Формат файловой системы windows

Рядовому пользователю компьютерных электронных устройств редко, но приходится сталкиваться с таким понятием, как «выбор файловой системы». Чаще всего это происходит при необходимости форматирования внешних накопителей (флешек, microSD), установке операционных систем, восстановлении данных на проблемных носителях, в том числе жестких дисках. Пользователям Windows предлагается выбрать тип файловой системы, FAT32 или NTFS, и способ форматирования (быстрое/глубокое). Дополнительно можно установить размер кластера. При использовании ОС Linux и macOS названия файловых систем могут отличаться.

Возникает логичный вопрос: что такое файловая система и в чем ее предназначение? В данной статье дадим ответы на основные вопросы касательно наиболее распространенных ФС.

Что такое файловая система

Обычно вся информация записывается, хранится и обрабатывается на различных цифровых носителях в виде файлов. Далее, в зависимости от типа файла, кодируется в виде знакомых расширений – *exe, *doc, *pdf и т.д., происходит их открытие и обработка в соответствующем программном обеспечении. Мало кто задумывается, каким образом происходит хранение и обработка цифрового массива в целом на соответствующем носителе. 

Операционная система воспринимает физический диск хранения информации как набор кластеров размером 512 байт и больше. Драйверы файловой системы организуют кластеры в файлы и каталоги, которые также являются файлами, содержащими список других файлов в этом каталоге. Эти же драйверы отслеживают, какие из кластеров в настоящее время используются, какие свободны, какие помечены как неисправные.

Запись файлов большого объема приводит к необходимости фрагментации, когда файлы не сохраняются как целые единицы, а делятся на фрагменты. Каждый фрагмент записывается в отдельные кластеры, состоящие из ячеек (размер ячейки составляет один байт). Информация о всех фрагментах, как части одного файла, хранится в файловой системе.

Файловая система связывает носитель информации (хранилище) с прикладным программным обеспечением, организуя доступ к конкретным файлам при помощи функционала взаимодействия программ API. Программа, при обращении к файлу, располагает данными только о его имени, размере и атрибутах. Всю остальную информацию, касающуюся типа носителя, на котором записан файл, и структуры хранения данных, она получает от драйвера файловой системы.

На физическом уровне драйверы ФС оптимизируют запись и считывание отдельных частей файлов для ускоренной обработки запросов, фрагментации и «склеивания» хранящейся в ячейках информации. Данный алгоритм получил распространение в большинстве популярных файловых систем на концептуальном уровне в виде иерархической структуры представления метаданных (B-trees). Технология снижает количество самых длительных дисковых операций – позиционирования головок при чтении произвольных блоков. Это позволяет не только ускорить обработку запросов, но и продлить срок службы HDD. В случае с твердотельными накопителями, где принцип записи, хранения и считывания информации отличается от применяемого в жестких дисках, ситуация с выбором оптимальной файловой системы имеет свои нюансы.

Основные функции файловых систем

Файловая система отвечает за оптимальное логическое распределение информационных данных на конкретном физическом носителе. Драйвер ФС организует взаимодействие между хранилищем, операционной системой и прикладным программным обеспечением. Правильный выбор файловой системы для конкретных пользовательских задач влияет на скорость обработки данных, принципы распределения и другие функциональные возможности, необходимые для стабильной работы любых компьютерных систем. Иными словами, это совокупность условий и правил, определяющих способ организации файлов на носителях информации.

Основными функциями файловой системы являются:

• размещение и упорядочивание на носителе данных в виде файлов;
• определение максимально поддерживаемого объема данных на носителе информации;
• создание, чтение и удаление файлов;
• назначение и изменение атрибутов файлов (размер, время создания и изменения, владелец и создатель файла, доступен только для чтения, скрытый файл, временный файл, архивный, исполняемый, максимальная длина имени файла и т.п.);
• определение структуры файла;
• поиск файлов;
• организация каталогов для логической организации файлов;
• защита файлов при системном сбое;
• защита файлов от несанкционированного доступа и изменения их содержимого. 

Картинка с сайта: timeweb.com

Задачи файловой системы

Функционал файловой системы нацелен на решение следующих задач:

• присвоение имен файлам;
• программный интерфейс работы с файлами для приложений;
• отображение логической модели файловой системы на физическую организацию хранилища данных;
• поддержка устойчивости файловой системы к сбоям питания, ошибкам аппаратных и программных средств;
• содержание параметров файла, необходимых для правильного взаимодействия с другими объектами системы (ядро, приложения и пр.). 

В многопользовательских системах реализуется задача защиты файлов от несанкционированного доступа, обеспечение совместной работы. При открытии файла одним из пользователей для других этот же файл временно будет доступен в режиме «только чтение».

Вся информация о файлах хранится в особых областях раздела (томах). Структура справочников зависит от типа файловой системы. Справочник файлов позволяет ассоциировать числовые идентификаторы уникальных файлов и дополнительную информацию о них с непосредственным содержимым файла, хранящимся в другой области раздела.

Операционные системы и типы файловых систем

Существует три основных вида операционных систем, используемых для управления любыми информационными устройствами: Windows компании Microsoft, macOS разработки Apple и операционные системы с открытым исходным кодом на базе Linux. Все они, для взаимодействия с физическими носителями, используют различные типы файловых систем, многие из которых дружат только со «своей» операционкой. В большинстве случаев они являются предустановленными, рядовые пользователи редко создают новые дисковые разделы и еще реже задумываются об их настройках.

