3.4.2 Таблица размещения файлов (File Allocation Table) и файловая система nt

• Кластеры и таблицы размещения файлов

• FAT16

• FAT32

• Файловая система NT

Кластеры и таблицы размещения файлов

Диски делятся на дорожки и сектора, как показано на рисунке ниже.

Дорожка

Сектор

Рисунок 1 Дорожки и сектора диска.

Сектора содержат фиксированное число байтов, обычно это 512 байтов. Для сохранения файла используются один или более секторов. Если файл содержит только одну или две строки текста, она будет помещаться в сегменте одного сектора. В таком случае, остаток сектора слева не будет использован. Неиспользованная часть называется потерянным местом (slack space). Если файл большой, возможно десяток миллионов байтов длиной, он не поместится даже на одной дорожке. Потребуются тысячи секторов, разнесенных по множеству дорожек (не нужны непрерывные дорожки). Так как на диске могут быть сотни или даже тысячи файлов и каждому нужны один или более секторов, необходима некоторая регистрация использования системных ресурсов. Файловые системы отличаются в том, как они решают задачу регистрации, но основные принципы похожи.

Поскольку сектора - малы, современные компьютерные системы группируют их в кластеры и читают или записывают весь кластер за один раз. Кластер – наименьший размер, который файл может занять на диске. Кластер содержит 4, 8, 16, 32 или 64 соседних сектора (число должно делиться на 2). Выбор размера кластера зависит от объема устройства, чем больше устройство, тем больше размер кластера. Небольшая часть диска резервируется под Таблицу размещения файлов (FAT). Для каждого кластера, являющегося частью файла, FAT предоставляет номер следующего кластера для этого файла. Таким образом, кластеры, которые составляют файл, связаны, так, если вы знаете адрес первого кластера файла в FAT, вы можете найти все другие, следуя по цепочке. Вход FAT для последнего кластера в цепочке содержит специальный маркер для указания конца цепочки.

FAT16

В ранних версиях Windows и в MS-DOS, который предшествовал Windows, FAT использовал 16 битов (два байта) на каждый кластер, которые допускали в итоге 2¹⁶ или 65,536 кластеров. Сейчас эта схема относится к FAT16. Так как устройства на жестких дисках стали большими, появилась проблема - FAT был слишком маленьким, для того чтобы содержать все доступные кластеры и позволял разделы только до 2GB. Следующее вычисление показывает, как был получен предел раздела в 2GB: 512 (2⁹) байтов в секторе * 64 (2⁶) секторов в кластере * 2¹⁶ кластеров в FAT 16 = 2³¹ байт = 2GB. Кроме того, маленькие файлы в кластерной файловой системе с большими кластерами содержат больше неиспользованных пробелов, неэкономно используя место на диске, которое могло бы использоваться для дополнительных файлов. Например, есть много файлов, размером 1000 байтов или меньше, но раздел в 2GB в FAT16 зарезервирует 32KB дискового пространства для каждого из таких файлов: 512 (2⁹) байта в секторе * 64 (2⁶) сектора в кластере = 32768 (2¹⁵) байтов = 32KB.

Одно решение при использовании FAT16 на жестких дисках, которые содержат более чем 2GB, - делить диск на несколько логических дисков, таких как C, D, и E - каждый с его собственным FAT. Это работает, но вынуждает пользователей разносить файлы по нескольким логическим устройствам, даже если им это не нравится. Также, если один логический диск полностью заполнен, никакой файл на этом логическом диске не может увеличиться, даже если есть достаточное количество места где-нибудь в другом месте диска. Наконец, некоторым приложениям, таким, например, как базы данных, требуются огромные файлы, и возможно им будет недостаточно даже полного раздела FAT16, хотя в целом диск может иметь достаточно памяти.

Примечание. В настоящее время FAT16 представляет только исторический интерес и практически не используется.

FAT32

Чтобы решить эти проблемы, Windows 9x/2000/XP поддерживает файловую систему FAT32. В этой системе, 32 бита (4 байта) для идентификации каждого кластера, но первые 4 бита зарезервированы. Поэтому, в итоге возможно 2^(32-4)= 2²⁸ = 268435456 кластеров. В файловой системе FAT32, могут использоваться меньшие кластеры вместо больших кластеров FAT16. Это приводит к более эффективному размещению файлов на диске с FAT32. FAT32 может поддерживать диски размером вплоть до двух терабайтов.

Примечание. В настоящее время FAT32 также как FAT16 практически не используется.

Файловая система NT (NTFS)

Современная файловая система NTFS (New Technology File System), используется в Windows 2000/NT/XP/7. В NTFS, размер кластера меняется в зависимости от размера логического диска. Размер кластера автоматически определяется формат-утилитой NTFS, таким образом, обеспечивая необходимую гибкость. Эта гибкость не возможна в FAT16 или FAT32. Эти особенности NTFS позволяют более эффективно распределять дисковое пространство.

Одна важная особенность NTFS - восстанавливаемость. NTFS поддерживают последовательность данных, используя журналирование (journaling), сохраняя запись каждой операции ввода/вывода (I/O), которая изменяет системный файл на логическом диске. Если появляется сбой в системе, файловая структура может быть восстановлена на основе истории операций I/O, выполняющихся в файловой системе. Другая особенность NTFS на Windows 2000/XP - кодируемая система файлов (EFS). EFS позволяет кодировать данные при сохранении на диске. NTFS также поддерживает контроль доступа к данным и права монопольного использования, чтобы ограничить несанкционированный доступ к данным в многопользовательской среде.

 Таблица ниже сравнивает файловые системы NTFS и FAT.

NTFS против FAT

	NTFS	FAT32	FAT16
Операционная система	Windows XP Windows 2000 Windows NT	Windows XP Windows 2000 Windows 98 Windows ME Windows 95 OEM Service Release 2 (OSR2)	Все версии Microsoft Windows DOS
Максимальный размер тома *	2 TB	32 GB	2 GB
Файлов в томе	~ 4 billion	~ 4 million	~ 64,000
Максимальный размер файла *	2 TB	4 GB	2 GB

* Значения относятся к ограничениям размера в период внедрения.

Примечание. FAT32 поддерживает тома объемом от 2 ГБ до 2 ТБ. Работая под управлением Windows XP, для FAT32 можно отформатировать тома, размер которых не превышает 32 ГБ

Таблица 1 NTFS против FAT