• Главная
  •  > 
  • Игры
  •  > 
  • Что такое файловые системы? Что же такое раздел.

Что такое файловые системы? Что же такое раздел.

В ОС Windows поддерживается представление о файле как о не структурированной последовательности байтов.

Прикладная программа имеет возможность считывать эти байты в произвольном порядке. Обычно хранение файла организованно на устройстве прямого доступа в виде набора блоков фиксированного размера. Основная задача подсистемы управления файлами - связать символьное имя файла с блоками диска, которые содержат данные файла.

Именование файлов

Для создания файла и присвоения ему имени в ОС Windows используется Win32-функция CreateFile. Максимальная длина полного имени файла при создании файла равна MAX_PATH со значением 260, но система позволяет использовать имена файлов длиной до 32000 символов в формате Unicode.

В система заложена возможность различать большие и маленькие буквы в названии файла. Прикладные программы, как правило, распознают тип файла по его имени. Например, файлы с расширением.exe - исполняемые. Связь имён с обрабатывающими программами реализована в реестре.

Атрибуты файлов

В ОС Windows считается, что файл - это не просто последовательность байтов, а совокупность атрибутов, и данные файла являются лишь одним из атрибутов - так называемый неименованный поток данных.

Атрибуты хранятся в виде пары: <наименование атрибута, значение атрибута> в записи о файле в главной файловой таблице MFT (Master File Table - "главная файловая таблица").

Перечень атрибутов файла NTFS

  • Стандартная информация - флаговые биты (только чтение, архивный), временные штампы.
  • Имя файла. Имя файла хранится в кодировке Unicode.
  • Описатель защиты (управление доступом к файлу).
  • Данные. Неименованный и именованный потоки данных.
  • Идентификатор объекта - 64 - разрядный идентификатор файла, уникальный для данного тома. Файл может быть открыт не только по имени, но и по этому идентификатору.
  • Информация о томе.
  • Информация об индексированнии, используемая для каталогов.
  • Данные EFS (Encryption File System), используемые для шифрования.

Организация файлов и доступ к ним. Понятие об асинхронном вводе-выводе

Файловая подсистема ОС Windows имеет дело с файлами, байты которых могут быть считаны в любом порядке, поскольку номер блока озадачно определяется текущей позицией внутри файла. Такие файлы называются файлами прямого доступа.

Важным достижением разработчиков ОС Windows является предоставление пользователю возможности осуществлять асинхронные операции ввода-вывода. При этом процесс, инициирующий операцию ввода-вывода, не ждёт её окончания, а продолжает вычисления.

Директории. Логическая структура файлового архива

Файловая система на диске представляет собой иерархическую структуру, которая организована за счёт наличия специальных файлов - каталогов (директорий), имеющих один и тот же внутренний табличный формат (имя файлов, тип файла - обычный или каталог, атрибуты).

В полном имени файла ОС Windows поддерживает обозначения "." - для текущей директории, ".." - для корневого каталога.

Разделы диска. Операция монтирования

В ОС Windows принято разбивать физические диски на логические (это низкоуровневая операция), иногда называемые разделами (partition). Иногда, наоборот, объединяют несколько физических дисков в один логический. Имена логических дисков хранятся в каталоге "\?" пространства имён объектов. Указав букву диска, прикладная программа получает доступ к егэ файловой системе.

Windows позволяет пользователю создать точку монтирования - связать пустой каталог с каталогом логического диска. По успешном завершении операции содержимое этих каталогов будет соответствовать друг другу.

Файловая система NTFS

В ОС Windows файловая система интегрирована в систему ввода-вывода.

Кластеры

Обычно диски разбиты на блоки (секторы) размером - 512 б. Но удобнее оперировать блоками более крупного размера - кластера (cluster). Размер кластера равен размеру сектора, умноженному на кластерный множитель (claster factor), и может быть установлен во время операции форматирования диска. По умолчанию это значение равно 4 Кб.