В случае с Windows все выглядит достаточно просто: NTFS на всех дисковых разделах и FAT32 (или NTFS) на флешках. Если установлен NAS (сервер для хранения данных на файловом уровне), и в нем используется какая-то другая файловая система, то практически никто не обращает на это внимания. К нему просто подключаются по сети и качают файлы.

На мобильных гаджетах с ОС Android чаще всего установлена ФС версии ext4 во внутренней памяти и FAT32 на карточках microSD. Владельцы продукции Apple зачастую вообще не имеют представления, какая файловая система используется на их устройствах – HFS+, HFSX, APFS, WTFS или другая. Для них существуют лишь красивые значки папок и файлов в графическом интерфейсе.

Более богатый выбор у линуксоидов. Но здесь настройка и использование определенного типа файловой системы требует хотя бы минимальных навыков программирования. Тем более, мало кто задумывается, можно ли использовать в определенной ОС «неродную» файловую систему. И зачем вообще это нужно.

Рассмотрим более подробно виды файловых систем в зависимости от их предпочтительного использования с определенной операционной системой.

Файловые системы Windows 

Исходный код файловой системы, получившей название FAT, был разработан по личной договоренности владельца Microsoft Билла Гейтса с первым наемным сотрудником компании Марком Макдональдом в 1977 году. Основной задачей FAT была работа с данными в операционной системе Microsoft 8080/Z80 на базе платформы MDOS/MIDAS. Файловая система FAT претерпела несколько модификаций – FAT12, FAT16 и, наконец, FAT32, которая используется сейчас в большинстве внешних накопителей. Основным отличием каждой версии является преодоление ограниченного объема доступной для хранения информации. В дальнейшем были разработаны еще две более совершенные системы обработки и хранения данных – NTFS и ReFS.

Картинка с сайта: timeweb.com

FAT (таблица распределения файлов)

Числа в FAT12, FAT16 и FAT32 обозначают количество бит, используемых для перечисления блока файловой системы. FAT32 является фактическим стандартом и устанавливается на большинстве видов сменных носителей по умолчанию. Одной из особенностей этой версии ФС является возможность применения не только на современных моделях компьютеров, но и в устаревших устройствах и консолях, снабженных разъемом USB.

Пространство FAT32 логически разделено на три сопредельные области:

• зарезервированный сектор для служебных структур;
• табличная форма указателей;
• непосредственная зона записи содержимого файлов. 

К недостатком стандарта FAT32 относится ограничение размера файлов на диске до 4 Гб и всего раздела в пределах 8 Тб. По этой причине данная файловая система чаще всего используется в USB-накопителях и других внешних носителях информации. Для установки последней версии ОС Microsoft Windows 10 на внутреннем носителе потребуется более продвинутая файловая система. 

С целью устранения ограничений, присущих FAT32, корпорация Microsoft разработала обновленную версию файловой системы exFAT (расширенная таблица размещения файлов). Новая ФС очень схожа со своим предшественником, но позволяет пользователям хранить файлы намного большего размера, чем четыре гигабайта. В exFAT значительно снижено число перезаписей секторов, ответственных за непосредственное хранение информации. Функция очень важна для твердотельных накопителей ввиду необратимого изнашивания ячеек после определенного количества операций записи. Продукт exFAT совместим с операционными системами Mac, Android и Windows. Для Linux понадобится вспомогательное программное обеспечение.

NTFS (файловая система новой технологии)

Стандарт NTFS разработан с целью устранения недостатков, присущих более ранним версиям ФС. Впервые он был реализован в Windows NT в 1995 году, и в настоящее время является основной файловой системой для Windows. Система NTFS расширила допустимый предел размера файлов до шестнадцати гигабайт, поддерживает разделы диска до 16 Эб (эксабайт, 10¹⁸ байт). Использование системы шифрования Encryption File System (метод «прозрачного шифрования») осуществляет разграничение доступа к данным для различных пользователей, предотвращает несанкционированный доступ к содержимому файла. Файловая система позволяет использовать расширенные имена файлов, включая поддержку многоязычности в стандарте юникода UTF, в том числе в формате кириллицы. Встроенное приложение проверки жесткого диска или внешнего накопителя на ошибки файловой системы chkdsk повышает надежность работы харда, но отрицательно влияет на производительность.

ReFS (Resilient File System)

Последняя разработка Microsoft, доступная для серверов Windows 8 и 10. Архитектура файловой системы в основном организована в виде B + -tree. Файловая система ReFS обладает высокой отказоустойчивостью благодаря реализации новых функций:

• Copy-on-Write (CoW) – никакие метаданные не изменяются без копирования;
• данные записываются на новое дисковое пространство, а не поверх существующих файлов;
• при модификации метаданных новая копия хранится в свободном дисковом пространстве, затем система создает ссылку из старых метаданных на новую версию.

Все это позволяет повысить надежность хранения файлов, обеспечивает быстрое и легкое восстановление данных.

Файловые системы macOS 

Для операционной системы macOS компания Apple использует собственные разработки файловых систем: 

1. HFS+, которая является усовершенствованной версией HFS, ранее применяемой на компьютерах Macintosh, и ее более соверешенный аналог APFS. Стандарт HFS+ используется во всех устройствах под управлением продуктов Apple, включая компьютеры Mac, iPod, а также Apple X Server.
   

