Как объяснялось в статье об основах файловой системы, операционные системы, как правило, ограничивают список файловых систем, с которыми они совместимы. А в случае с семейством Microsoft Windows выбор обычно делается между двумя основными типами ФС: NTFS, основным форматом, используемым большинством современных версий этой ОС по умолчанию, и FAT, унаследованной от старой MS-DOS и имеющей exFAT в качестве более позднее его расширение. ReFS также был представлен Microsoft как формат нового поколения для серверных компьютеров, начиная с Windows Server 2012. HPFS, разработанный Microsoft совместно с IBM, можно найти только на очень старых машинах под управлением Windows NT до 3.5. Читайте дальше, чтобы узнать об этих форматах более подробно и узнать, как они соотносятся друг с другом.
FAT/FAT32, exFAT
FAT ((acronym for File Allocation Table)) — один из самых простых типов файловых систем, который существует с 1980-х годов и восходит к старой операционной системе Microsoft MS-DOS. Таким образом, неудивительно, что FAT изначально разрабатывалась для хранения данных с малой емкостью.
Как следует из названия, эта файловая система на самом деле основана на таблице, которая действует как индекс для ее содержимого. Общая структура FS состоит из трех отдельных областей:
- Загрузочный сектор;
- Таблица размещения файлов (FAT);
- Область хранения данных.
Загрузочный сектор — это самый первый сектор в любом разделе, отформатированном с помощью FAT, который содержит важную информацию о его организации.
Далее идет основная таблица размещения файлов (FAT), а также ее резервная копия, к которой можно получить доступ, если возникнут проблемы с чтением исходной.
Большая часть раздела принадлежит области хранения данных, которая разделена на кластеры. Кластер состоит из смежных секторов и используется как минимальная единица для размещения файлов. Его размер фиксирован, но может варьироваться от 512 байт до 64 килобайт, в зависимости от размера тома и версии FAT. Файл, независимо от того, насколько он мал, занимает весь кластер, а оставшееся незанятое пространство тратится впустую. Когда для файла требуется несколько кластеров, они могут располагаться в последовательной цепочке или разбросаны по всему объему, что приводит к фрагментации файла.
Каждый кластер имеет связанную запись в таблице размещения файлов. Нулевое значение в нем означает, что кластер в данный момент не используется, а ненулевое может указывать на следующий кластер того же файла или на специальный индикатор его окончания.
Каталоги, как и файлы, существуют в области хранения данных. Они состоят из записей каталога длиной 32 байта, каждая из которых описывает файл, хранящийся в этом каталоге (или его подкаталоге). Помимо имени файла, размера и других атрибутов, запись каталога содержит информацию о первом кластере файла. Следовательно, можно обнаружить, где начинается нужный файл, обратившись к соответствующей записи каталога, а любой следующий кластер можно найти с помощью Таблицы размещения файлов, используя ее как связанный список.
С течением времени FAT претерпел несколько изменений. За исходной версией последовала FAT12, затем FAT16 и, наконец, FAT32. Цифры в их именах означают количество битов, используемых для адресации одного кластера: 12 бит в FAT12, 16 бит в FAT16 и 32 бита в FAT32 соответственно
FAT12 и FAT16 были применены к старым гибким дискам и в настоящее время не находят широкого применения. Напротив, FAT32 по-прежнему широко используется, в основном из-за его широкой совместимости. К нему можно получить доступ практически из любой операционной системы, включая macOS и Linux, что делает его хорошей альтернативой портативным устройствам, таким как карты памяти и USB-накопители. Формат также поддерживается смартфонами, цифровыми камерами, видеомагнитофонами, игровыми приставками и другими гаджетами.
Однако FAT32 не имеет встроенной поддержки емкости хранения более 32 ГБ. По этой причине его можно использовать на совместимых с Windows внешних хранилищах или разделах дисков размером до 32 ГБ при форматировании встроенными средствами этой ОС или до 2 ТБ при форматировании другими способами. хранилище. Файловая система также не позволяет создавать файлы, размер которых превышает 4 ГБ.
Для решения этой проблемы была представлена exFAT (расширенная таблица размещения файлов). Он не имеет каких-либо реальных ограничений в отношении размера и часто используется на внешних жестких дисках, твердотельных накопителях, больших USB-накопителях и т. д. Тем не менее, базовая технология уже устарела и имеет множество ограничений, которые делают ее непригодной. для преобладающего использования в современных вычислительных средах.
NTFS
NTFS (файловая система новой технологии) была представлена в 1993 году вместе с Windows NT и в настоящее время является наиболее распространенной файловой системой для компьютеров конечных пользователей, работающих под управлением Windows. Операционные системы линейки Windows Server также используют этот формат.
NTFS стала значительным улучшением по сравнению с FAT во многих аспектах. Он достаточно надежен благодаря своим возможностям ведения журнала и поддерживает множество функций, включая контроль доступа, шифрование, сжатие файлов и т. д. Кроме того, он использует более совершенные структуры данных, которые позволяют лучше использовать пространство для хранения и делают его гораздо менее подверженным фрагментации. Вся файловая система опирается на несколько служебных файлов
- The $Boot file;
- The $MFT file (Master File Table);
- The $Bitmap file;
- The $LogFile and others.
