Файловая система FAT

Файловая система FAT



FAT (чаще всего в главе подразумевается FAT 16) представляет собой простую файловую систему, разработанную для небольших дисков и простых структур каталогов. Ее название происходит от названия метода, применяемого для организации файлов ≈ таблица размещения файлов (File Allocation Table, FAT). Эта таблица размещается в начале тома. В целях защиты тома на нем хранятся две копии FAT. В случае повреждения первой копии FAT дисковые утилиты (например, Scandisk) могут воспользоваться второй копией для восстановления тома. Таблица размещения файлов и корневой каталог должны располагаться по строго фиксированным адресам, чтобы файлы, необходимые для запуска системы, были размещены корректно. 

По принципу построения FAT похожа на оглавление книги, т. к. операционная система использует ее для поиска файла и определения кластеров, которые этот файл занимает на жестком диске. Изначально компания Microsoft разработала FAT для управления файлами на дискетах, и только затем приняла ее в качестве стандарта для управления дисками в MS-DOS. Сначала для дискет и небольших жестких дисков (менее 16 Мбайт) использовалась 12-разрядная версия FAT (так называемая FAT12). В MS-DOS v. 3.0 была введена 16-разрядная версия PAT для более крупных дисков. К настоящему моменту FAT 12 применяется на носителях очень малого объема (или на очень старых дисках). Например, все 3,5-дюймовые дискеты емкостью 1,44 Мбайт форматируются для FAT16, а все 5,25-дюймовые ≈ для FAT12.

Том, отформатированный под FAT12 и FAT16, размечается по кластерам. Стандартный размер кластера, устанавливаемый по умолчанию, определяется размером тома (более подробная информация о размерах кластеров приведена далее в этой главе). Таблица расположения файлов и ее резервная копия содержат следующую информацию о каждом кластере тома:

Unused (кластер не используется).

Cluster in use by a file (кластер используется файлом).

Bad cluster (плохой кластер).

Last cluster in a file (последний кластер файла).

Корневая папка содержит записи для каждого файла и каждой папки, расположенных в корневой папке. Единственным отличием корневой папки от остальных является то, что она занимает четко определенное место на диске и имеет фиксированный размер (не более 512 записей для жесткого диска; для дискет этот размер определяется их объемом).

Папки содержат 32-байтные записи для каждого содержащегося в них файла и каждой вложенной папки. Эти записи содержат следующую информацию:

Имя (в формате 8.3).

Байт атрибутов (8 бит полезной информации, которая подробно описана ниже).

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 бита).

Структура папки 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, что данный кластер является последним кластером файла.

Информация папок используется операционными системами, поддерживающими файловую систему FAT. Кроме того, Windows 2000 может хранить в записи папки дополнительную временную информацию (time stamps). Эти дополнительные временные атрибуты указывают, когда файл был создан и когда к нему в последний раз предоставлялся доступ. Главным образом, дополнительные атрибуты используются приложениями POSIX.

Файлы на дисках имеют 4 атрибута, которые могут сбрасываться и устанавливаться пользователем ≈ Archive (архивный), System (системный), Hidden (скрытый) и Read-only (только чтение).

Примечание: В Windows 2000 все файлы, имеющие комбинацию атрибутов скрытый и системный, считаются защищаемыми файлами операционной системы (operating system protected files). Windows 2000 защищает такие файлы, не отображая их в программе Проводник и папке Мой компьютер. Чтобы увидеть эти файлы в Проводнике, вызовите утилиту Свойства папки (Folder Options) (через панель управления или через меню Сервис (Tools) Проводника или папки Мой компьютер). В ее окне перейдите на вкладку Вид (View), выберите переключатель Показывать скрытые файлы и папки (Show hidden files and folders) и снимите флажок Скрывать защищенные системные файлы (рекомендуется) (Hide protected operating system files (Recommended)). Помимо этого, защищаемые файлы операционной системы можно просматривать из командной строки с помощью команды dir /a.