   Картинка с сайта: timeweb.com

2. Кластерная файловая система Apple Xsan, созданная из файловых систем StorNext и CentraVision, используется в расширенных серверных продуктах. Эта файловая система хранит файлы и папки, информацию Finder о просмотре каталогов, положениях окна и т.д.

Файловые системы Linux

В отличие от ОС Windows и macOS, ограничивающих выбор файловой системы предустановленными вариантами, Linux предоставляет возможность использования нескольких ФС, каждая из которых оптимизирована для решения определенных задач. Файловые системы в Linux используются не только для работы с файлами на диске, но и для хранения данных в оперативной памяти или доступа к конфигурации ядра во время работы системы. Все они включены в ядро и могут использоваться в качестве корневой файловой системы.

Картинка с сайта: timeweb.com

Основные файловые системы, используемые в дистрибутивах Linux:

• Ext2;
• Ext3;
• Ext4;
• JFS;
• ReiserFS;
• XFS;
• Btrfs;
• ZFS.

Ext2, Ext3, Ext4 или Extended Filesystem – стандартная файловая система, первоначально разработанная еще для Minix. Содержит максимальное количество функций и является наиболее стабильной в связи с редкими изменениями кодовой базы. Начиная с ext3 в системе используется функция журналирования. Сегодня версия ext4 присутствует во всех дистрибутивах Linux. 

JFS или Journaled File System разработана в IBM в качестве альтернативы для файловых систем ext. Сейчас она используется там, где необходима высокая стабильность и минимальное потребление ресурсов (в первую очередь в многопроцессорных компьютерах). В журнале хранятся только метаданные, что позволяет восстанавливать старые версии файлов после сбоев.

ReiserFS также разработана в качестве альтернативы ext3, поддерживает только Linux. Динамический размер блока позволяет упаковывать несколько небольших файлов в один блок, что предотвращает фрагментацию и улучшает работу с небольшими файлами. Недостатком является риск потери данных при отключении энергии. 

XFS рассчитана на файлы большого размера, поддерживает диски до 2 терабайт. Преимуществом системы является высокая скорость работы с большими файлами, отложенное выделение места, увеличение разделов на лету, незначительный размер служебной информации. К недостаткам относится невозможность уменьшения размера, сложность восстановления данных и риск потери файлов при аварийном отключении питания.

Btrfs или B-Tree File System легко администрируется, обладает высокой отказоустойчивостью и производительностью. Используется как файловая система по умолчанию в OpenSUSE и SUSE Linux.

Другие ФС, такие как NTFS, FAT, HFS, могут использоваться в Linux, но корневая файловая система на них не устанавливается, поскольку они для этого не предназначены.

Дополнительные файловые системы

В операционных системах семейства Unix BSD (созданы на базе Linux) и Sun Solaris чаще всего используются различные версии ФС UFS (Unix File System), известной также под названием FFS (Fast File System). В современных компьютерных технологиях данные файловые системы могут быть заменены на альтернативные: ZFS для Solaris, JFS и ее производные для Unix.

Кластерные файловые системы включают поддержку распределенных хранилищ, расширяемость и модульность. К ним относятся:

• ZFS – «Zettabyte File System» разработана для распределенных хранилищ Sun Solaris OS;
• Apple Xsan – эволюция компании Apple в CentraVision и более поздних разработках StorNext; 
• VMFS (Файловая система виртуальных машин) разработана компанией VMware для VMware ESX Server;
• GFS – Red Hat Linux именуется как «глобальная файловая система» для Linux;
• JFS1 – оригинальный (устаревший) дизайн файловой системы IBM JFS, используемой в старых системах хранения AIX. 

Практический пример использования файловых систем

Владельцы мобильных гаджетов для хранения большого объема информации используют дополнительные твердотельные накопители microSD (HC), по умолчанию отформатированные в стандарте FAT32. Это является основным препятствием для установки на них приложений и переноса данных из внутренней памяти. Чтобы решить эту проблему, необходимо создать на карточке раздел с ext3 или ext4. На него можно перенести все файловые атрибуты (включая владельца и права доступа), чтобы любое приложение могло работать так, словно запустилось из внутренней памяти.

Операционная система Windows не умеет делать на флешках больше одного раздела. С этой задачей легко справится Linux, который можно запустить, например, в виртуальной среде. Второй вариант — использование специальной  утилиты для работы с логической разметкой, такой как MiniTool Partition Wizard Free. Обнаружив на карточке дополнительный первичный раздел с ext3/ext4, приложение Андроид Link2SD и аналогичные ему предложат куда больше вариантов.

Картинка с сайта: timeweb.com

Флешки и карты памяти быстро умирают как раз из-за того, что любое изменение в FAT32 вызывает перезапись одних и тех же секторов. Гораздо лучше использовать на флеш-картах NTFS с ее устойчивой к сбоям таблицей $MFT. Небольшие файлы могут храниться прямо в главной файловой таблице, а расширения и копии записываются в разные области флеш-памяти. Благодаря индексации на NTFS поиск выполняется быстрее. Аналогичных примеров оптимизации работы с различными накопителями за счет правильного использования возможностей файловых систем существует множество.

Надеюсь, краткий обзор основных ФС поможет решить практические задачи в части правильного выбора и настройки ваших компьютерных устройств в повседневной практике.

Windows, как и любая другая операционная система, поддерживает работу с разнообразными файловыми системами. Каждая из них предусматривает свои ключевые особенности и нюансы, о которых необходимо знать каждому ПК-пользователю.

