Файловые системы fat32 ntfs. Архитектура файловой системы FAT. Сравнение файловых систем

vfat - реализация файловых систем MS-DOS FAT/FAT32 в Linux. man mount(8)

Типичный набор опций монтирования vfat для UTF-8 локали (пропускаем опции значение по-умолчанию которых нас устаривает):

uid=user_name,gid=group_name,fmask=0113,dmask=0002,codepage=866,utf8,shortname=winnt,quiet

Для не-UTF8 локали, а это скорей всего KOI8-R локаль (не забывая теперь обязательное для RHEL/CentOS "utf8=no"):

uid=user_name,gid=group_name,fmask=0113,dmask=0002,codepage=866,iocharset=koi8-r,utf8=no,shortname=winnt,quiet

или учитывая что "uni_xlate" отключает "utf8", тем боле что уж лучше видеть закодированные имена файлов/директорий с которыми можно как-то обращаться чем неразличимые строчки из "?":

uid=user_name,gid=group_name,fmask=0113,dmask=0002,codepage=866,iocharset=koi8-r,uni_xlate,shortname=winnt,quiet

user_name и group_name - имена пользователя и группы которым предоставляется доступ на чтение/запись в монтируемый раздел FAT/FAT32 в соответствии с установленными fmask и dmask

Общие опции монтирования варьируются в зависимости от того, монтируем через командную строку или через запись в /etc/fstab, или в зависимости от необходимости автомонтирования при загрузке, режима rw/ro, или предоставления возможности монтирования/размонтирования раздела пользователями. Обычно используются: rw,async
В целях безопасности для FAT/FAT32 разделов можно явно указать: nodev,nosuid,noexec
Для ускорения можно использовать: noatime,nodiratime

Опции монтирования перечислены в man mount(8) в разделах "Mount options for fat" и "Mount options for vfat".
Mount options for fat
=====================

blocksize=512 / blocksize=1024 / blocksize=2048
Set blocksize (default 512).
Размер блока ввода/вывода.

uid=value and gid=value
Set the owner and group of all files. (Default: the uid and gid of the current process.)

Поскольку в FAT/FAT32 нет поддержки прав владения и доступа к файлам и директориям, то весь
раздел по-умолчанию монтируется с идентификаторами uid и gid владельца процесса
осуществляющего монтирование. Можно указать нужного пользователя и группу от имени которого
будет монтироваться раздел FAT/FAT32. Это могут быть как числовые значения идентификаторов
так и имена пользователя/группы, по крайней мере из командной строки проходит простое
задание имени пользователя/группы.

umask=value
Set the umask (the bitmask of the permissions that are not present). The default is the umask
of the current process. The value is given in octal.

dmask=value
Set the umask applied to directories only. The default is the umask of the current process.
The value is given in octal.

fmask=value
Set the umask applied to regular files only. The default is the umask of the current process.
The value is given in octal.

umask, dmask, fmask - маски прав доступа для файлов/директорий (umask) либо отдельно для
директорий (dmask) и отдельно для файлов (fmask). Фактически через них устанавливаются права
владельца (u), группы (g) и прочих пользователей (o) для всех файлов и дерикторий на монтируемом
разделе vfat. Задаётся в виде восьмиричного числа. (Кстати запись восьмеричного значения
не обязательно должна начинаеться с нуля.)

check=value
Three different levels of pickyness can be chosen:
r
Upper and lower case are accepted and equivalent, long name parts are truncated
(e.g. verylongname.foobar becomes verylong.foo), leading and embedded spaces are
accepted in each name part (name and extension).
n
Like "relaxed", but many special characters (*, ?, This is the default.
s
Like "normal", but names may not contain long parts and special characters that
are sometimes used on Linux, but are not accepted by MS-DOS are rejected.
(+, =, spaces, etc.)

Управляет проверкой создаваемых имён файлов/директорий на разделе vfat, чтоб они соответсвовали
принятым в FAT/FAT32 правилам и ограничениям. По-умолчанию "n".

codepage=value
Sets the codepage for converting to shortname characters on FAT and VFAT filesystems.
By default, codepage 437 is used.

Параметр монтирования который лучше указать. Задаёт досовскую кодовую страницу в которой
сохраняются создаваемые короткие (в формате 8.3) досовские имена файлов и директорий.
Тем кто ещё работал в досе и настраивал её эту цифру не забыть - для нормального
чтения/сохранения русских имён - codepage=866

conv=b / conv=t / conv=a
The fat file system can perform CRLFNL (MS-DOS text format to UNIX text format) conversion
in the kernel. The following conversion modes are available:
binary - No translation is performed. This is the default.
text - CRLFNL translation is performed on all files.
auto - CRLFNL translation is performed on all files that don’t have a "well-known
binary" extension. The list of known extensions can be found at the beginning
of fs/fat/misc.c (as of 2.0, the list is:
exe, com, bin, app, sys, drv, ovl, ovr, obj, lib, dll, pif, arc, zip, lha, lzh,
zoo, tar, z, arj, tz, taz, tzp, tpz, gz, tgz, deb, gif, bmp, tif, gl, jpg, pcx,
tfm, vf, gf, pk, pxl, dvi).
Programs that do computed lseeks won’t like in-kernel text conversion.
Several people have had their data ruined by this translation. Beware!
For file systems mounted in binary mode, a conversion tool (fromdos/todos) is available.