В Windows NT, начиная с версии 3.5, файлы, созданные или переименованные на томах FAT, используют биты атрибутов для поддержки длинных имен файлов методом, не вступающим в конфликт с методами доступа к тому, используемыми операционными системами MS-DOS и OS/2. Для файла с длинным именем Windows NT/2000 генерирует короткое имя в формате 8.3. Кроме этого стандартного элемента Windows NT/2000 создает для файла одну или несколько дополнительных записей, по одной на каждые 13 символов длинного имени. Каждая из этих дополнительных записей содержит соответствующую часть длинного имени файла в формате Unicode. Windows NT/2000 устанавливает для дополнительных записей атрибуты тома, а также скрытого системного файла, предназначенного только для чтения, чтобы пометить их как части длинного имени файла, MS-DOS и OS/2 обычно игнорируют записи папок, для которых установлены все эти атрибуты, поэтому такие записи для них невидимы. Вместо этого MS-DOS и OS/2 получают доступ к файлу по стандартному короткому имени файла в формате 8.3.

Примечание: Windows NT/2000 и Windows 9х используют одинаковый алгоритм для генерации длинных и коротких имен файлов. На компьютерах с двойной загрузкой к файлам, созданным с помощью одной из этих операционных систем, можно получать доступ, работая под управлением другой. 

Windows NT, начиная с версии 3.5, поддерживает длинные имена файлов на томах FAT. Эту устанавливаемую по умолчанию опцию можно отключить, задав значение 1 для параметра реестра Win31FileSystem, входящего в состав следующего ключа реестра:

HKEY_LOCAL_MACH IN ESystemCiirrentControlSetControlFileSystem

Установка этого значения не позволит Windows NT создавать на томах FAT файлы с длинными именами, но не повлияет на уже созданные длинные имена.

В Windows NT/2000 FAT16 работает точно так же, как и в MS-DOS, Windows 3.1х и Windows 95/98. Поддержка этой файловой системы была включена в Windows 2000, поскольку она совместима с большинством операционных систем других фирм-поставщиков программного обеспечения. Помимо этого, применение FAT16 обеспечивает возможность обновления более ранних версий операционных систем семейства Windows до Windows 2000.

Примечание: Нельзя использовать Windows NT/2000 совместно с программными средствами, осуществляющими разбиение диска на тома и сжатие дисков при помощи драйверов устройств, которые загружаются MS-DOS. Например, если требуется иметь доступ к разделу или логическому диску FAT, работая под управлением Windows NT/2000, не следует применять для них такие средства сжатия, как DoubleSpace (MS-DOS 6.0) или DriveSpace (MS-DOS 6.22). Для сканирования и восстановления томов FAT, используемых Windows NT/2000, рекомендуется ввести в командной строке команду chkdsk. Эта программа объединяет функциональные возможности, присущие программам MS-DOS Chkdsk и Scandisk, включая сканирование поверхности жесткого диска. Если требуется выполнить сканирование поверхности диска, дайте из командной строки команду chkdsk /r. 

32-разрядная файловая система FAT32 была введена с выпуском Windows 95 OSR2 и поддерживается в Windows 98 и Windows 2000. Она обеспечивает оптимальный доступ к жестким дискам, CD-ROM и сетевым ресурсам, повышая скорость и производительность всех операций ввода/вывода. FAT32 представляет собой усовершенствованную версию FAT, предназначенную для использования на томах, объем которых превышает 2 Гбайт.

Том, отформатированный для использования FAT32, как и том FAT16, размечается по кластерам. Размер кластера по умолчанию определяется размером тома. В табл. 7.1 приведено сравнение размеров кластеров для FAT16 и FAT32 в зависимости от размера диска.



Таблица 7.1. Размеры кластеров по умолчанию для FAT 16 и FAT32 

Размер диска

Размер кластера FAT16

Размер кластера FAT32

До 32 Мбайт

512 байт

Не поддерживается

32-63 Мбайт

1 Кбайт

Не поддерживается

64-127 Мбайт

2 Кбайт

Не поддерживается

128-255 Мбайт

4 Кбайт

Не поддерживается

256-511 Мбайт

8 Кбайт

Не поддерживается

512-1023 Мбайт

16 Кбайт

4 Кбайт

1024-2047 Мбайт (2 Гбайт)

32 Кбайт

4 Кбайт

2048-8191 Мбайт (8 Гбайт)

Не поддерживается

4 Кбайт

8192-16383 Мбайт (16 Гбайт)

Не поддерживается

8 Кбайт

16384-32767 Мбайт (32 Гбайт)