Далее предстоит изучить файловые системы Windows. Необходимо выяснить, что они собой представляют, какими бывают, для чего используются. Особое внимание будет уделено NTFS как наиболее распространенной файловой системе. Информация, представленная далее, рассчитана на широкую публику. Она пригодится и обычному ПК-пользователю, и IT-специалисту.

Файловая система – это…

Данные обычно записываются, хранятся, обрабатываются на различных цифровых носителях в виде файлов. Далее, в зависимости от типа того или иного документа, осуществляется кодирование в виде знакомых каждому расширений – .exe, .pdf, .doc и других, а затем производится его открытие и обработка в соответствующем программном обеспечении.

Файловая система (file system или ФС) – это порядок, определяющий способ хранения, организации и именования данных на информационных носителях компьютеров и другого оборудования. Она будет определять формат содержимого, а также способ физического хранения данных, которые группируются в файлы.

Файловая система используется для связи хранилища (информации) с прикладным программным обеспечением, организуя доступ к конкретным документам через функционал взаимодействия программ API. Приложение, при обращении к файлам, знает только их имена, атрибуты и размеры. Все остальные сведения относительно типа носителя, на котором записан обрабатываемый документ, а также информация о структуре хранения данных, может быть получена от драйвера файловой системы.

Основные функции

Файловая система отвечает за оптимальное логическое распределение данных на определенном физическом носителе. Ее драйвер организует взаимодействие между:

• информационным хранилищем;
• операционной системой;
• прикладным программным обеспечением.

Грамотный выбор файловой системы для определенных пользовательских задач оказывает прямое воздействие на скорость обработки данных, принципы распределения и иные функциональные возможности, необходимые для стабильной работы компьютерных систем.

К основным функциям файловых систем относят:

• определение максимального объема данных, который может поддерживать тот или иной информационный носитель;
• создание, чтение и удаление файлов;
• поиск документов;
• определение структуры файла;
• организация каталогов;
• защита документов от системных сбоев и попыток получения несанкционированного доступа;
• назначение и изменение атрибутов файлов (размера, времени создания/изменения, владельца и создателя документа, максимальная длина имени файла и так далее);
• размещение и упорядочивание информации в виде файлов на выбранном носителе.

Эти функции характерны не только файловой системе NTFS, но и другим ФС. Другие функции рассматриваемый элемент не выполняет.

Задачи файловой системы

Функциональные возможности файловых систем направлены на решение определенного спектра задач. К ним относят:

• присвоение документам имен;
• поддержка устойчивости системы файлов ко всевозможным ошибкам и сбоям;
• содержание параметров документа, необходимых для корректного взаимодействия с другими объектами системы (ядром, приложениями и так далее);
• формирование программного интерфейса для взаимодействия приложений с документами;
• отображение логической модели файловой системы на физическую организацию информационного хранилища.

Во многопользовательских системах обеспечивается защита файлов от несанкционированного доступа, а также предоставляются возможности для совместной работы. Если один документ открыт пользователем, для других он будет временно доступен в режиме «только для чтения».

Все данные о файлах хранятся в специальных областях раздела – томах. Их структура полностью зависит от типа используемой файловой системы. Справочник файлов дает возможность ассоциировать числовые идентификаторы уникальных документов и дополнительные сведения о них с непосредственным содержимым файла, находящегося в другом области тома.

У операционных систем Windows встречаются различные файловые системы. К ним можно отнести:

• NTFS;
• FAT;
• ReFS.

Далее каждая из них будет рассмотрена более подробно. Особое внимание предстоит уделить файловой системе NTFS.

FAT – таблица распределения файлов

FAT – это самая первая ФС, которая появилась в Windows. Она была разработана по договоренности Билла Гейтса с первым наемным сотрудником Microsoft Марком Макдональдом в 1977 году. Ключевой задачей FAT стала работа с информацией в Microsoft 8080/x80 на базе платформы MDOS/MIDAS.

FAT перетерпела за время своего существования несколько модификаций: FAT12, FAT16, FAT32. Последняя до сих пор используется на большинстве внешних накопителей. Модификации отличаются друг от друга объемом доступной для хранения информации. Цифры 12, 16 и 32 указывают на количество бит, используемых для перечисления блока файловой системы.

FAT32 – это фактический стандарт в Windows. Он устанавливается на большинстве сменных носителей по умолчанию. FAT32 может использоваться не только на современных компьютерах, но и на устаревшем оборудовании/консолях, оснащенных USB-разъемом.

FAT32 предусматривает логическое разделение на три области:

• табличная форма указателей;
• место, зарезервированное для служебных структур;
• непосредственное пространство записи содержимого документов.

Пользуясь файловой системой FAT32, необходимо помнить о недостатке этого стандарта – ограничение размера документов на диске до 4 Гб, а всего раздела – до 8 Гб. Из-за соответствующей особенности FAT32 обычно устанавливается на USB-накопители и иные внешние информационные хранилища.

Для устранения ограничений упомянутого стандарта Microsoft создали обновленную файловую систему – exFAT. Она дает возможность хранить документы большего размера. Число перезаписей секторов, ответственных за непосредственное хранение файлов, здесь значительно снижено. Стандарт exFAT поддерживает совместимость с Android, macOS, Windows. Для Linux необходимо воспользоваться вспомогательным программным обеспечением.