Попытки облегчить перенос текстовых файлов из UNIX-like системы в MS-DOS путём автоматичексой
замены CRLFNL на лету. Лучше пользоваться если нужно для конкретных файлов командными
утилитами конвертации dos2unix и unix2dos из одноимённых пакетов, или же универсальной iconv
идущей в составе пакета glibc-common.

cvf_format=module
Forces the driver to use the CVF (Compressed Volume File) module cvf_module instead of
auto-detection. If the kernel supports kmod, the cvf_format=xxx option also controls

cvf_option=option
Option passed to the CVF module.

cvf_format, cvf_option - параметры указывающие на конкретный модуль CVF и его опций
для загрузки ядром. Что это такое не хочется разбираться.

debug
Turn on the debug flag. A version string and a list of file system parameters will be printed
(these data are also printed if the parameters appear to be inconsistent).

Судя по описанию включает вывод строки с версией и параметрами файловой системы при
монтировании раздела FAT/FAT32.

fat=12 / fat=16 / fat=32
Specify a 12, 16 or 32 bit fat. This overrides the automatic FAT type detection routine.
Use with caution!

Вместо автоопределения типа FAT можно указать конкретную её версию.

iocharset=value
Character set to use for converting between 8 bit characters and 16 bit Unicode characters.
The default is iso8859-1.
Long filenames are stored on disk in Unicode format.

Вот этот параметр следует указать, если используется не-UTF8 пользовательская/системная локаль.
Как написано длинные имена файлов и директорий сохраняются в разделе VFAT в формате Юникод.
Для того чтобы при передаче в настроенные на не-UTF8 локаль пользовательске приложения,
символы из Юникод конвертировались в подходящий для этой локали восьмибитный код, необходимо
задать нужную табицу преобразования iocharset.
По-умолчанию, если не указывать, iocharset=ascii, т.е. подразумевается что длинные имена
файлов/каталогов состоят из символов из набора ASCII, для которых производится тривиальное
(один-в-один) преобразование кодов UnicodeASCII.
Для KOI8-R локали следует указать таблицу преобразования символов в коды KOI8-R из символов
Юникод - iocharset=koi8-r (посмотреть можно в /usr/share/i18n/charmaps/KOI8-R.gz).
Задание iocharset имеет смысл только если в системе (или для конкретного пользователя,
для которого монтируется раздел) используется не-UTF8 локаль.
Для UTF-8 локали опцию iosharset пропускаем и монтировать раздел необходимо со специально
предназанченной для этого случая самостоятельной опцией "utf8" (см. описание далее).

quiet
Turn on the quiet flag. Attempts to chown or chmod files do not return errors, although they fail.
Use with caution!

Подавляет сообщения об ошибке при попытке выполнить "chown" или "chmod" для файлов на разделе
FAT/FAT32. Вообще, хоть и предупреждают пользоваться этой опцией с осторожностью, но она делает
повседневную работу с разделами vfat более удобной, прозрачно пропуская запросы приложений
на выполнение неподдерживаемых FAT/FAT32 функций, которые время от времени постоянно возникают.
Например, при создании резервной копии редактируемого файла в gedit или при использованиий rsync
с обычной опцией "-a". Просто нужно помнить что раздел с которым работаешь - FAT/FAT32 и
учитывать, что помещённые на него файлы всегда приобретают владельца и режим доступа указанный
при монтировании. В отсутствие этой опции помнить об этом также приходится, потому что постоянно
получаешь ошибки выполнения операции бэкапа (нужно например специально прописывать опции rsync)
или предупреждения при перемещении файлов из-за невозможности сменить их владельца и время.
Осмотрительность надо проявлять при обратных операциях - получения файлов с разделов vfat
с установкой владельца.

sys_immutable, showexec, dots, nodots, dotsOK=
Various misguided attempts to force Unix or DOS conventions onto a FAT file system.

Различные с переменным успехом попытки привести в соответсвие Unix- и DOS- соглашения для
файловой системы FAT. Пример и описание использования параметра "showexec" можно посмотреть в этой одной из редких не содержащих ошибочных сведений статье: http://citkit.ru/articles/147/

Mount options for vfat
======================

uni_xlate
Translate unhandled Unicode characters to special escaped sequences. This lets you backup
and restore filenames that are created with any Unicode characters. Without this option,
a ’?’ is used when no translation is possible. The escape character is ’:’ because it is
otherwise illegal on the vfat filesystem. The escape sequence that gets used, where u is
the unicode character, is: ’:’, (u & 0x3f), ((u>>6) & 0x3f), (u>>12).

Это тоже полезная опция при работе в не-UTF8 локали. В длинных именах файлов/директорий
могут встречаться любые символы Юникод, в том числе и не попадающие в тот набор из 256
символов, который указан в таблице конвертации в параметре iocharset=. Такие символы
отображаются как ’?’, или если указана данная опция они представляются специальными
escape-последовательностями. Символ экранирования - двоеточие ’:’, потому что он запрещён
в досовских именах и точно никогда в них не встречается. Потенциально при этой включённой
опции можно управляться с файлами имена которых содержат любые из символов Юникод.
Имена выглядят забавно: например файл с именем "тест" будет показываться
как ":0442:0435:0441:0442". Фаил с таким именем можно создать, скопировать,
записать, переименовать например в ":0442:0435:0441:0441", и это будет досовское имя "тесс".
Но вот например синхронизация директорий с такими escape-последовательностями в имени
с помощью rsync не будет работать, очевидно потому что rsync ничего не знает о подобных
преобразованиях имён.

posix
Allow two files with names that only differ in case.

Разрешает создание двух файлов с именами различающимися только регистром.

nonumtail
First try to make a short name without sequence number, before trying name~num.ext.

При создании короткого досовского имени пытается сначала создать его без обычных тильды
с номером в конце имени.

utf8
UTF8 is the filesystem safe 8-bit encoding of Unicode that is used by the console.
It can be be enabled for the filesystem with this option.
If ‘uni_xlate’ gets set, UTF8 gets disabled.