NTFS поддерживает размеры 512, 1024, 2048, 4096, 8196, 16 КБ, 32 КБ, 64 К. Оптимальным является компромиссный размер блока, лежащий в диапазоне от 1-го до 8 Кб. Сжатие томов NTFS не поддерживается для размеров кластеров более 4096 Б. Система различает кластеры диска (volume claster) и кластеры диска, принадлежащие файлу (logical claster).

Различные операционные системы поддерживают различные файловые системы . Ваш съемный диск должен использовать FAT32 для лучшей совместимости, но если Вы планируете хранить большие файлы – то форматируйте в NTFS. Mac форматирует диски в стандарт HFS+, который не работает с Windows. В Linux тоже есть свои файловые системы.

Почему их так много?

Файловая системы 101

Различные файловые системы – это просто различные способы организации и хранения файлов на жестком диске, флэш-диске или любом другом устройстве хранения. Каждое запоминающее устройство имеет одну или несколько секций, и каждая секция должна быть «отформатирована» в режим определенной файловой системы. Процесс форматирования создает пустую файловую систему такого типа на устройстве.

Файловая система обеспечивает способ разделения данных на диске на отдельные части, которые являются файлами. Он также предоставляет способ хранения данных об этих файлах – например, их имён, разрешений и других атрибутов. Файловая система также предоставляет индекс-список файлов на диске и где они расположены на диске, так что операционная система может видеть, что на диске в одном месте, и ей не придётся «прочесывать» весь диск, чтобы найти файл .

Операционная система должна понимать файловую систему, чтобы она могла отображать её содержимое, открывать файлы и сохранять в них файлы. Если ваша операционная система не понимает файловую систему, Вы можете установить драйвер файловой системы, который обеспечивает поддержку такой файловой системы.

Файловую систему компьютерного диска можно сравнить с системой организации хранения документов – биты данных на компьютере называются «файлами», и они организованы в «файловой системе», как бумажные файлы могут быть организованы в файловые шкафы. Существуют разные способы организации этих файлов и хранения данных – это есть «файловые системы».

Почему так много файловых систем

Не все файловые системы равнозначны. Различные файловые системы имеют различные способы организации своих данных. Некоторые файловые системы работают быстрее, чем другие, некоторые имеют дополнительные функции безопасности , а некоторые поддерживают диски с большими объемами памяти, в то время как другие работают только на дисках с меньшим объемом памяти. Некоторые файловые системы более надежны и устойчивы к повреждению файлов, в то время как другие снижают надежность в угоду скорости.

Не существует лучшей файловой системы , которая подходила бы для всех целей. Каждая компьютерная операционная система имеет тенденцию использовать свою собственную файловую систему, над которой также работают разработчики операционной системы. Microsoft, Apple и разработчики ядра Linux работают над своими файловыми системами. Новые файловые системы могут быть быстрее, стабильнее, лучше масштабироваться для более крупных устройств хранения данных и иметь больше возможностей, чем старые.

Файловая система не похожа на раздел , который является просто куском пространства для хранения. Файловая система определяет, как файлы раскладываются, организовываются, индексируются и как с ними связаны метаданные. Всегда есть возможность настроить и улучшить как это делается.

Переключение файловых систем

Каждый раздел имеет файловую систему. Иногда вы можете «конвертировать» файловую систему раздела, но это редко возможно. Вместо этого, вероятно, Вам придётся сначала скопировать важные данные из раздела.

Операционные системы автоматически форматируют разделы в соответствующую файловую систему в процессе установки . Если у вас есть раздел в формате Windows, на который вы хотите установить Linux, в процессе установки Linux отформатирует раздел NTFS или FAT32 в файловую систему Linux, предпочтительную для вашего дистрибутива Linux.

Таким образом, если у вас есть устройство хранения данных и вы хотите использовать другую файловую систему, просто скопируйте файлы с него, чтобы создать их резервную копию . Затем воспользуйтесь инструментом Управление дисками в Windows, gparted в Linux или дисковой утилитой в Mac OS.