Не поддерживается

16 Кбайт

От 32 Гбайт

Не поддерживается

32 Кбайт



Для обеспечения максимальной совместимости с существующими прикладными программами, сетями и драйверами устройств, FAT32 была реализована с минимумом возможных изменений в архитектуре и внутренних структурах данных. Все утилиты Microsoft, предназначенные для работы с дисками (Format, FDISK, Defrag и ScanDisk), были переработаны для обеспечения поддержки FAT32. Кроме того, Microsoft проводит большую работу по поддержке ведущих фирм-производителей драйверов устройств и утилит для работы с диском, чтобы помочь и в обеспечении поддержки FAT32 в их продуктах. В табл. 7.2 сделана попытка сравнения характеристик FAT16 и FAT32.



Таблица 7.2. Сравнение характеристик FAT16 и FAT32 

FAT16

FAT32

Поддерживается большинством операционных систем, в числе которых MS-DOS, Windows 98, Windows NT, OS/2 и UNIX

На текущий момент поддерживается только операционными системами Windows 98 (и Windows 98 Second Edition), Windows 95 OSR2 и Windows 2000

Эффективна только на логических дисках, размер которых не превышает 256 Мбайт

Не поддерживаются диски, размер которых менее 512 Мбайт

Поддерживает сжатие диска с помощью таких утилит, как Drvspace

Не поддерживает сжатие диска

Ограничена по размеру до 65 525 кластеров. Каждый кластер имеет фиксированный размер в зависимости от размера логического диска. Ограничения по количеству кластеров, и их размеру (32 Кбайт) приводят к общему ограничению по размеру диска (не более 2 Гбайт). Помимо этого, FAT12/16 обычно имеет ограничения по количеству файлов и папок, которые могут содержаться в корневом каталоге (в зависимости от диска максимальное значение колеблется от 200 до 400)

Максимальный размер кластера ≈ 32 Кбайт, максимальный размер диска ≈ 2 Тбайт

Поскольку с увеличением размера диска размер кластера FAT16 увеличивается, хранение файлов на таких дисках становится неэффективным. Например, если файл размером 10 Кбайт хранится в кластере размером 32 Кбайт, то 22 Кбайт дискового пространства не используются

Для дисков размером менее 8 Гбайт размер кластера ≈ 4 Кбайт



FAT32 обеспечивает следующие преимущества по сравнению с прежними реализациями FAT:

Поддержка дисков размером до 2 Тбайт. Следует, правда, отметить, что команда format, включенная в Windows 2000, не позволяет форматировать для использования FAT32 тома, размер которых превышает 32 Гбайт. Поэтому при форматировании томов объемом более 32 Гбайт следует использовать файловую систему NTFS. Однако драйвер FASTFAT, имеющийся в составе Windows 2000, позволяет монтировать и поддерживать любые тома FAT32, в том числе и такие, объем которых превышает 32 Гбайт. За исключением упомянутого выше ограничения FAT32 в Windows 2000 работает точно так же, как в Windows 95 OSR2 и Windows 98.

Более эффективное расходование дискового пространства. FAT32 использует более мелкие кластеры (см. табл. 7.1), что позволяет повысить эффективность использования дискового пространства на 10≈15% по сравнению с FAT.

Повышенная надежность и более быстрая загрузка программ. В отличие от FAT 12 и FAT 16, FAT32 обладает возможностью перемещать корневой каталог и использовать резервную копию FAT, если первая копия получила повреждения. Кроме того, загрузочный сектор FAT32 был расширен по сравнению с FAT16 и содержит резервные копии жизненно важных структур данных. Повышенная устойчивость FAT32 обусловлена именно этими факторами.




Обзор файловой системы 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». 



Преимущества файловой системы FAT



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. Более подробные сведения о преимуществах файловой системы FAT можно найти в следующих источниках: 

«Основные понятия и планирование Windows NT Server», глава 5, раздел «Выбор файловой системы»; 

пакет ресурсов Microsoft Windows NT Workstation 4.0 Resource Kit, глава 18, «Выбор файловой системы»; 

руководство «Resource Guide» в пакете ресурсов Microsoft Windows NT Server 4.0 Resource Kit, глава 3, раздел «Which File System to Use on Which Volumes». 

http://support.microsoft.com/kb/100108 - top#top

Недостатки файловой системы FAT



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. За дополнительными сведениями об этих ограничениях обратитесь к следующей статье базы знаний Майкрософт: 

Номер статьи: 118335 (http://support.microsoft.com/kb/118335/RU/ ) 

Максимальный размер раздела на диске с файловой системой FAT16

Что выбрать?