Включает UTF-8 кодирование символов Юникод при передачи их в пользовательские приложения
работающие в UTF-8 локали. Очевидно что это то, что нужно в обычных условиях.
Если установлена опция "uni_xlate", то опция "utf8" отключается.

Теоретически в UTF-8 локали можно не использовать опцию "utf8", а задать iocharset=utf8.
В исходниках fs/fat/inode.c встречаем такое предупреждение:
1105 /* UTF-8 doesn"t provide FAT semantics */
1106 if (!strcmp(opts->iocharset, "utf8")) {
1107 printk(KERN_ERR "FAT: utf8 is not a recommended IO charset"
1108 " for FAT filesystems, filesystem will be case sensitive!\n");
1109 }
shortname=
Defines the behaviour for creation and display of filenames which fit into 8.3 characters.
If a long name for a file exists, it will always be preferred display. There are four modes:
lower - Force the short name to lower case upon display;
win95 - Force the short name to upper case upon display;
store a long name when the short name is not all upper case.
winnt - Display the shortname as is;
store a long name when the short name is not all lower case or all upper case.
mixed - Display the short name as is;
store a long name when the short name is not all upper case.
The default is "lower".

Определяет то, как создаются и отображаются имена файлов и директорий которые сами по себе
имеют формат 8.3. Если для файла существует длинное имя, то будет выводиться оно,
т.к. всегда имеет приоритет. Имеется четыре режима, как описано. По-умолчанию - "lower".
Думается что более естественно использовать "winnt".

После монтирования раздела проверить опции с которыми он смонтировался можно по "cat /proc/mounts".

В RedHat/CentOS замечена одна особенность: vfat раздел всегда монтируется с включённой опцией "utf8", даже если она не указана в командной строке. Это происходит также в не-UTF8 локали, что приводит к тому что имена файлов состоящие из не-ascii символов отображаются неверно (как обычно это выглядит когда юникод строку пытаются вывести с помощью какой-либо кодовой таблицы из 256 восьмибитовых символов). Это является результатом патча бага Анаконды https://bugzilla.redhat.com/show_bug.cgi?id=181963 , когда вместо исправления ошибки в настройках инсталляторя просто пропатчили ядро на предмет чтобы по умолчанию vfat разделы монтировались с включённой опцией "utf8", т.к. типа всё равно все уже давно работают только в UTF-8 локали. Но при этом забыли упомянуть в man-странице как отключать эту опцию https://bugzilla.redhat.com/show_bug.cgi?id=515149

В том же fs/fat/inode.c можно посмотреть недокументированные параметры, которые можно задать для управления опциями, в том числе для отключения "utf8":
905 static match_table_t vfat_tokens = {
906 {Opt_charset, "iocharset=%s"},
907 {Opt_shortname_lower, "shortname=lower"},
908 {Opt_shortname_win95, "shortname=win95"},
909 {Opt_shortname_winnt, "shortname=winnt"},
910 {Opt_shortname_mixed, "shortname=mixed"},
911 {Opt_utf8_no, "utf8=0"}, /* 0 or no or false */
912 {Opt_utf8_no, "utf8=no"},
913 {Opt_utf8_no, "utf8=false"},
914 {Opt_utf8_yes, "utf8=1"}, /* empty or 1 or yes or true */
915 {Opt_utf8_yes, "utf8=yes"},
916 {Opt_utf8_yes, "utf8=true"},
917 {Opt_utf8_yes, "utf8"},
918 {Opt_uni_xl_no, "uni_xlate=0"}, /* 0 or no or false */
919 {Opt_uni_xl_no, "uni_xlate=no"},
920 {Opt_uni_xl_no, "uni_xlate=false"},
921 {Opt_uni_xl_yes, "uni_xlate=1"}, /* empty or 1 or yes or true */
922 {Opt_uni_xl_yes, "uni_xlate=yes"},
923 {Opt_uni_xl_yes, "uni_xlate=true"},
924 {Opt_uni_xl_yes, "uni_xlate"},
925 {Opt_nonumtail_no, "nonumtail=0"}, /* 0 or no or false */
926 {Opt_nonumtail_no, "nonumtail=no"},
927 {Opt_nonumtail_no, "nonumtail=false"},
928 {Opt_nonumtail_yes, "nonumtail=1"}, /* empty or 1 or yes or true */
929 {Opt_nonumtail_yes, "nonumtail=yes"},
930 {Opt_nonumtail_yes, "nonumtail=true"},
931 {Opt_nonumtail_yes, "nonumtail"},
932 {Opt_err, NULL}
933 };

С разными видами файловых систем мы сталкиваемся преимущественно при форматировании накопителей — сегодня почти исключительно жестких дисков и USB-флешек. Как правило, для первых почти автоматически выбирают NTFS, для вторых — FAT32 или exFAT. Иногда в свойствах подключенного диска файловая система обозначается как FAT. На самом деле такой файловой системы не существует, а FAT — это название общего типа, в который входят FAT8, FAT12, FAT16 и FAT32. На сегодняшний день первые ушли далеко в прошлое, и FAT в свойствах диска обозначает файловую систему FAT16.

Определение

FAT (в контексте FAT16) — 16-битная архитектура файловой системы, применяющаяся для жестких дисков и других накопителей малого объема.

FAT32 — 32-битная архитектура файловой системы, применяющаяся для накопителей и жестких дисков объема от 512 МБ до 2 ТБ, использующаяся в операционных системах Windows 98, Windows 95 OSR2 и Windows 2000.

Сравнение

Файловая система FAT потеряла актуальность с увеличением объемов накопителей. Сегодня ее применяют разве что в дискетах формата 3,5 дюйма. В FAT32 форматируются флеш-накопители, карты памяти и жесткие диски для старых операционных систем. FAT поддерживается и распознается всеми популярными ОС, FAT32 — только ОС семейства Windows до 2000 версии и последние версии DOS.

