Файловая система fat

Файловая система FAT (File Allocation Table) была разработана Биллом Гейтсом и Марком Макдональдом в 1977 году.

Сейчас существуют три типа файловой системы FAT:

• FAT12 – поддерживает очень небольшие объемы дисков, поэтому сейчас она применяется только на дискетах.

• FAT16 – используется на винчестерах и поддерживает диски объемом до 2 Гб, поэтому сейчас данная файловая система практически не используется.

• FAT32 – теоретически поддерживаются диски объемом до 2 Тб. Поддерживается, начиная с операционной системы Windows 95 OSR2. Данная файловая система сейчас достаточно популярна, хотя в последние годы многие пользователи Windows XP предпочитают использовать NTFS (New Technology File System).

Структура

Рисунок 5. Структура файловой системы FAT

- Загрузочный сектор

В начале раздела диска с файловой системой FAT располагается загрузочный сектор. Он необходим для начальной загрузки компьютера. Так же в нем располагается информация о параметрах данного раздела.

- Таблица размещения файлов (File Allocation Table)

Вся область данных диска разделена на кластеры – блоки, размер которых задается при форматировании диска. На дискете, например, размер кластера равен 512-ти байтам. А на современных винчестерах с объемом диска более 32 Гб размер кластера равен 32 Кб. Каждый файл и каталог занимает один или несколько кластеров. Таким образом, образуются цепочки кластеров.

В таблице размещения файлов каждый кластер помечается специальным образом. Размер метки в битах для каждого кластера указывается в названии файловой системы. Т.е. для файловой системы FAT16 размер метки будет равен 16-ти байтам, для FAT32 – 32-м и т.д.

Всего существует три типа меток для кластеров:

• Свободный кластер – кластер, в который будут записываться новые файлы и каталоги.

• Занятый кластер – в метке указывается следующий кластер в цепочке. Если цепочка кластеров заканчивается, то кластер помечается особой меткой.

• BAD-блок – кластер с ошибками доступа. Помечается при форматировании диска, что бы исключить в последующем доступ к нему.

Повреждение таблицы размещения файлов полностью уничтожает структуру файловой системы, поэтому на диске всегда хранится две копии таблицы.

- Корневой каталог

Область диска, в котором располагается информация о корневом каталоге. Размер ее ограничен, поэтому в корневом каталоге диска может находиться не более 512-ти файлов и подкаталогов.

- Область данных

Оставшаяся часть раздела, на которой размещается содержимое файлов и каталогов.

Каталоги содержат 32-байтные записи для каждого содержащегося в них файла и каждого вложенного каталога. Эти записи содержат следующую информацию: 

- имя (в формате «8+3»), 

- байт атрибутов (8 бит), 

- время создания (24 бит), 

- дата создания (16 бит), 

- дата последнего доступа (16 бит), 

- время последней модификации (16 бит), 

- дата последней модификации (16 бит), 

- номер начального кластера файла в таблице расположения файлов (16 бит), 

- размер файла (32 бит). 

Структура каталога FAT не имеет четкой организации, и файлам присваиваются первые доступные адреса кластеров на томе. Номер начального кластера файла представляет собой адрес первого кластера, занятого файлом, в таблице расположения файлов. Каждый кластер содержит указатель на следующий кластер, использованный файлом, или индикатор (OxFFFF), указывающий на то, что данный кластер является последним кластером файла.

Поскольку все записи каталога имеют одинаковый размер, байт атрибутов для каждой записи описывает тип этой записи. Один бит указывает, что запись является, например, подкаталогом, в то время, как другой бит помечает запись как метку тома. Как правило, настройкой этих атрибутов управляет только операционная система.

ФайлFATимеет 4 атрибута, которые могут сбрасываться и устанавливаться пользователем:  

• archive file (архивныйфайл), 

• system file (системныйфайл), 

• hidden file (скрытыйфайл), 

• read-onlyfile (файл только для чтения).

