAT32 от FAT16 является то, что изменился размер логического раздела диска. FAT32 поддерживает тома объемом до 127 Гбайт. При этом, если при использовании FAT16 с 2-гигабайтными дисками требовался кластер размером в 32 Кбайт, то в FAT32 кластер размером в 4 Кбайт подходит для дисков объемом от 512 Мбайт до 8 Гбайт (табл. 4).
Это соответственно означает более эффективное использование дискового пространства — чем меньше кластер, тем меньше места требуется для хранения файла и, как следствие, диск реже становится фрагментированным.
При применении FAT32 максимальный размер файла может достигать 4 Гбайт минус 2 байта. Если при использовании FAT16 максимальное число вхождений в корневой каталог ограничивалось 512, то FAT32 позволяет увеличить это число до 65 535.
FAT32 накладывает ограничения на минимальный размер тома — он должен быть не менее 65 527 кластеров. При этом размер кластера не может быть таким, чтобы FAT занимала более 16 Мбайт–64 Кбайт / 4 или 4 млн. кластеров.
При использовании длинных имен файлов данные, необходимые для доступа из FAT16 и FAT32, не перекрываются. При создании файла с длинным именем Windows создает соответствующее имя в формате 8.3 и одно или более вхождений в каталог для хранения длинного имени (по 13 символов из длинного имени файла на каждое вхождение). Каждое последующее вхождение хранит соответствующую часть имени файла в формате Unicode. Такие вхождения имеют атрибуты «идентификатор тома», «только чтение», «системный» и «скрытый» — набор, который игнорируется MS-DOS; в этой операционной системе доступ к файлу осуществляется по его «псевдониму» в формате 8.3.
Файловая система NTFS
В состав Microsoft Windows 2000 входит поддержка новой версии файловой системы NTFS, которая, в частности, обеспечивает работу с сервисами каталогов Active Directory, точки пересчета (reparse points), средства защиты информации, контроль за доступом и ряд других возможностей.
Как и при использовании FAT, основной информационной единицей в NTFS является кластер. В табл. 5 показаны размеры кластеров по умолчанию для томов различной емкости.
Остальные записи MFT содержат записи для каждого файла и каталога, расположенных на данном томе.
Обычно один файл использует одну запись в MFT, но если у файла большой набор атрибутов или он становится слишком фрагментированным, то для хранения информации о нем могут потребоваться дополнительные записи. В этом случае первая запись о файле, называемая базовой записью, хранит местоположение других записей. Данные о файлах и каталогах небольшого размера (до 1500 байт) полностью содержатся в первой записи.
Атрибуты файлов в NTFS
Каждый занятый сектор на NTFS-томе принадлежит тому или иному файлу. Даже метаданные файловой системы являются частью файла. NTFS рассматривает каждый файл (или каталог) как набор файловых атрибутов. Такие элементы, как имя файла, информация о его защите и даже данные в нем, являются атрибутами файла. Каждый атрибут идентифицируется кодом определенного типа и, опционально, именем атрибута.
Если атрибуты файла вмещаются в файловую запись, они называются резидентными атрибутами. Такими атрибутами всегда являются имя файла и дата его создания. В тех случаях, когда информация о файле слишком велика, чтобы вместиться в одну MFT-запись, некоторые атрибуты файла становятся нерезидентными. Резидентные атрибуты хранятся в одном или более кластерах и представляют собой поток альтернативных данных для текущего тома (об этом — чуть ниже). Для описания местонахождения резидентных и нерезидентных атрибутов NTFS создает атрибут Attribute List.
В табл. 7 показаны основные атрибуты файлов, определенные в NTFS. В будущем этот список может быть расширен.
Файловая система CDFS
В Windows 2000 обеспечивается поддержка файловой системы CDFS, отвечающей стандарту ISO’9660, описывающему расположение информации на CD-ROM. Поддерживаются длинные имена файлов в соответствии с ISO’9660 Level 2.
При создании CD-ROM для использования под управлением Windows 2000 следует иметь в виду следующее:
Universal Disk Format
Поддержка файловой системы UDF является одним из новшеств в Windows 2000. Universal Disk Format — это файловая система, отвечающая стандарту ISO’13346 и используемая для обмена данными с накопителями CD-ROM и DVD. В настоящее время поддерживаются только диски версий UDF 1.02 и 1.50.