В FAT32 не поддерживаются логические диски (не путать с физическими накопителями), объем которых меньше 512 МБ, FAT неэффективна с логическими дисками объемом свыше 256 МБ. Соответственно, максимальный объем тома для FAT32 составляет 2 ТБ, для FAT — 2 ГБ. FAT32 эффективнее использует дисковое пространство за счет меньшего размера кластеров.

Файловая система FAT32 не поддерживает сжатие диска, тогда как в FAT сжать диск можно с помощью специальных утилит. Зато в FAT ограничено количество папок и файлов в корневом каталоге до 512 записей. Файловая система FAT32 считается более надежной и устойчивой за счет возможности перемещения корневого каталога и использования резервной копии файловой таблицы. Загрузочный сектор FAT32 больше, чем в FAT, и хранит бэкапы структуры данных.

Выводы сайт

1. Файловая система FAT предназначена для накопителей малого объема (до 2 ГБ), FAT32 — до 2 ТБ.
2. В FAT32 размер кластера меньше.
3. FAT поддерживается всеми операционными системами, FAT32 — только Windows от 95 до 2000 версий и последними версиями DOS.
4. В FAT32 не поддерживаются логические диски объемом менее 512 МБ.
5. FAT32 эффективнее использует дисковое пространство.
6. FAT32 не поддерживает сжатие диска.
7. В FAT ограничено количество записей в корневом каталоге до 512.
8. FAT32 более устойчивая и надежная.

NTFS, FAT или exFAT это совершенно разные файловые системы, которые могут использоваться для хранения данных на различных носителях. Обе созданы в компании Microsoft и в основном используются для Windows, но поддержка в ядре Linux для них тоже есть.

Чаще всего NTFS используется для установки операционной системы Windows или разделов Windows для файлов, в то время как FAT часто применяется на флешках или других внешних накопителях. Также FAT может часто использоваться в качестве основной файловой системы для Android. В этой статье мы рассмотрим различия FAT и NTFS, подробно разберем чем они отличаются и зачем нужны.

Файловая система устанавливает основные правила того как будут организованны данные при записи на носитель, независимо от того, что это - жесткий диск или флеш накопитель. Файловая система описывает каким образом будут организованы папки.

Определенная часть данных под названием файл размещается в нужной области накопителя. Файловая система выполняет все необходимые вычисления, а также определяет минимальный неделимый размер блока данных, максимальный размер файла, следит за фрагментацией. Существует множество различных типов файловых систем, это, например, файловые системы для установки ОС, для внешних носителей, для оптических дисков, распределенные файловые системы. Но в этой статье мы только выполним сравнение fat и ntfs.

Что такое файловая система FAT?

Файловые системы fat32 и ntfs очень сильно отличаются. FAT расшифровывается как File Allocation Table. Это очень давняя файловая система в истории вычислительных систем. Ее история началась в 1977 году. Тогда была разработана 8 битная файловая система, которая использовалась в NCR 7200 на основе Intel 8080. Это был терминал ввода, который работал с гибкими дисками. Файловая система была написана сотрудником Microsoft, Марком Макдональдом после обсуждения ее концепции с Билом Гейтсом.

Затем файловая система FAT начала использоваться в операционной системе MDOS для платформы Z80. Спустя несколько лет были выпущены новые версии, такие как FAT12, FAT16 и FAT32.

FAT32 увеличила максимальный размер тома до 16 Тб, по сравнению с FAT16. Также был увеличен размер файла до 4 Гб. File Allocation Table 32 бит вышла в августе 1995 года для Windows 95. Но эта файловая система все еще не может использоваться для установки тяжелых приложений или хранения больших файлов. Поэтому Microsoft разработала новую файловую систему - NTFS, которая лишена таких недостатков.

FAT32 - это отличная файловая система для внешних носителей, если вам нужно передавать файлы размером не более чем 4 Гб. Она поддерживается множеством различных устройств, таких как фотоаппараты, камеры, музыкальные плееры. Все версии Windows и дистрибутивы Linux полностью поддерживают FAT32. Даже Apple MacOS ее поддерживает.

Что такое файловая система NTFS?

Для своих новых систем Microsoft разработала новую файловую систему - New Technology File System или NTFS. Она появилась в 1993 году, в Windows NT 3.1. NTFS сняла многие ограничения на размеры файлов и диска. Ее разработка началась еще в далеком 1980 году, в результате объединения Microsoft и IBM для создания новой файловой системы с улучшенной производительностью.

Но сотрудничество компаний продлилось недолго, и IBM выпустила HPFS, которая использовалась в OS/2, а в Microsoft создали NTFS 1.0. Максимальный размер одного файла в NTFS может достигать 16 экзабайт, а это значит, что в ней поместятся даже самые большие файлы.

NTFS 3.1 была выпущена для Windows XP и получила множество интересных улучшений, таких как поддержку уменьшения размера разделов, автоматическое восстановление и символические ссылки, а максимальный размер диска с файловой системой увеличен до 256 ТБ. Это несмотря на максимальный размер файла в 16 Эб.

Из других интересных функций, которые были добавлены позже можно отметить отложенную запись на диск, поддержка дефрагментации, настройка дисковых квот, отслеживание ссылок и шифрование на уровне файлов. При всем этом, NTFS сохраняет совместимость с прежними версиями.

Сейчас это журналируемая файловая система, все действия с файлами заносятся в специальный журнал, с помощью которого файловая система может быть очень быстро восстановлена при повреждениях. NTFS поддерживается в Windows XP и более поздних версиях. Если сравнивать fat или ntfs, то последняя в Linux поддерживается не полностью, возможна запись и восстановление при повреждениях, а в MacOS поддерживается только чтение.