Обзор распространенных файловых систем

Вот краткий обзор некоторых из наиболее распространенных файловых систем, с которыми вы столкнетесь. Он не является исчерпывающим – существует много других файловых систем для специальных задач:

  • FAT32 : является одной из наиболее старых файловых систем Windows, но он всё ещё используется на съемных носителях – небольших по объему. Большие внешние жесткие диски объемом 1 ТБ или более будут, в любом случае, отформатированы с помощью NTFS. FAT32 имеет смысл использовать только с небольшими устройствами хранения или для совместимости с другими устройствами, такими как цифровые камеры, игровые консоли, приставки и другие устройства, которые поддерживают только FAT32, но NTFS.
  • NTFS : современная версия файловой системы Windows – используется начиная с Windows XP. Внешние диски могут быть отформатированы с помощью FAT32 или NTFS.
  • HFS+ : Mac использует HFS+ для своих внутренних разделов, ей же форматирует внешние диски – для использования внешнего жесткого диска с Time Machine требуется, чтобы атрибуты файловой системы можно было добавлять в резервную копию. Маки также могут читать и записывать файлы в файловые системы FAT32, но Вам понадобится стороннее программное обеспечение для записи в файловые системы NTFS с Mac.
  • Ext2 / Ext3 / Ext4 : Вы будете часто видеть файловые системы ext2, ext3 и ext4 в Linux. Ext2 является более старой файловой системой, и она не имеет важных функций, таких как ведение журнала – если питание гаснет или компьютер аварийно завершает работу во время записи на диск ext2, данные могут быть потеряны. Ext3 добавляет эти характеристики робастности за счет некоторой скорости. Ext4 является более современным и быстрым вариантом – это файловая система используется по умолчанию на большинстве дистрибутивов Linux. Windows и Mac не поддерживают эти файловые системы – вам понадобится сторонний инструмент для доступа к файлам в таких файловых системах. Вместе с тем, Linux может читать и записывать как в FAT32, так и в NTFS.
  • Btrfs : это новая файловая система Linux, которая всё ещё находится в разработке. На данный момент он не является стандартным для большинства дистрибутивов Linux, но, вероятно, однажды заменит Ext4. Цель состоит в том, чтобы предоставить дополнительные функции, которые позволяют Linux масштабировать до больших объемов хранения.
  • Swap : в Linux файловая система «swap», на самом деле, не является файловой системой. Раздел, отформатированный как «swap», может быть использован в качестве пространства подкачки операционной системы – как файл подкачки Windows, но требует специальный раздел.

Существуют и другие файловые системы, особенно в Linux и других Unix-подобных системах.

Типичный пользователь компьютера не должен знать большую часть этого материала – но знание основ поможет Вам понять такие вопросы, как: «почему этот диск в формате Mac не работает с моим ПК на Windows?» и «должен ли я отформатировать этот жесткий диск USB как FAT32 или NTFS?».

Файловые системы

Информация на дисках записывается в секторах фиксированной длины, и каждый сектор и расположение каждой физической записи (сектора) на диске однозначно определяется тремя числами: номерами поверхности диска, цилиндра и сектора на дорожке. И контроллер диска работает с диском именно в этих терминах. А пользователь желает использовать не сектора, цилиндры и поверхности, а файлы и каталоги. Поэтому операционная система или другая программа должена при операциях с файлами и каталогами на дисках перевести в понятные контроллеру действия: чтение и запись определенных секторов диска. А для этого необходимо установить правила, по которым выполняется этот перевод, то есть, прежде всего, определить, как должна храниться и организовываться информация на дисках.

Файловая система - это набор соглашений, определяющих организацию данных на носителях информации. Наличие этих соглашений позволяет операционной системе, другим программам и пользователям работать с файлами и каталогами

Файловая система определяет:

1. как хранятся файлы и каталоги на диске;

2. какие сведения хранятся о файлах и каталогах;

3. как можно узнать, какие участки диска свободны, а какие - нет;

4. формат каталогов и другой служебной информации на диске.