ReFS

ReFS – это свежая разработка от компании Microsoft. Она доступна для серверов Windows 8 и 10. Архитектура тут представлена преимущественно в виде B + -tree. ReFS обладает высокой отказоустойчивостью. Это обусловлено наличием следующих функций:

• Copy-on-Write (CoW) – никакие метаданные не будут изменяться без копирования;
• информация записывается на новое дисковое пространство, а не поверх существующих документов;
• при модификации новая копия хранится на свободном дисковом пространстве, после чего система формирует ссылку из метаданных на новую версию.

ReFS – это файловая система, которая обеспечивает надежное хранение документов. А еще – гарантирует быстрое и легкое восстановление данных в случае необходимости.

NTFS

NTFS – это файловая система новой технологии. Стандарт, который достоин более детального изучения. Он был разработан с целью устранения недостатков FAT.

Первая реализация NTFS встретилась в Windows NT в 1995 году. С тех пор она используется в качестве основной файловой системы семейства Windows. Этот стандарт может расширить максимальный размер файла до 16 ГБ. NTFS поддерживает возможность формирования разделов диска до 16 Эб.

Свойства

NTFS – это файловая система, которая поддерживает следующие свойства:

• работа с большими документами;
• надежность за счет использования журналирования;
• простая процедура восстановления данных;
• управление доступом и безопасностью;
• поддержка шифрования и сжатия;
• поддержка дополнительных атрибутов.

Все эти особенности будут рассмотрены далее более подробно. Они помогут лучше изучить файловую систему NTFS и ее особенности.

Структура

NTFS предусматривает следующую структуру:

1. Загрузочный сектор. Это самый первый сектор на диске. Он включает в себя информацию о файловой системе, а также позволяет операционной системе запуститься на устройстве. поддерживает код загрузчика и таблицу разделов.
2. Мастер файловой таблицы (MFT). Так называется центральная структура NTFS, включающая данные обо всех файлах и папках на диске. Каждый документ и каталог предусматривают наличие собственной записи в MFT, которая содержит метаданные: имя файла, атрибуты, ссылки на физические блоки информации.
3. Атрибуты файлов и папок. В NTFS они используются для хранения дополнительных данных о файлах и папках. Пример – информация о владельце документа, времени создания и изменения, пользовательские сведения. За счет соответствующей особенности NTFS получает инструменты гибкого управления и организации файлов.
4. Аллокационные единицы (кластеры). Они представлены информационными блоками, на которые разбивается диск. Каждый кластер NTFS обладает фиксированным размером и содержит данные документов или метаданные. Изучаемый стандарт задействует алгоритмы сжатия и фрагментации для эффективного использования дискового пространства.
5. Журнал файловой системы (NTFS journal). Представлен механизмом, записывающим любые изменения, происходящие в пределах используемого диска. С его помощью удастся восстановить файловую систему NTFS при сбоях и ошибках. Журнал также отвечает за целостность данных и защиту от информационных потерь.

Такой состав NTFS позволяет обеспечить эффективное управление данными и возможность их восстановления, а также обезопасить имеющиеся документы. Windows за счет NTFS будет эффективно работать с имеющимися элементами и папками, обеспечивая высокий уровень производительности и надежности.

Журналирование

NTFS использует журналирование. Оно присуще всем современным операционным системам. За счет журналирования NTFS и другие ФС при системной сбое или аварийном завершении работы можно восстановить до последнего рабочего состояния. Документы утрачены не будут.

Работа с информацией за счет журналирования в NTFS осуществляется по принципу транзакций: операция будет совершена полностью или не совершаться вовсе. Примером может послужить запись системного документа на диск. Компьютер с NTFS создает пометки в метафайле MFT и ведет мини-журнал процесса копирования. Это происходит до тех пор, пока документ не будет записан полностью на необходимый раздел диска. Если устройство в процессе записи перезагружается, при следующем включении система обратится к журналу NTFS, узнает о совершенных и несовершенных транзакция, а затем оставит лишь те, что помечены как завершенные. Остальные транзакции вычеркиваются, а файлы удаляются или возвращаются на место.

Такая схема эффективна только с системными документами. Это связано с тем, что пользовательская информация может быть повреждена или вовсе удалиться при системном сбое. NTFS и другие использующие журналирование стандарты допускают проверку при помощи контрольных точек восстановления – их компьютер создает время от времени. Соответствующие точки можно использовать для отказа до прежних состояний ОС.

Шифрование

Шифрование – это отдельная надстройка над ФС устройства. Она дает возможность закрыть пользовательские данные от посторонних практически на аппаратном уровне. В NTFS шифрование имеет значимую роль. Защищенные таким образом файлы не получится просмотреть на другом компьютере, а также после смены операционной системы или материнской платы.

NTFS в Windows формирует ключи и сертификаты, актуальные только для той сборки системы, на которой было подключено соответствующее шифрование. Рассматриваемый стандарт также выделяется:

• поддержкой крупных томов и документов;
• несколькими уровнями безопасности;
• возможностью сжатия;
• поддержкой огромного количества файлов;
• возможностью распределения прав доступа.

NTFS ориентирована на работу с операционной системой, а также на взаимодействие с носителями с большим объемом и несколькими разделами.

Преимущества и недостатки NTFS

NTFS – стандарт организации файлов и папок, который предусматривает следующие преимущества:

1. Надежность. NTFS гарантирует целостность информации и высокую надежность.
2. Огромные возможности хранения. Стандарт поддерживает большие размеров документов и разделов: 16 Эб и 256 Тб соответственно.
3. Безопасность.
4. Управление дисками. NTFS позволяет организовать эффективное управление жестким диском и его разделами. У него есть функции динамического разделения дискового пространства, сжатия файлов и создания теневых копий.
5. Поддержка многопользовательской среды.