На этом мы закончим рассмотрение файловых систем, поддерживаемых в Microsoft Windows 2000, и перейдем к обсуждению их достоинств и недостатков, а также приведем рекомендации по их использованию.
Сравнение файловых систем
Под управлением Microsoft Windows 2000 возможно использование файловых систем FAT16, FAT32, NTFS или их комбинаций. Выбор операционной системы зависит от следующих критериев:
Файловые системы FAT
В табл. 8 показаны размеры кластеров для файловых систем FAT16 и FAT32.
Помимо существенных отличий в размере кластера FAT32 также позволяет корневому каталогу расширяться (в FAT16 число вхождений ограничено 512 и может быть даже ниже при использовании длинных имен файлов).
Преимущества FAT16
Среди преимуществ FAT16 можно отметить следующие:
Недостатки FAT16
К основным недостаткам FAT16 относятся:
Преимущества FAT32
Среди преимуществ FAT32 можно отметить следующие:
Недостатки FAT32
Основные недостатки FAT32:
Файловая система NTFS
При работе в Windows 2000 Microsoft рекомендуется отформатировать все разделы жесткого диска под NTFS, за исключением тех конфигураций, когда используется несколько операционных систем (кроме Windows 2000 и Windows NT). Применение NTFS вместо FAT позволяет использовать функции, доступные в NTFS. К ним, в частности, относятся:
— некоторые функции операционной системы требуют наличия NTFS;
— скорость доступа намного выше — NTFS минимизирует число обращений к диску, требуемых для нахождения файла;
— защита файлов и каталогов. Только на томах NTFS возможно задание атрибутов доступа к файлам и папкам;
— при использовании NTFS Windows 2000 поддерживает тома объемом до 2 Тбайт;
— файловая система поддерживает резервную копию загрузочного сектора — она располагается в конце тома;
— NTFS поддерживает систему шифрования Encrypted File System (EFS), обеспечивающую защиту от неавторизованного доступа к содержимому файлов;
— при использовании квот можно ограничить объем дискового пространства, занимаемого пользователями.
Недостатки NTFS
Говоря о недостатках файловой системы NTFS, следует отметить, что:
Файловая система и скорость
Как мы уже выяснили, для томов небольшого объема FAT16 или FAT32 обеспечивает более быстрый доступ к файлам по сравнению с NTFS, так как:
NTFS минимизирует число обращений к диску и время, необходимое для нахождения файла. Кроме того, если размер каталога достаточно мал, чтобы поместиться в одной записи MFT, вся запись считывается за один раз.
Одно вхождение в FAT содержит номер кластера для первого кластера каталога. Для просмотра файла FAT требуется поиск по всей файловой структуре.
Сравнивая скорость операций, выполняемых для каталогов, содержащих короткие и длинные имена файлов, следует учитывать, что скорость операций для FAT зависит от самой операции и размера каталога. Если FAT ищет несуществующий файл, поиск выполняется по всему каталогу — эта операция занимает больше времени, чем поиск по структуре, основанной на B-деревьях, используемой в NTFS. Среднее время, необходимое для поиска файла, в FAT выражается как функция от N/2, в NTFS — как log N, где N — это число файлов.
Ряд следующих факторов влияет на скорость чтения и записи файлов под управлением Windows 2000:
Максимальный размер тома
Максимальный размер тома зависит от используемой файловой системы. Windows 2000 позволяет форматировать тома для трех файловых систем: FAT16, FAT32 и NTFS.
Максимальный размер томов FAT
Как мы уже отмечали, FAT16 поддерживает до 65 535 кластеров на одном томе. Из этого факта вытекают ограничения, показанные в табл. 9.
Под управлением Windows NT и Windows 2000 размер кластера FAT16 для томов размером от 2 до 4 Гбайт равен 64 Кбайт. Этот размер кластера используется для обеспечения совместимости с некоторыми приложениями (например, с программами установки, которые неверно высчитывают объем свободного пространства). Поэтому рекомендуется использовать FAT32 для томов размером от 2 до 4 Гбайт.
FAT32 работает с томами, на которых есть как минимум 65 527 кластеров, а максимальное число кластеров, поддерживаемых этой файловой системой для одного тома, — 4 177 918. Windows 2000 позволяет создавать тома размером до 32 Гбайт.
В табл. 10 показаны основные ограничения FAT32.