Что такое файловая система exFAT?

Файловая система exFAT - это еще один проект Microsoft по улучшению старой файловой системы. Ее можно исполосовать там, где не подходит FAT32. Она намного легче за NTFS, но поддерживает файлы размером более 4 Гб, и тоже часто применяется на флешках и накопителях. При ее разработке Microsoft использовала свою технологию поиска имен файлов по хэшу, что очень сильно улучшает производительность.

Большинство стран признают патентное право США, поэтому любая реализация exFAT невозможна в любых системах с закрытым или открытым исходным кодом. Но Microsoft хочет чтобы эта файловая система свободно распространялась и использовалась. Поэтому была разработана версия exFAT на основе FUSE под названием fuse-exfat. Она дает полный доступ на чтение и запись. Также была создана реализация на уровне ядра Linux в Samsung, которая сейчас тоже есть в открытом доступе.

Эта файловая система тоже имеет максимальное ограничение на размер файла 16 ЭБ, но она намного легче и не имеет никаких дополнительных возможностей. Если говорить про совместимость, то она полностью поддерживается в Windows, MacOS, Android и Linux.

Различия FAT и Ntfs

А теперь рассмотрим основные различия FAT и NTFS в виде краткого резюме по каждой из файловых систем:

FAT32

• Совместимость: Windows, Mac, Linux, игровые консоли, практически все устройства, имеющие USB порт;
• Плюсы: кроссплатформенность, легкость;
• Минусы: максимальный размер файла 4 ГБ и раздела 16 ГБ, не журналируемая;
• Использование: внешние носители.

NTFS

• Совместимость: Windows, Linux, Xbox One, и только чтение в Mac;
• Плюсы: журналируемая, большие лимиты на размер раздела и файла, шифрование, автоматическое восстановление;
• Минусы: ограниченная кроссплатформенность;
• Использование: для установки Windows.

exFAT

• Совместимость: Windows XP и выше, MacOS X 10.6.5, Linux (fuse), Android;
• Плюсы: большой лимит на размер раздела и файла, легкая по сравнению с NTFS;
• Минусы: Microsoft ограничивает ее использование лицензионным соглашением;
• Использование: для внешних носителей и внешних жестких дисков.

Выводы

В этой статье мы выполнили сравнение fat и ntfs. Это очень разные файловые системы. Но понять какая файловая система лучше fat или ntfs сложно, с одной стороны NTFS имеет намного больше возможностей, но зато FAT более легкая и поддерживается везде, где это возможно. Для разделов данных в Linux, которые должны быть доступны в Windows лучше использовать FAT, а не NTFS, поскольку она поддерживается лучше. А по-вашему что лучше fat или ntfs для Linux?

Каждый, кто когда-либо инсталлировал операционную систему, сталкивался с тем, что на этапе форматирования установочного раздела жесткого диска программа предлагает выбрать тип файловой системы FAT или NTFS.

А тем, кому довелось выполнять форматирование флешки или другого внешнего накопительного устройства нужно было определиться между тремя файловыми системами FAT32, NTFS и exFAT. Чаще всего пользователи выбирают форматирование, предложенное по умолчанию, так как не знают, какова их разница.

Данная статья адресована тем, кто желает восполнить этот пробел в своих знаниях.

Файловая структура FAT: принципы и назначение

Файловая структура или File system была разработана в 70-х годах прошлого столетия компанией Microsoft и представляла собой определенный порядок организации пространства для хранения и доступа к данным на компьютерах и других цифровых устройствах.

Назначением функционала является обеспечение пользователю удобного управления информацией, хранящейся на диске или внешнем гаджете. В файловую систему входят файлы, папки и каталоги, а также комплекс системных инструментов, реализующих взаимодействие с ними для выполнения функций чтения-записи, создания-удаления, копирования, именования и т.п. Кроме того, данная структура организует совместный доступ к информации между пользователями и обеспечивает защиту от несанкционированных действий путем шифрования, работы в режиме «только чтение» и прочее.

Структурно вся область дискового пространства поделена на кластеры, как лист бумаги в клетку. Каждая клетка – это блок, размер которого задается при форматировании и должен быть кратным 2. Минимальный размер может быть 512 байт (у флешки), для жесткого диска он составляет 32 Кб. Один файл может занимать несколько таких кластеров. Образно можно представить дисковое пространство в виде тетради, где кластер – это буква, файл – слово, а файловая структура – оглавление тетради.

При обращении к файлу, операционная система должна найти его в нескольких кластерах, расположенных в разных местах на диске, так образуется цепочка кластеров. Каждый кластер имеет свою метку, которая определяет его как один из трех видов:

1. Свободный, готовый к записи данных.
2. Занятый, который хранит часть информации и имеющий в метке данные о следующем кластере в цепочке, при этом последний помечается особой меткой.
3. BAD-блок – кластер с ошибками, который стане недоступен после форматирования.

Размер метки определяется видом файловой структуры: для FAT32 он равен 32 байтам.

Вся файловая система состоит из следующих частей:

• загрузочного сектора, который располагается в начале диска, активируется после загрузки ОС и хранит параметры раздела;
• таблицы размещения файлов («оглавления»), хранящей метки кластеров;
• копии таблицы размещения файлов, чтобы восстановить данные при повреждении файловой структуры;
• корневого каталога;
• области данных;
• цилиндра для выполнения операций чтения/записи.

Всего существует три типа файловой системы FAT: FAT12, FAT16 и FAT32. На смену FAT пришла NTFS, а exFAT является расширенной версией FAT32 и используется в основном для флеш-накопителей.