Изучая информацию о файловой системе NTFS, необходимо обратить внимание и на ее недостатки. К ним можно отнести:

1. Скорость работы. NTFS может работать чуть медленнее, чем другие файловые системы.
2. Сложность. Структура и механизмы стандарта более сложные. За счет этого у пользователей могут возникать проблемы в процессе отладки и восстановления данных.
3. Совместимость. У NTFS нет полной совместимости с отдельными операционными системами. Из-за соответствующей особенности не исключены проблемы при обмене документами между разными ОС.

Несмотря на это, NTFS пользуется спросом в Windows. Лучше изучить особенности этого стандарта помогут дистанционные компьютерные курсы. Они рассчитаны на срок от нескольких месяцев до года. Весь образовательный процесс сопровождается богатой практикой и формированием портфолио. В конце курса каждый успешно завершивший его получит электронный сертификат, подтверждающий приобретенные навыки и знания.

Хотите освоить современную IT-специальность? Огромный выбор курсов по востребованным IT-направлениям есть в Otus! 

Вы знаете, что Windows Phone использует NTFS? Почему большинство карт памяти и почти все USB-накопители по-прежнему используют старый-добрый FAT? Почему вы можете хранить полноразмерные HD-фильмы на некоторых флеш-накопителях и не можете на других? Почему некоторые устройства поддерживают только карты памяти SDHC до 32 ГБ, и что можно сделать, чтобы заставить их использовать 64 ГБ SDXC? Эти и многие другие вопросы связаны с типом файловой системы, используемой конкретным устройством хранения. Но как это связано с Windows?

Картинка с сайта: recovery-software.ru

Содержание

1. Файловые системы Windows
2. FAT32: Очевидный выбор
3. NTFS: системный диск
4. exFAT: лучшее, если поддерживается…
5. ReFS: лучшее решение для сервера
6. Сравнение файловых систем или какую файловую системы выбрать?
7. Открытие файловых систем в Windows и восстановление данных

Файловые системы Windows

В начале истории персональных компьютеров (думаю, в эпоху текстовых DOS-боксов и дискет) единственной используемой файловой системой была FAT12. С появлением жестких дисков, способных хранить несколько мегабайт данных (да, именно мегабайт, а не гигабайт!) была разработана новая версия FAT под названием FAT16. Под эту файловую систему и разрабатывался Windows 95, получив лишь «апгрейд» в виде поддержки более длинных имен файлов. В Windows 98 Microsoft добавили поддержку еще одной новой версии FAT под названием FAT32 для поддержки больших жестких дисков (да, к тому времени мы уже начали измерять дисковое пространство в гигабайтах).

В параллельной вселенной Windows NT Microsoft все время использовала файловую систему новых технологий, или NTFS. Windows NT 4, Windows 2000, а затем Windows XP, Vista, Windows 7, 8, 8.1 и новые Windows 10 используют NTFS.

В еще одной параллельной вселенной – вселенной съемного хранилища вы можете выбирать между универсальным FAT32 (при этом столкнувшись с его ограничением в размерах файлов в 4 ГБ) и более новым, но не так широко поддерживаемым (из-за ограничений по лицензированию) exFAT. Кстати, exFAT используется в качестве файловой системы по выбору на всех картах SDXC емкостью 64 ГБ и более.

Итак, в настоящее время у нас есть три различных семейства файловых систем: древняя, но все же широко применяемая FAT32, новая NTFS и свежеразработанная, оптимизированная на основе Solid ExFAT. Какую из этих файловых систем использовать, и когда? И каковы различия между ними?

FAT32: Очевидный выбор

FAT32 по-прежнему остается единственной файловой системой, используемой в Windows 98 или Windows ME. FAT32 фактически является файловой системой выбора для карт памяти SD до 32ГБ включительно. Наконец, FAT32 часто используется для форматирования USB-накопителей, в том числе емкостью 64ГБ и выше.

Старичок FAT32… Его основные ограничения хорошо известны. FAT32 поддерживает работу с файлами размером не более 4 ГБ. Если кажется, что для одного файла это много, вспомните о том, что один видеоролик в формате HD занимает от 4,5 до 10 ГБ, и сразу станет понятно, насколько данное ограничение существенно в современных реалиях. Его другие ограничения включают в себя отсутствие надежной поддержки, абсолютное отсутствие контроля доступа, отсутствия шифрования, сжатия или отказоустойчивости.

Иначе говоря, это совершенно простая и легкая файловая система, которая подходит практически для любой портативной электроники с низкой производительностью, такой как цифровые камеры и видеокамеры, простые смартфоны, MP3-плееры и аналогичные устройства. Из-за его почтенного возраста и широкой популярности в Windows с 1997 года FAT32 поддерживается практически всей техникой, включая холодильник и кофеварку. Другими словами, если вы хотите носить с собой одно съемное запоминающее устройство и быть уверенным, что его можно использовать с любым подключаемым модулем, FAT32 – то, что вам нужно.

NTFS: системный диск

Однако ограничения FAT32 не позволят эффективно использовать ее в современных вычислительных средах. Отсутствие контроля доступа – это одно, абсолютное отсутствие ведения журнала и каких-либо намеков на отказоустойчивость – это другое. Ограниченный размер файла также является огромным минусом. В результате Microsoft представила новую файловую систему, которую они назвали файловой системой новых технологий, или NTFS.