Доступ к файлам, хранящимся на томах, использующих файловую систему FAT, может быть осуществлен, если компьютер работает под управлением одной из следующих операционных систем: MS DOS, Windows 95, Windows NT, OS/2.

Ограничение системы FAT на размер логического диска составляет 2 Gb. При этом каждая запись FAT (на разделах объемом более 16 Mb) является 2-байтовым числом, следовательно, на логическом разделе может быть не более 65536 кластеров. Поэтому на дисках объемом более 1 Gb размер кластера в системе FAT составляет 32 K, т.е. «хвост» (slack) каждого файла занимает от 0 до 32 К, из чего следует, что каждая тысяча файлов поглощает в среднем 16 Mb дискового пространства. Файловую систему FAT, вследствие больших накладных расходов памяти, не рекомендуется использовать для томов, размер которых превышает 511 Mb. 

Файловая система NTFS 

Файловая система Windows NT (NTFS) обеспечивает производительность, надежность и совместимость, которые не в состоянии предоставить файловая система FAT. NTFS разрабатывалась с целью обеспечения скоростного выполнения стандартных операций над файлами (включая чтение, запись, поиск) и предоставления продвинутых возможностей, включая восстановление поврежденной файловой системы на чрезвычайно больших дисках. 

Кроме того, NTFS обладает характеристиками защищенности, которые необходимы на мощных файловых серверах и высокопроизводительных компьютерах в корпоративных средах. Файловая система NTFS поддерживает контроль доступа к данным и привилегии владельца, играющие исключительно важную роль в обеспечении целостности жизненно важных конфиденциальных данных. Разделяемые папки на компьютере Windows NT имеют назначенные им права доступа, папки и файлы NTFS могут иметь назначенные им права доступа вне зависимости от того, являются они разделяемыми или нет.

NTFS – единственная файловая система в Windows NT, которая позволяет назначать права доступа к отдельным файлам. Однако, если файл будет скопирован из раздела или тома NTFS на раздел или том FAT, все права доступа и другие уникальные атрибуты, присущие файловой системе NTFS, будут потеряны. 

Файловая система NTFS является простой, и одновременно чрезвычайно мощной. Практически все, что имеется на томе, представляет собой файл, а все, что имеется в файле представляет собой атрибут, включая атрибуты данных, атрибуты системы безопасности, атрибуты имени файла. Каждый занятый сектор на томе NTFS принадлежит какому-нибудь файлу. Частью файла являются даже метаданные файловой системы (информация, которая представляет собой описание самой файловой системы).

Файловая система NTFS, как и FAT, использует кластеры в качестве фундаментальной единицы дискового пространства. В NTFS размер кластера по умолчанию зависит от размера тома. Программа DiskAdministrator позволяет устанавливать размер кластера до 4 Кб. Если для форматирования тома NTFS используется программа Format, запускаемая из командной строки, то нужный размер кластера можно указать в качестве параметра этой команды. Допустимые размеры кластеров приведены в следующей таблице (рисунок 6): 

Рисунок 6. Допустимые размеры кластеров

Форматирование тома для использования файловой системы NTFS приводит к созданию нескольких системных файлов и главной таблицы файлов (MasterFileTable, MFT). MFT содержит информацию обо всех файлах и папках, имеющихся на томе NTFS.

Основную информацию о томе NTFS содержит загрузочный сектор раздела (PartitionBootSector), который начинается с сектора 0 и может иметь длину до 16 секторов. Он состоит из двух структур:

- Блока параметров BIOS. Эта структура содержит информацию о строении тома и структурах файловой системы.

- Кода, который описывает, как найти и загрузить файлы для любой из загружаемых операционных систем.

Рисунок 7 иллюстрирует строение тома NTFS после завершения форматирования.

Рисунок 7. Структура тома NTFS

Файловая система NTFS воспринимает каждый файл и каждую папку в виде набора атрибутов. Атрибутами файла являются его имя, информация системы безопасности, и даже содержащиеся в нем данные. Каждый атрибут идентифицируется кодом типа атрибута и, в качестве необязательного параметра, - именем атрибута.