Любая из представленных ныне файловых систем уходит своими корнями в глубокое прошлое - еще к 80-м годам. Да, NTFS, как это не странно - очень старая система! Дело в том, что долгое время персональные компьютеры пользовались лишь операционной системой DOS, которой и обязана своим появлением FAT. Но параллельно разрабатывались и тихо существовали системы, нацеленные на будущее. Две таких системы, получившие всё же широкое признание - NTFS, созданная для операционной системы Windows NT 3.1 еще в незапамятные времена, и HPFS - верная спутница OS/2.

Внедрение новых систем шло трудно - еще в 95м году, с выходом Windows95, ни у кого не было и мыслей о том, что что-то нужно менять - FAT получил второе дыхание посредством налепленной сверху заплатки "длинные имена", реализация которых там хоть и близка к идеально возможной без изменения системы, но всё же довольно бестолкова. Но в последующие годы необходимость перемен назрела окончательно, поскольку естественные ограничения FAT стали давать о себе знать. FAT32, появившаяся в Windows 95 OSR2, просто сдвинула рамки - не изменив сути системы, которая просто не дает возможности организовать эффективную работу с большим количеством данных.

HPFS (High Performance File System), активно применяемая до сих пор пользователями OS/2, показала себя достаточно удачной системой, но и она имела существенные недостатки - полное отсутствие средств автоматической восстанавливаемости, излишнюю сложность организации данных и невысокую гибкость.

NTFS же долго не могла завоевать персональные компьютеры из-за того, что для организации эффективной работы с её структурами данных требовались значительные объемы памяти. Системы с 4 или 8 Мбайт (стандарт 95-96 годов) были просто неспособны получить хоть какой-либо плюс от NTFS, поэтому за ней закрепилась не очень правильная репутация медленной и громоздкой системы. На самом деле это не соответствует действительности - современные компьютерные системы с памятью более 64 Мб получают просто огромный прирост производительности от использования NTFS.

В данной таблице сведены воедино все существенные плюсы и минусы распространенных в наше время систем, таких как FAT32, FAT и NTFS. Вряд ли разумно обсуждать другие системы, так как в настоящее время 97% пользователей делают выбор между Windows98, Windows NT4.0 и Windows 2000 (NT5.0), а других вариантов там просто нет.





FAT 

FAT32

NTFS 

Системы, её поддерживающие

DOS, Windows9Х, NT всех версий

Windows98, NT5

NT4, NT5

Максимальный размер тома

2 Гбайт

практически неограничен

практически неограничен

Макс. число файлов на томе

примерно 65 тысяч

практически не ограничено

практически не ограничено

Имя файла

с поддержкой длинных имен - 255 символов, системный набор символов

с поддержкой длинных имен - 255 символов, системный набор символов

255 символов, любые символы любых алфавитов (65 тысяч разных начертаний)

Возможные атрибуты файла

Базовый набор

Базовый набор

всё, что придет в голову производителям программного обеспечения

Безопасность

нет

нет

да (начиная с NT5.0 встроена возможность физически шифровать данные)

Сжатие

нет 

нет

да

Устойчивость к сбоям

средняя (система слишком проста и поэтому ломаться особо нечему :))

плохая (средства оптимизации по скорости привели к появлению слабых по надежности мест)

полная - автоматическое восстановление системы при любых сбоях (не считая физические ошибки записи, когда пишется одно, а на самом деле записывается другое)

Экономичность

минимальная (огромные размеры кластеров на больших дисках)

улучшена за счет уменьшения размеров кластеров

максимальна. Очень эффективная и разнообразная система хранения данных

Быстродействие

высокое для малого числа файлов, но быстро уменьшается с появлением большого количества файлов в каталогах. результат - для слабо заполненных дисков - максимальное, для заполненных - плохое 

полностью аналогично FAT, но на дисках большого размера (десятки гигабайт) начинаются серьезные проблемы с общей организацией данных

система не очень эффективна для малых и простых разделов (до 1 Гбайт), но работа с огромными массивами данных и внушительными каталогами организована как нельзя более эффективно и очень сильно превосходит по скорости другие системы