В NTFS есть все, чего не хватает FAT. Мощные параметры контроля доступа? Пожалуйста. Отказоустойчивость и ведение журнала? Получите. Мгновенное сжатие и шифрование отдельных файлов, папок и целых томов диска? Конечно. Альтернативные потоки данных, повышенные меры безопасности, резервное копирование самой файловой системы и важных системных файлов и многие другие функции… Начиная с его первоначального выпуска в 1994 году, NTFS получала все новые обновления, в том числе, повышающие ее совместимость. Ее великолепный дизайн и простая реализация по-прежнему не имеют аналогов среди других файловых систем даже сегодня. Она достаточно универсальна для использования даже на смартфонах начального уровня под управлением Windows Phone 8 и 8.1. Но, если это такая отличная файловая система, почему ее не используют все и везде?

Как вы могли ожидать, NTFS не лишена недостатков. Разработанная еще в 1994 году для серверных операций, эта файловая система всегда требовала большой вычислительной мощности для поддержания своих многочисленных структур. Ее системные записи быстро растут, занимают драгоценное пространство и добавляют дополнительную нагрузку на эти устройства хранения, использующие флэш-память NAND. Наконец, если использовать что-либо, кроме больших жестких дисков, ее накладные расходы окажутся слишком велики, поэтому всеобщее признание система пока так и не завоевала. И последнее, но не менее важное: NTFS запатентована Microsoft, которые не желают открывать лицензии на эту файловую систему конкурентам.

exFAT: лучшее, если поддерживается…

Чтобы преодолеть ограничения FAT32 и уменьшить дополнительную нагрузку, оказываемую NTFS на носители на основе NAND, Microsoft разработала еще одну файловую систему под названием Extended FAT или exFAT. Эта файловая система в значительной степени основана на той же концепции, что и оригинальный FAT, только теперь она является настоящей 64-битной файловой системой без ограничения размера файла, существующего в FAT32. Именно поэтому exFAT используется как стандарт для больших SD-карт (стандарт SDXC требует, чтобы все SD-карты размером 64 ГБ и более были отформатированы с помощью exFAT). Поэтому, если вы покупаете 64-гигабайтную карту microSDXC, она будет работать на основе exFAT … и по этой причине она может не распознаваться вашим смартфоном или планшетом.

Причина, по которой exFAT не заменила древний FAT32 повсюду – платное лицензирование. В отличие от FAT32, которая бесплатна для всех без роялти, с производителей, которые хотят использовать exFAT на своих устройствах Microsoft взимает плату за лицензирование. В результате создатели телефонов Android, низкоуровневых Android-планшетов и дешевых камеры предпочитают сэкономить несколько центов стоимости устройств (в пересчете на единицу выпущенной техники) на лицензировании, предпочитая исключить exFAT из списка поддерживаемых файловых систем. В результате, если вы вставляете новую 64-гигабайтную микро SD-карту в такое устройство, карта, скорее всего, не будет распознана.

Можете ли вы самолично преодолеть это ограничение? В большинстве случаев да, и довольно легко. Просто подключите свою SD-карту к ПК через устройство чтения карт и отформатируйте ее с помощью … вы догадались… FAT32! Таким образом, вы потеряете возможность хранить на ней файлы размером более 4 ГБ, но ваша карта памяти, скорее всего, будет распознана и будет бесперебойно работать на устройстве Android, которое по техническим характеристикам вроде как и не должно поддерживать SD-карты емкостью более 32 ГБ.

(Обратите внимание, что некоторые устройства могут быть слишком старыми, чтобы распознавать карты памяти SDXC чисто физически. Да, таковые не производятся вот уже несколько лет, но выпущенные ранее устройства могут по-прежнему не поддерживать карту SDXC независимо от того, с какой файловой системой она поставляются)

Однако минуточку… Windows Phone – это ОС Microsoft, так не будут ли устройства Windows Phone поддерживать exFAT по умолчанию? Так и есть! Windows Phone 8 и 8.1 действительно поставляются со встроенной поддержкой exFAT, бесплатной для производителей, которые хотят выпускать устройства для платформы Windows Phone. Microsoft предлагает бесплатную лицензию exFAT в рамках своего «пакета стимулирования», призванного побудить большее число производителей присоединиться к платформе Windows Phone.

Наконец, все или почти все планшеты с операционной системой Windows RT и полной версией Windows 8 или 8.1 поддерживают exFAT и распознают 64-ГБ и более крупные SD-карты без труда.

ReFS: лучшее решение для сервера

Еще одной отличной файловой системой является ReFS. Изначально она была добавлена в Windows 10 по умолчанию, однако позже ее убрали. Одной из причин является то, что ReFS вполне способна заменить файловую систему NTFS, так как с самого начала ReFS была призвана исправить её недостатки.

Немного позже компания Microsoft оценила потенциал ReFS и ее модернизировали под нужды Windows Server, удалив некоторые функции, которые использовались для обычной Windows.

Таким образом, получилось, что NTFS осталась основной файловой системой обычной Windows, а ReFS переехала в Windows Server чтобы обеспечить более быструю работу серверов и новые возможности.

Несмотря на все это, пользователи настольной версии Windows могут без проблем открывать ReFS накопители, но возможность создать ReFS диск при помощи встроенных средств отсутствует.

Но в чем же особенности файловой системы ReFS?