Достоинства и недостатки файловых структур FAT32, NTFS и exFAT

Для того чтобы определиться с выбором наиболее оптимальной файловой системы при форматировании, рассмотрим описания всех трех вариантов, останавливаясь на достоинствах и недостатках каждой.

FAT32

Среди трех рассматриваемых файловых структур FAT32 является самой старшей. Она пришла на смену FAT16 и до недавнего времени была наиболее прогрессивной. Выход FAT32 приурочили к выпуску операционной системы Windows 95 OSR2 в 1996 году. Главные отличительные особенности: 32-разрядная адресация кластеров и ограничения в размерах: файла не более 4 Гб и тома в 128 Гб.

Достоинства

Несмотря на некоторую моральную отсталость, FAT32 обладает рядом преимуществ перед другими файловыми системами. Ее главная привлекательность - совместимость и универсальность. FAT32 работает со всеми версиями операционных систем, включая Windows (сравнение всех версий), Linux и MacOS, подходит к любыми игровым консолям и прочим гаджетам с USB портом. Сегодня она используется во всех внешних накопителях (флешках, CD-картах) по умолчанию, так как многие старые устройства: ПК, ноутбуки, приставки с USB-входом могут работать только с FAT32.

Другими важными достоинствами файловой системы являются: высокоскоростная производительность, нетребовательность к объему оперативной памяти, продуктивная работа с файлами среднего и небольшого размера, а также небольшая изнашиваемость диска из-за меньших движений головки. Впрочем, она также подвержена фрагментации, и периодическая дефрагментация не помешает однозначно.

Недостатки

Главным минусом данной файловой системы являются ограничения в размере. Для кластеров он не может быть более 64 Кб, иначе некоторые приложения могут неправильно рассчитывать дисковое пространство.

Размер файла не должен превышать 4 ГБ, таким образом, максимальный размер диска при размере кластера для таблицы размещения файлов в 32 КБ будет около 8 ТБ.

При форматировании диска средством ScanDisk, являющимся 16-разрядной программой, с учетом самих таблиц FAT и при максимальном размере кластера в 32 КБ размер тома ограничивается 128-ю гигабайтами.

С учетом того, что не многие компьютерные устройства оснащены винчестером объемом более 8 Тб, этот недостаток не будет ощутимым для большинства пользователей. Однако тот момент, что FAT32 работает с файлами размером до 4 Гб, является существенным минусом, так как большинство качественных видеофайлов современного формата 4К сегодня имеют размер свыше этих 4 Гб, а значит, не совместимы с данной файловой системой.

Кроме ограничений в размерах, FAT32 имеет другие недостатки. Она не поддерживает длинные имена файлов, что не очень удобно пользователям, которые желают идентифицировать файлы по логическому принципу, исходя из его содержимого. Есть претензии к системе безопасности (не помешает дополнительный антивирусный сканер) и защищенности файлов при сбоях (особенности жестких дисков), а также низкая скорость при работе с каталогами, содержащими множество файлов.

Таким образом, FAT32 больше годится для переносных не слишком емких устройств и старых компьютеров. Последние версии Windows уже невозможно установить на диск, отформатированный с системой FAT32, необходимо переформатирование в NTFS.

Главное применение файловой системы FAT32 сегодня – это переносные флешки и SD-карты (особенности), которые содержат не много файлов и совместимы с разнообразными цифровыми устройствами.

NTFS

Данная файловая система была разработана компанией Microsoft в 1993 году и представлена вместе версией Windows NT 3.1. В самом названии new technology file system , что означает файловая система новой технологии , заложена ее прогрессивная сущность.

После форматирования диска в системе NTFS он делится на три зоны:

• MFT - зона или общая таблица файлов (Master File Table), где хранится информация о файлах и каталогах;
• данные пользователя;
• метафайлы, в которых содержится служебная информация.

Каждый из метафайлов ответственен за определённую область. Например, LogFile - это файл журналирования, в котором выполняется запись всех операций в журнал, Boot – загрузочный сектор, Bitmap контролирует свободное место в разделе и т.п. Такая структура надежно защищает файлы от любых сбоев, будь то зависания ОС или отключение электричества.

Достоинства

В отличие от FAT32 в данной файловой структуре практически отсутствуют ограничения в объеме файлов и каталогов. Размер кластера может варьироваться от 512 байт до 64 Кб, оптимальным считается размер в 4 Кб.

Благодаря множеству существенных доработок для повышения безопасности, таких как поддержка прав доступа к файлам, HPFS квотирование, шифрование, журналирование, разграничение доступа и аудит, жесткие ссылки и прочее, NTFS является идеальной для форматирования диска под системную область. Прочие разделы винчестера также могут быть отформатированы в данной системе, так как NTFS позволяет оптимально использовать дисковое пространство при наличии множеств мелких файлов.

Достоинством этой файловой организации является быстрая скорость доступа к файлам небольшого размера, высокая производительность при работе с большими файлами, а также возможность использования длинных названий файлов.

Недостатки

Главным минусом системы NTFS является несовместимость со всеми операционными системами ниже Windows NT, а также ограничения в совместимости с прочими ОС. Так, Mac OS читает файлы с дисков NTFS, но не может выполнять их запись, такая же ситуация с совместимостью файлов Linux. Самые популярные игровые консоли Playstation и Xbox 360 не работают с NTFS, только Xbox One может с ней взаимодействовать.

Среди недостатков NTFS можно назвать также высокие требования к объему оперативной памяти, более низкая скорость по сравнению с FAT32 и трудности управления каталогами среднего объема.

Таким образом, целесообразнее использовать файловую структуру NTFS на жестких дисках, в том числе и SSD под управлением последних версий Windows, начиная с NT.

exFAT

Эта файловая система является последней из рассматриваемых по времени выпуска. Она появилась в 2008 году с очередными обновлениями к Windows XP и является, по сути, расширенной версией FAT32.