Файл $Boot принимает участие в процессе загрузки и содержит множество важных параметров ФС.
В основной таблице файлов есть запись для каждого файла в файловой системе. Записи в нем называются атрибутами, и они могут содержать все виды информации, от имени файла, размера, разрешений, времени создания/последнего изменения до фактического содержания данных. Когда этот контент недостаточно мал, чтобы поместиться в запись MFT (размер которой составляет 1024 байта), NTFS выделяет для него кластеры за пределами MFT и создает указатели на их расположение. Другие атрибуты также могут быть слишком большими для записи MFT, например, длинные имена файлов. Затем такие атрибуты также получают отдельные кластеры.
Кластеры обычно размещаются в последовательностях, называемых экстентами. NTFS всегда пытается поместить содержимое в один экстент. Тем не менее, если смежные кластеры недоступны, он создает новый экстент в другом месте, разделяя файл на фрагменты.
Каталоги в NTFS хранятся в виде файлов, но вместо типичного содержимого данных такие файлы содержат списки имен файлов и ссылки, идентифицирующие эти файлы.
Файл $Bitmap отслеживает состояние кластеров. Каждый бит в нем представляет один кластер и может иметь значение 1, когда кластер занят, или 0 — когда кластер свободен.
Перед изменением любой из своих важных структур NTFS записывает эти изменения в $LogFile. Такой журнал позволяет восстановить их в случае каких-либо несоответствий, которые могут быть вызваны сбоем при их обновлении. Когда во время нормальной работы возникает ошибка, NTFS идентифицирует неисправный кластер, записывает его в файл $BadClus и копирует данные в другое место.
Ввиду своей многофункциональности и эффективной организации NTFS хорошо подходит для внутреннего использования на компьютерах с Windows. С другой стороны, таким устройствам, как карты памяти или USB-накопители, может потребоваться более легкая файловая система, которая оставалась бы доступной за пределами среды только для Windows.
HPFS
HPFS (высокопроизводительная файловая система) (High Performance File System) была создана Microsoft в сотрудничестве с IBM и представлена на рынке вместе с OS/2 1.20 в 1989 году как файловая система для серверов, которая могла обеспечить гораздо более высокую производительность по сравнению с FAT.
В отличие от FAT, которая просто выделяет любой первый свободный кластер на диске для фрагмента файла, HPFS стремится расположить файлы в непрерывных блоках или, по крайней мере, гарантировать, что ее фрагменты (называемые экстентами) расположены максимально близко друг к другу.
В начале HPFS есть три управляющих блока, занимающих 18 секторов: загрузочный блок, суперблок и резервный блок.
Оставшееся пространство хранения разделено на части смежных секторов, называемых бэндами, занимающими по 8 МБ каждый. У бэнда есть своя битовая карта распределения секторов, показывающая, какие сектора в нем заняты (1 — занято, 0 — свободно).
У каждого файла и каталога есть свой F-узел, расположенный рядом с ним на диске – эта структура содержит информацию о расположении файла и его расширенных атрибутах. Для хранения каталогов используется специальная полоса каталогов, расположенная в центре диска, а сама структура каталогов представляет собой сбалансированное дерево с алфавитными записями.
Тем не менее, HPFS имела существенные ограничения и со временем устарела. Собственная поддержка этого была удалена из Windows, начиная с NT 4.
ReFS
(Resilient File System) — это последняя разработка Microsoft, выпущенная вместе с Windows Server 2012 и позднее добавленная в Windows 8.1. Теперь он доступен и для Windows 11.
ReFS была разработана для устранения некоторых недостатков NTFS, особенно в отношении повреждения данных. Он гораздо более устойчив к сбоям благодаря механизму копирования при записи (CoW). При редактировании существующих метаданных ReFS сохраняет их копию в другую область на носителе и вместо того, чтобы перезаписывать ее на месте, обновляет копию и связывает эту измененную копию с соответствующим файлом. Таким образом, значительное количество старых копий хранится в разных местах, что позволяет легко восстановить целостность файловой системы и предотвратить потерю данных. ReFS также использует контрольные суммы, которые позволяют быстро обнаруживать любые возможные повреждения данных.
Архитектура ReFS абсолютно отличается от других форматов Windows. Он использует B+-деревья в качестве общей структуры на диске для представления как метаданных, так и данных файлов. Такое дерево состоит из корня, внутренних узлов и листьев. Каждый узел дерева имеет упорядоченный список ключей или указателей на узлы более низкого уровня (листья).
Такой дизайн делает ReFS оптимальным форматом для больших хранилищ и систем высокой доступности. Но, несмотря на свои явные преимущества, она пока не может быть столь же стабильной, как NTFS, и обеспечивать совместимость с другими устройствами на базе Windows.
DATARECOVERY.AZ