Начать, пожалуй, стоит с постоянной проверки контрольных сумм. Благодаря этому значительно возрастает уровень защиты данных от повреждения, так как файловая система автоматически обнаруживает и исправляет проблемы с некорректными данными.

Еще появилась возможность быстрого масштабирования данных без падения скорости работы.

В ReFS реализована технология copy-on-write, благодаря чему риск потери данных во время переноса сведен к минимуму.

ReFS отлично подходит для клонирования виртуальных машин за счет более быстрого создания фиксированных виртуальных жестких дисков (VHD). Таким образом получается сэкономить немало времени.

В ReFS было уделено большое внимание работе в зеркальными томами. Восстановление поврежденных данных на зеркальном диске (томе) происходит в разы быстрее чем в других файловых системах.

Постоянный анализ ReFS самой себя избавляет от нужды периодического сканирования диска на наличие ошибок и битых секторов. Все проблемы находятся и исправляются автоматически в реальном времени.

Помимо этих нововведений можно также отметить базовые, такие как увеличенный размер одного тома (до 262144 экзабайт) и возможность использовать до 32768 символов в пути файла, а также поддержку шифрования BitLocker (хотя, в настоящее время поддерживается только этот метод шифрования).

Таким образом получилось, что обычный пользователь не реализовал бы многие из них по ненадобности, в то время, как для сервера это базовые необходимые вещи.

В то же время у файловой системы ReFS есть несколько недостатков в виде отсутствия поддержки сжатия файловой системы, жестких ссылок, транзакций, укороченных имен, которые используются для взаимодействия со старым ПО, отсутствие квот и уровней хранилища, а также отсутствие поддержки дедупликации данных. Несмотря на это, файловая система ReFS это лучшее решение для пулов серверных носителей, где важно безопасное хранение большого количества данных.

На последок, хотелось бы сказать, что в сети интернет появляется все больше слухов о том, что в ближайшем будущем будет создана еще одна версия файловой системы ReFS, полностью адаптирована для работы на настольных версиях Windows, которая сможет ускорить работу компьютера и полностью заменит NTFS.

Сравнение файловых систем или какую файловую системы выбрать?

Не существует файловой системы, которая была бы идеальной и обладала только одними преимуществами. Каждая файловая система приносит какие-то свои функции, принося в жертву другие. Именно поэтому, при выборе файловой системы для накопителя, в первую очередь следует ориентироваться на то, где именно накопитель будет использоваться и что именно вы хотите получить.

Если речь идет о переносе файлов большого размера лучше всего отказаться от использования файловой системы FAT (16, 32), так как они не поддерживают хранение файлов больше 4 ГБ. В таком случае, если вы используете операционную систему Windows, вам лучше обратить внимание на файловую систему exFAT.

То, как именно вы планируете использовать ваш накопитель тоже играет огромную роль. К примеру, если накопитель используется для переноса данных с одного компьютера на другой – лучше использовать NTFS или exFAT, так как их поддерживает большинство операционных систем и у вас не будет возникать проблем с совместимостью.

Если же речь идет об использовании на серверах или NAS системах – есть смысл обратить внимание на ReFS, UFS, ZFS. Тут многое зависит от типа сервера и в какой отрасли он используется, так как каждая из этих файловых систем обладает своими преимуществами и недостатками. Больше информации об этих файловых системах вы можете найти в статьях «ReFS – и восстановление данных», «UFS – преимущества и недостатки», «ZFS – особенности работы, преимущества и недостатки».

Если же речь идет об использовании операционной системы Linux – то для нее наиболее предпочтительным вариантом будет ext4, так как она поддерживается на уровне ядра и достаточно производительна для большинства задач.

Открытие файловых систем в Windows и восстановление данных

По умолчанию операционная система Windows поддерживает только такие файловые системы как FAT, NTFS и exFAT. Но если вы использовали ваш накопитель в другой операционной системе, которая использует, к примеру, Btrfs или UFS, тогда у вас возникнут проблемы с открытием такого накопителя в Windows. А поскольку Windows является самой популярной системой – необходимость открыть диск, отформатированный в «чужой» для Windows файловой системе возникает довольно часто. Ну и нельзя не упомянуть, к примеру, что многие телевизоры используют в своей работе файловую систему ext3, которая не поддерживается в Windows.

К счастью есть простое решение как быстро и без проблем открыть такой накопитель в Windows. Речь идет о программе RS Partition Recovery, которая проста в использовании и не требовательна к ресурсам компьютера.

Кроме того, RS Partition Recovery поддерживает ВСЕ современные файловые системы, такие как FAT, NTFS, exFAT, Ext2,3,4, UFS, Btrfs, ReFS, APFS, HFS+, XFS, ReiserFS, HikvisionFS.

Картинка с сайта: recovery-software.ru

Просто подключите ваш накопитель и извлеките нужные данные.

Однако самое важное преимущество RS Partition Recovery заключается в возможности восстановления утерянных данных.

Зачастую бывает, что при подключении накопителя с файловой системой, не знакомой Windows сразу же выскакивает окно с предложением отформатировать диск. Но наихудшим является тот факт, что нередко из-за того, что Windows не знает, как правильно работать с диском — она может повредить логическую структуре диска и сделать данные нечитаемыми.

Ну и нельзя исключать человеческий фактор, так как чаще всего именно действия пользователя приводят в потере ценной информации.

Во всех этих случаях RS Partition Recovery станет отличным помощником, который благодаря интуитивно-понятному интерфейсу и встроенному помощнику восстановит ваши данные в несколько кликов.