Главная цель разработчиков – создать производительную, удобную и универсальную файловую структуру для переносных накопительных устройств: флешек, SD-карт и съемных жестких дисков.

Достоинства:

• Простая организация без специализированных особенностей и ограничений в размерах файлов и раздела.
• Отличная совместимость со всеми ОС Windows, а также Mac OS и Linux. В последнем варианте необходима установка дополнительного софта.
• Поддержка со стороны всех современных яблочных девайсов, а также игровых приставок Xbox One и Playstation 4.

Основным недостатком файловой организации exFAT является лицензионная политика Microsoft, запрещающая ее бесплатное использование в открытом доступе.

Наиболее оптимальная файловая структура

Рассмотрев описания трех популярных файловых систем, можно сделать следующие выводы:

• для компьютерных устройств с операционной системой выше Windows NT целесообразнее будет форматирование жесткого диска в системе NTFS;
• для старых устройств, а также с целью совместимости с разными современными цифровыми гаджетами, оптимальным вариантом станет выбор FAT32;
• для любых съемных носителей идеальной будет применение системы

И последнее: информацию о том, какая файловая структура реализована на ваших дисках, можно узнать во вкладке «Общие» (правая клавиша мышки «Свойства»).

Эту файловую систему используют такие операционные системы, как Windows NT/2000/XP. При установке NTFS, диск разделяется на две неравные части: первая отводиться под MFT (Master File Table - общая таблица файлов), называется MFT - зоной и занимает порядка 12% от общего размера диска, вторую часть занимают собственно Ваши данные. Есть еще и третья зона, но о ней позже. Что за зверь этот MFT? Это основа NTFS. Он лежит, как было сказано ранее, в MFT - зоне т. е. в начале диска. Каждая запись в MFT соответствует какому-либо файлу и занимает около 1 Kb. По своей сути это каталог всех файлов находящихся на диске. Надо заметить, что любой элемент данных в NTFS рассматривается как файл, даже MFT. Первые 16 файлов (метафайлы) в MFT - зоне являются особой кастой. В них содержится служебная информация, они имеют фиксированное положение и они недоступны даже операционной системе. Кстати, первым из этих 16 является сам MFT - файл. Существует копия первых трех записей. Помните, я говорил о третьей зоне, так вот там она и лежит и своим положением, если можно так выразиться, делит диск пополам. Зачем это сделано? Да для надежности, в случае утери информации в MFT - файле, всегда можно восстановить информацию, а там уже дело техники, как говориться. Все остальные файлы в MFT - зоне могут располагаться произвольно. Надо заметить, что в MFT - зоне теоретически кроме служебных файлов ничего не находиться. Но бывают случаи, когда места на той части диска, что отведена для пользователя не остается:-(и тогда MFT - зона уменьшается. Соответственно появляется место во второй половине диска для записи данных. Когда же в этой зоне освобождается достаточное количество свободного места, MFT - зона опять расширяется. И вот тут то появляется проблема. В MFT - зону попадают обычные файлы и она начинает фрагментироваться. Это не смертельно конечно, но и приятного тут мало. Но вернемся к нашим баранам, то бишь метафайлам. Каждый из них отвечает за какую-либо область работы. Начинаются они с символа имени $ (тем, кто занимается программированием значок известен). Приведу пример некоторых из них:

• MFT - не что иное как сам MFT
• MFTmirr - та самая копия, что по серединке диска
• LogFile - это файл журналирования
• Boot - как видно из названия, его величество загрузочный сектор
• Bitmap - карта свободного места раздела

Ну и так далее. Информация о метафайлах находиться в MFT - файле. Сложно? Есть такое дело. Но вся эта фигня придумана для увеличения надежности NTFS и себя оправдывает. Едем дальше. NTFS практически не имеет ограничения на размеры диска (во всяком случае при нынешних технологиях производства жестких дисков). Размер кластера может варьироваться от 512 b до 64 Kb, хотя обычный его размер равен 4 Kb.

Поговорим теперь о каталоге. Это метофайл с обозначением $. . Он разделен на части в каждой из которых содержится имя файла, его атрибуты и ссылка на MFT - файл. А там уже есть вся остальная информация. Каталог представляет собой бинарное дерево. Попробуем разобраться, что это за фигня такая. В каталоге информация о данных на диске расположена таким образом, что при поиске какого-либо файла каталог разбивался на две части и ответ заключался в том, в какой именно части находиться искомое. Затем та же самая операция повторяется в выбранной половине. И так до тех пор, пока не будет найден нужный файл.

А теперь о файлах. Их как таковых нет. Нормально, да! Есть так называемые стримы, или говоря нормальным русским языком - потоки. То есть, любая единица информации представляет собой несколько потоков. Один поток - это сами данные, он является основным. Другие потоки - атрибуты файла. К любому файлу можно прикрепить любой другой файл. Проще говоря, к потокам одних данных можно прикрепить совершенно новый поток и записать туда новые данные. Вот только информация по объему файла берется по объему основного потока. Пустые или малоразмерные файлы на диске отображены только в метафайлах. Сделано это в целях экономии дискового пространства. Вообще надо отметить, что понятие файл намного глубже и шире и все свойства описать довольно сложно. Отмечу, что максимальная длина имени файла может достигать 255 символов.

Ко всему прочему, файлы NTFS имеют такой замечательный атрибут как сжатый. Любой файл или даже каталог может быть сжат. Сама операция сжатия происходит незаметно, так как скорость ее довольно высока. До кучи, используется так называемое виртуальное сжатие т. е. одна часть файла может быть сжата, а другая нет. Сжатие осуществляется блоками. Каждый блок равен 16 кластерам.