Для использования дисков, записанных с помощью некоторой файловой системы, операционная система или специальная программа должна поддерживать эту файловую систему.

Информация хранится в основном на дисках, а применяемые на них файловые системы определяют организацию данных именно на жестких магнитных дисках.

В операционных системах семейства MS Windows используются следующие файловые системы - FAT, FAT 32, NTFS.

Файловая система FAT

FAT является наиболее простой из поддерживаемых Windows NT файловых систем. Основой файловой системы FAT является таблица размещения файлов, которая помещена в самом начале тома. На случай повреждения на диске хранятся две копии этой таблицы. Кроме того, таблица размещения файлов и корневой каталог должны храниться в определенном месте на диске (для правильного определения места расположения файлов загрузки). Диск, отформатированный в файловой системе FAT, делится на кластеры, размер которых зависит от размера тома. Одновременно с созданием файла в каталоге создается запись и устанавливается номер первого кластера, содержащего данные. Такая запись в таблице размещения файлов сигнализирует о том, что это последний кластер файла, или указывает на следующий кластер.

Обновление таблицы размещения файлов имеет большое значение и требует много времени. Если таблица размещения файлов не обновляется регулярно, это может привести к потере данных. Длительность операции объясняется необходимостью перемещения читающих головок к логической нулевой дорожке диска при каждом обновлении таблицы FAT. Каталог FAT не имеет определенной структуры, и файлы записываются в первом обнаруженном свободном месте на диске. Кроме того, файловая система FAT поддерживает только четыре файловых атрибута: «Системный», «Скрытый», «Только чтение» и «Архивный».

На компьютере под управлением Windows NT в любой из поддерживаемых файловых систем нельзя отменить удаление. Программа отмены удаления пытается напрямую обратиться к оборудованию, что невозможно при использовании Windows NT. Однако если файл находился в FAT-разделе, то, запустив компьютер в режиме MS-DOS, удаление файла можно отменить. Файловая система FAT лучше всего подходит для использования на дисках и разделах размером до 200 МБ, потому что она запускается с минимальными накладными расходами.

Как правило, не стоит использовать файловую систему FAT для дисков и разделов, чей размер больше 200 МБ. Это объясняется тем, что по мере увеличения размера тома производительность файловой системы FAT быстро падает. Для файлов, расположенных в разделах FAT, невозможно установить разрешения. Разделы FAT имеют ограничение по размеру: 4 ГБ под Windows NT и 2 ГБ под MS-DOS.

Когда вы форматируете жесткий диск или флешку, вы подготавливаете их для хранения информации операционной системой. Во время форматирования вся информация удаляется и устанавливается чистая файловая система.

Возможно, вы слышали о файловой системе FAT или NTFS, но знаете ли вы, какая из них используется в вашей системе? В этой статье рассказывается о том, как устроена файловая система и каковы различия между разными файловыми системами. Также я покажу вам, как узнать, какие файловые системы используются на ваших дисках.

Что такое файловая система?

Дисковое пространство делится на сектора, размер каждого из которых составляет примерно 512 байт. Сектора группируются в кластеры. Кластеры, называемые также блоками размещения, имеют размеры от 512 байт до 64 килобайт, поскольку обычно состоят из нескольких секторов. Кластеры представляют собой непрерывные блоки дискового пространства.

Операционные системы опираются на файловую систему для организации кластерного хранилища информации. Файловая система представляет собой базу данных, в которой содержится информация о состоянии каждого кластера. По сути, файловая система как бы сообщает операционной системе о том, в каком кластере (или кластерах) хранится файл, а куда можно записать новые данные.

О каких файловых системах следует знать?

В основном, ОС Windows использует файловую систему FAT (File Allocation Table), FAT32 и NTFS (New Technology File System).