Максимальный размер томов NTFS
Одним из таких ограничений является таблица разделов. Индустриальные стандарты ограничивают размер таблицы разделов 2 32 секторами. Другим ограничением является размер сектора, который обычно равен 512 байт. Поскольку размер сектора может измениться в будущем, текущий размер дает ограничение на размер одного тома — 2 Тбайт (2 32 x 512 байт = 2 41 ). Таким образом, 2 Тбайт является практическим пределом для физических и логических томов NTFS.
В табл. 11 показаны основные ограничения NTFS.
Управление доступом к файлам и каталогам
При использовании томов NTFS можно устанавливать права доступа к файлам и каталогам. Эти права доступа указывают, какие пользователи и группы имеют доступ к ним и какой уровень доступа допустим. Такие права доступа распространяются как на пользователей, работающих за компьютером, на котором располагаются файлы, так и на пользователей, обращающихся к файлам через сеть, когда файл располагается в каталоге, открытом для удаленного доступа.
Под NTFS можно также устанавливать разрешения на удаленный доступ, объединяемые с разрешениями на доступ к файлам и каталогам. Помимо этого файловые атрибуты (только чтение, скрытый, системный) также ограничивают доступ к файлу.
Под управлением FAT16 и FAT32 тоже возможно устанавливать атрибуты файлов, но они не обеспечивают права доступа к файлам.
В версии NTFS, используемой в Windows 2000, появился новый тип разрешения на доступ — наследуемые разрешения. Вкладка Security содержит опцию Allow inheritable permissions from parent to propagate to this file object, которая по умолчанию находится в активном состоянии. Данная опция существенно сокращает время, требуемое на изменение прав доступа к файлам и подкаталогам. Например, для изменения прав доступа к дереву, содержащему сотни подкаталогов и файлов, достаточно включить эту опцию — в Windows NT 4 необходимо изменить атрибуты каждого отдельного файла и подкаталога.
На рис. 5 показаны диалоговая панель Properties и вкладка Security (раздел Advanced) — перечислены расширенные права доступа к файлу.
Напомним, что для томов FAT можно управлять доступом только на уровне томов и такой контроль возможен только при удаленном доступе.
Сжатие файлов и каталогов
В Windows 2000 поддерживается сжатие файлов и каталогов, расположенных на NTFS-томах. Сжатые файлы доступны для чтения и записи любыми Windows-приложениями. Для этого нет необходимости в их предварительной распаковке. Используемый алгоритм сжатия схож с тем, который используется в DoubleSpace (MS-DOS 6.0) и DriveSpace (MS-DOS 6.22), но имеет одно существенное отличие — под управлением MS-DOS выполняется сжатие целого первичного раздела или логического устройства, тогда как под NTFS можно упаковывать отдельные файлы и каталоги.
Алгоритм сжатия в NTFS разработан с учетом поддержки кластеров размером до 4 Кбайт. Если величина кластера больше 4 Кбайт, функции сжатия NTFS становятся недоступными.
Самовосстановление NTFS
Файловая система NTFS обладает способностью самовосстановления и может поддерживать свою целостность за счет использования протокола выполняемых действий и ряда других механизмов.
NTFS рассматривает каждую операцию, модифицирующую системные файлы на NTFS-томах, как транзакцию и сохраняет информацию о такой транзакции в протоколе. Начатая транзакция может быть либо полностью завершена (commit), либо откатывается (rollback). В последнем случае NTFS-том возвращается в состояние, предшествующее началу транзакции. Для того чтобы управлять транзакциями, NTFS записывает все операции, входящие в транзакцию, в файл протокола, перед тем как осуществить запись на диск. После того как транзакция завершена, все операции выполняются. Таким образом, под управлением NTFS не может быть незавершенных операций. В случае дисковых сбоев незавершенные операции просто отменяются.
Под управлением NTFS также выполняются операции, позволяющие «на лету» определять дефектные кластеры и отводить новые кластеры для файловых операций. Этот механизм называется cluster remapping.
В данном обзоре мы рассмотрели различные файловые системы, поддерживаемые в Microsoft Windows 2000, обсудили устройство каждой из них, отметили их достоинства и недостатки. Наиболее перспективной является файловая система NTFS, которая обладает большим набором функций, недоступных в других файловых системах. Новая версия NTFS, поддерживаемая Microsoft Windows 2000, обладает еще большей функциональностью и поэтому рекомендуется для использования при установке операционной системы Win 2000.