В NTFS используется шифрование данных. Таким образом, если Вы снесли систему и установили ее по новой, зашифрованные файлы без соответствующей санкции прочитать не сможете.

Теперь о журналировании. Но сначала определимся с понятием транзакция. Транзакция - это действие, которое должно быть выполнено целиком и полностью (читай - корректно), в противном случае оно вообще не будет выполнено. Так вот, на основе этой фигни, при сбое во время записи данных на диск, пометок о новом файле в метафайлах сделано не будет. А место, куда была начата запись будет считать чистым. Это необходимо для предохранения:-) от различного рода геморроев. Короче, выполнил действие до конца - сделал запись, не удалось - и записывать об этом незачем. Но следует заметить, что функция журналирования сохраняет работоспособность файловой системы, а не ваших данных.

И наконец в NTFS есть еще две такие функции, как Symbolic Links - возможность создания виртуальных каталогов, и Hard Links - поддержка нескольких имен для одного и того же файла.Вот пожалуй что и все.

На данный момент времени эта файловая система является самой распространенной, хотя и сдает постепенно свои позиции после выхода Windows XP. Поддерживают FAT 32 все операционные системы семейства Windows начиная с Windows 95 OSR2. Итак, FAT 32 (File Allocation Table) - это электронная таблица размещения файлов. Находиться она практически в самом начале диска. Структура диска FAT:

1. загрузочные секторы главного и дополнительного разделов;

2. загрузочный сектор логического диска;

3. корневой каталог;

4. область данных;

5. цилиндр для выполнения диагностических операций чтения/записи;

Основное преимущество FAT 32 перед FAT 16 заключается в том, что вместо 16 разрядных записей используются 32х разрядные. Это в свою очередь увеличивает количество кластеров в разделе до 268 435 456 (в FAT - 65 536). При использовании FAT 32 размер тома равен 2 Tb, а размер одного файла может достигать 4 Gb. Заметное отличие FAT 32 от предшествующих таблиц заключается в том, что корневой каталог не занимает фиксированного места на диске и может иметь любой размер.

Размер кластера при использовании FAT 32 в разделе размером 2 Gb с 5 000 файлами равен 4 Kb (в FAT 16 - 32 Kb), в таблице будет использоваться до 524 288 записей. При этом сама таблица будет весить порядка 2 Мb.

Сравнение NTFS и FAT 32.

Ну что, займемся неблагодарным делом - сравнением двух файловых систем.

Достоинства:

1. Быстрая скорость доступа к файлам малого размера;

2. Размер дискового пространства на сегодняшний день практически не ограничен;

3. Фрагментация файлов не влияет на саму файловую систему;

4. Высокая надежность сохранения данных и собственно самой файловой структуры;

5. Высокая производительность при работе с файлами большого размера;

Недостатки:

1. Более высокие требования к объему оперативной памяти по сравнению с FAT 32;

2. Работа с каталогами средних размеров затруднена из-за их фрагментации;

3. Более низкая скорость работы по сравнению с FAT 32

Достоинства:

1. Высокая скорость работы;

2. Низкое требование к объему оперативной памяти;

3. Эффективная работа с файлами средних и малых размеров;

4. Более низкий износ дисков, вследствие меньшего количества передвижений головок чтения/записи.

Недостатки:

1. Низкая защита от сбоев системы;

2. Не эффективная работа с файлами больших размеров;

3. Ограничение по максимальному объему раздела и файла;

4. Снижение быстродействия при фрагментации;

5. Снижение быстродействия при работе с каталогами, содержащими большое количество файлов;

Итак, некоторые соображения. Обе файловые системы хранят данные в кластерах минимальный размер которого равен 512 b. Как правило обычный размер кластера равен 4 Kb. На этом сходства пожалуй и заканчиваются. Кое-что о фрагментации: скорость работы NTFS резко снижается при заполнении диска на 80 - 90 %. Это связано с фрагментацией служебных и рабочих файлов. Чем больше Вы работаете с таким загруженным диском, тем сильнее фрагментация и тем ниже производительность. В FAT 32 фрагментация рабочей области диска происходит и на более ранних этапах. Дело тут зависит от того, насколько часто Вы записываете/стираете данные. Как и в NTFS, фрагментация сильно снижает производительность. Теперь об оперативной памяти. Объем самой электронной таблицы FAT 32 может занимать в ОЗУ порядка нескольких мегабайт. Но на помощь приходит кэширование. Что записывается в кэш:

1. Наиболее используемые каталоги;

2. Данные о всех используемых в данный момент времени файлах;

3. Данные о свободном пространстве диска;

А что же NTFS? Кэшированию трудно поддаются каталоги больших размеров, а они могут достигать размеров нескольких десятков мегабайт. Плюс MFT, плюс информация о свободном месте на диске. Хотя надо заметить, что NTFS все же довольно экономно расходует ресурсы оперативной памяти. В наличии удачная система хранения данных, в MFT каждая запись примерно равна 1 Kb. Но все же требования к объему ОЗУ выше, чем для FAT 32. Короче, если Ваша память меньше или равна 64 Mb, то эффективнее с точки зрения скорости окажется FAT 32. Если больше - разница в скорости будет маленькая, а зачастую вообще никакой. Теперь о самом жестком диске. Для использования NTFS желательно наличие Bus Mastering. Что это? Это особый режим работы драйвера и контроллера. При использовании BM обмен происходит без участия процессора. Отсутствие ВМ скажется на производительности системы. Кроме этого, вследствие использования более сложной файловой системы количество движений головок чтения/записи возрастает, что так же влияет на скорость. Наличие дискового кэша одинаково положительно сказывается, как на NTFS, так и на FAT 32.