Если говорить коротко, в NTFS могут храниться файлы размером более 4 ГБ, а разделы могут быть более 32 ГБ. NTFS лучше управляет свободным пространством, чем файловая система FAT или FAT32, и, следовательно, меньше фрагментирует диск. Также NTFS поддерживает некоторые функции по безопасности, включая шифрование файлов «на лету».

В сравнении с NTFS, файловые системы FAT и FAT32 приспособлены к меньшему пространству, менее интенсивно работают с жестким диском, и, следовательно, быстрее работают с небольшими флеш-накопителями. К тому же, FAT и FAT32 являются кросс платформенными файловыми системами. Самый главный недостаток FAT и FAT32 - ограничение в 32 ГБ на размер раздела, а также ограничение в 2 ГБ и 4 ГБ на размер файла соответственно.

Для хранения информации на флеш-накопителях в основном используется новая файловая система exFAT (Extended File Allocation Table), также известная как FAT64. Как и NTFS она поддерживает файлы размером более 4 ГБ и разделы более 32 ГБ, а также ее система управления файлами избегает фрагментации диска. В то же время она является быстрой, оптимизированной для мобильных носителей и обработки media-файлов.

Какие операционные системы работают с этими файловыми системами?

FAT и FAT32 доступны на чтение/запись практических во всех операционных системах. Ранее форматирование диска под файловую систему NTFS было верным способом добиться его неработоспособности вне ОС Windows. Однако сейчас поддержка чтения/записи NTFS встроена во многие дистрибутивы Linux. Также существует хак, который позволяет работать с этой файловой системой в Mac OS X версии 10.6, хотя, кажется, он работает нестабильно, поэтому рекомендуется использовать MacFuse. С другой стороны exFAT требует установки драйверов и в Windows XP и в Linux и поддерживается последними версиями Windows (Vista SP1, Windows 7, 8) и Mac OS X.

Почему важен размер кластера?

Если вы уже форматировали диск, то должны знать о том, что можно выбрать размер кластера (или размер блока размещения).

В зависимости от размера кластера (от 512 байт до 64 килобайт), файл может храниться в одном или сотнях и тысячах кластеров. Когда размер файла меньше, чем размер кластера, теряется оставшееся пространство. Этот феномен называется «потерянное пространство». Следовательно, хранение множества мелких файлов на диске с большим размером кластера и приведет к большим объемам потерянного пространства. С другой стороны, если мы выберем маленький размер кластера, большие файлы будут дробиться на много мелких кусочков, что может замедлить дисковые операции, так как будет требоваться больше времени на чтение соответствующего файла. Иными словами, подходите разумно к выбору размера кластера.

Как узнать тип файловой системы на диске?

Файловая система указана в свойствах диска. Зайдите в Мой компьютер (Computer), кликните правой кнопкой мыши на нужном диске и далее в контекстном меню выберите Свойства (Properties). Во вкладке Общие (General) в строке Файловая система (File system) вы увидите тип файловой системы.

Чтобы узнать размер кластера у диска с файловой системой NTFS, используйте комбинацию клавиш + [R], откроется окно Запуск программы (Run). Удостоверьтесь в том, что вы зашли в систему как пользователь с административными правами. В окне Запуск программы в текстовом поле напечатайте cmd и нажмите OK. Далее введите команду > fsutil fsinfo ntfsinfo и нажмите Enter.

В Windows XP и Windows 7 вы также можете просматривать и изменять размер кластера, используя приложения сторонних разработчиков, например, .

Какую файловую системы вы предпочитаете использовать на дисках и почему? Сталкивались ли вы с проблемами при использовании файловой системы NTFS, и как решали эти проблемы?

Файловая система – это, с одной стороны, система управления данными , размещенными на внешнем запоминающем устройстве. Для организации хранения данных на внешнем устройстве, доступа к ним при выполнении операций ОС строит специальные таблицы, справочники. Дисковое пространство может быть организовано по-разному. Поэтому, с другой стороны, файловая система – это сами данные и служебная информация , используемая для управления этими данными, размещенными на одном устройстве, организации их ввода и хранения, выполнения операций над ними (одно устройство – одна файловая система). Способ организации хранения данных на внешних устройствах зависит от используемых в ОС файловых систем.

В настоящее время в различных операционных системах Microsoft используются разные типы файловых систем . Каждая из них имеет свои особенности, и, к сожалению, они могут не распознаваться «неродными» ОС.

Старая файловая система FAT16 распознается всеми ОС, начиная с MS-DOS, она поддерживается Windows , Windows NT, OS/2 и Unix, но она очень неэффективна, много места на диске тратится впустую. FAT32 может вызвать проблемы при установке на ПК нескольких ОС. В приведенной ниже таблице показаны возможности ОС для поддержки различных файловых систем.

Файловая система FAT разработана для небольших дисков и простых структур каталогов. Основа ее организации – таблица FAT (File Allocation Table – таблица размещения файлов). Эта система эффективна только на логических дисках, размер которых не превышает 256 Мб. Место на диске при размещении данных с использованием FAT может выделяться только целыми кластерами , поэтому дисковое пространство может расходоваться впустую, если размещаемый файл не заполняет последний выделенный ему кластер целиком (например, если размер кластера равен 32 Кб, то при размещении на диске файла размером в 10 Кб не будет использоваться 22 Кб выделенной этому файлу дисковой памяти).

При сбоях (например, при внезапном отключении питания) информация о размещении цепочки кластеров, занятых файлом, может быть утеряна. Информация, находящаяся в таблице FAT, может быть испорчена. Это может привести к появлению на диске «мусора» – недоступных для использования кластеров.

Для восстановления файловой системы в состав ОС включаются специальные утилиты, которые сканируют (проверяют) диск и ищут на нем физические повреждения и ошибки в файловой системе.

Общее ограничение размера диска при использовании FAT– 2 Гб. При использовании FAT ограничен размер корневого каталога (512 файлов или папок, а при использовании длинных имен – еще меньше).

Таблица FAT хранится в начале диска. Для повышения надежности работы создается ее копия.



Файловая система FAT32 обеспечивает преимущества по сравнению с реализацией FAT: поддерживаются диски размером до 2 Тб; более эффективно используется дисковое пространство (используются кластеры размером в 4, 8, 16 и 32 Кб); снимается ограничение на размер корневого каталога (он хранится, как и все остальные папки и файлы, в виде цепочки кластеров); обеспечивается большая надежность и более быстрая загрузка программ.

Основной целью при реализации файловой системы NTFS (NT File System) было обеспечение сочетания высокой производительности, надежности и эффективности. В этой системе реализовано скоростное выполнение стандартных операций над файлами (поиск, чтение, запись). NTFS поддерживает контроль доступа к данным и привилегии владельцев. В этой системе можно назначить права (полномочия) на доступ к устройствам, папкам и отдельным файлам.

Файловая система NTFS обладает следующими дополнительными возможностями: ведение журнала дисковой активности (журнала транзакций) позволяет быстро выполнять восстановление дисков после сбоев (каждая операция ввода-вывода, изменяющая файл, рассматривается как транзакция, т.е. неделимая операция, которая полностью должна быть завершена, а в случае сбоя система выполняет откат на ее начало); гибкие опции форматирования обеспечивают более эффективное использование дискового пространства; опции сжатия позволяют выполнять сжатие отдельных файлов и каталогов (при размерах кластера до 4 Кб); тома могут расширяться и использовать дисковое пространство, не выделенное другим разделам; чередующиеся тома дают возможность ускорить доступ к данным; зеркальные тома и тома RAID-5 обеспечивают отказоустойчивое хранение данных.

Файловая система NTFS 5 предоставляет новые возможности: Windows поддерживает распределенную файловую систему (DFS – Distributed File System), позволяющую объединить в единый логический том все сетевые ресурсы, и файловую систему с шифрованием (EFS – Encrypting File System), являющуюся надстройкой над NTFS, которая дополняет ее возможностями шифрования данных.