Выбор файловой системы жестких дисков – задача, с которой обязательно столкнется системный администратор, а иногда – еще и обычный ПК-пользователь. Чаще всего соответствующая операция необходима в процессе форматирования внешних накопителей, установки операционных систем (ОС), восстановления данных. У разных ОС спектр поддерживаемых файловых систем может отличаться.
Далее предстоит познакомиться с соответствующим элементом поближе. Необходимо выяснить, что собой представляет файловая система, какими особенностями и типами она обладает. Особое внимание будет уделено FAT32, которая чаще всего встречается в Windows. Предложенная ниже информация пригодится как IT-специалистам, так и обычным ПК-пользователям.
Файловая система – это…
Файловая система (ФС) – способ хранения и организации данных на том или ином носителе. От этого компонента зависит, как файлы будут кодироваться, храниться на устройстве, а также считываться компьютером.
Файловые системы связывают хранилище (информационные носители) с прикладным программным обеспечением, организуя доступ к определенным файлам за счет функционального взаимодействия программ API. Приложение в процессе обращения к тому или иному документу располагает лишь следующей информацией о нем:
- размер документа;
- атрибуты;
- имя файла.
Все остальные сведения, касающиеся типа носителя, на котором записан документ, а также структуры хранения информации, программа получит от драйверов файловой системы.
Основные функции
ФС – это элемент, отвечающий за оптимальное логическое распределение информации на конкретном физическом носителе. Его драйвер будет организовывать взаимодействие между хранилищем, операционной системой, а также прикладным программным обеспечением.
Грамотный подход к выбору файловой системы для определенных пользовательских задач оказывает влияние на скорость обработки данных, принципы распределения и иные функциональные возможности, необходимые для стабильного функционирования любых компьютерных систем.
К ключевым функциям ФС относят:
- создание, чтение, удаление документов;
- определение максимально поддерживаемого объема данных на используемом информационном носителе;
- размещение и упорядочивание на носителей данных в виде документов;
- поиск файлов;
- определение структуры имеющихся документов;
- назначение и изменение файловых атрибутов;
- защита документов при системных сбоях и в случае несанкционированного доступа.
К задачам файловых систем относят:
- присвоение файлам имен;
- предоставление программного интерфейса работы с документами для разнообразных приложений;
- отображение логической модели ФС на физическую организацию информационного хранилища;
- обеспечение устойчивости файловой системы к различным сбоям и ошибкам;
- содержание параметров документа, необходимых для правильного взаимодействия с другими системными компонентами (ядром, приложениями и так далее).
Многопользовательские системы также реализуют задачи защиты документов от несанкционированного доступа и обеспечения совместной работы. Если файл открыт одним пользователем, для других он будет временно доступен лишь в режиме «Только для чтения».
Все данные о документах хранятся в особых областях раздела – томах. Структура справочников будет напрямую зависеть от типа ФС. Справочник документов позволяет ассоциировать числовые идентификаторы уникальных файлов и дополнительные сведения о них непосредственно с содержимым документа, хранящимся в другом месте раздела.
Файловые системы WindowsOS
В Windows поддерживаются следующие типы файловых систем:
- NTFS;
- FAT;
- ReFS.
Каждая из них предусматривает свои ключевые особенности и ограничения. Знать о них должны все пользователи Windows как наиболее распространенной операционной системы для ПК и ноутбуков.
ReFS
Новейшая разработка от компании Windows. ReFS (Resilient File System) ориентирована на работу с серверами Windows 8 и 10. Ее архитектура организована преимущественно в виде B + -tree. ReFS предусматривает высокую отказоустойчивость за счет реализации новых функций:
- Copy-on-Write (CoW) – никакие метаданные не могут быть изменены без копирования;
- информация будет записываться на новое дисковое пространство, а не поверх уже существующих документов;
- в процессе модификации метаданных новая копия размещается на свободном дисковом пространстве, после чего система сформирует ссылку из старых метаданных на новую версию.
Такой подход позволяет повысить уровень надежности хранения документов, а также обеспечивает более легкое и быстрое восстановление данных.
FAT
FAT – самый первый вид файловых систем в Windows. Стандарт предусматривает несколько версий:
- FA12;
- FAT16;
- FAT32.
Числа здесь указывают на количество бит, используемых для перечисления одного блока ФС. FAT32 – это фактический стандарт. Он устанавливается на большинстве современных носителей по умолчанию. FAT32 – это лучшая универсальная файловая система. Она может быть использована как на современных компьютерах, так и на устаревших консолях и носителях с поддержкой USB-разъемов.
У FAT32 пространство распределяется на несколько сопредельных областей:
- табличная форма указателей;
- сектор, зарезервированный под служебные структуры;
- непосредственная область записи документов.
У FAT32 предусмотрены некоторые ограничения. К ним относят:
- максимально допустимый размер файла на диске – не более 4ГБ;
- весь раздел FAT32 может быть до 8 Тб.
Данные особенности сделали FAT32 файловой системой, которая чаще всего встречается в USB-накопителях и иных внешних информационных носителях. Для установки последней версии MS Windows 10 на внутреннем носителе необходимо пользоваться более продвинутой ФС.
exFAT
Еще одной файловой системой Windows является exFAT. Ее нельзя отнести к полноценным ФС. Это расширенная таблица размещения файлов, созданная для устранения недостатков FAT32. Она очень похожа на своего предшественника, но дает возможность пользователям хранить документы намного большего размера.
В exFAT значительно уменьшено количество перезаписей секторов, ответственных за хранение данных. Эта функция имеет огромную значимость для твердотельных накопителей из-за необратимого изнашивания ячеек после определенного количества перезаписи. ФС exFAT предусматривает совместимость не только с Windows, но и с macOS и Android. Для Linux придется загружать дополнительное программное обеспечение.
NTFS
NTFS – это файловая система новой технологии, которая более совершенна, чем FAT32. Стандарт был разработан для устранения недостатков FAT. Он впервые появился в 1995 году в Windows NY. На текущий момент NTFS – это основная файловая система WindowsOS.
NTFS допускает максимальный размер файлов до 16 Гб. Эта ФС поддерживает разделы диска до 16 Эб (эксабайт). В ней имеется система шифрования Encryption File System – «метод прозрачного шифрования», с помощью которой осуществляется разграничение доступа к данным для разных пользователей. Эта технология предотвращает предоставление несанкционированного доступа к содержимому документов.
NTFS – это файловая система в Windows, которая дает возможность использования расширенных имен файлов, включая поддержку многоязычности в стандарте Юникода UTF. Встроенное приложение проверки жесткого диска или внешнего накопителя на наличие ошибок chkdsk увеличивает надежность работы устройства, но отрицательно влияет на производительность.
Файловые системы macOS и Linux
В macOS от компании Apple используются собственные разработки файловых систем. К ним относят:
- HFS+. Это усовершенствованная версия системы HFS, ранее применяемой в Macintosh. Стандарт HFS+ встречается во всех устройствах под управлением продуктов Apple.
- Apple Xsan. Это кластерная ФС. Она появилась путем преобразования файловых систем CentraVision и StorNext. Встречается в расширенных серверных продуктах. Эта ФС хранит файлы и папки, информацию Finder о просмотре каталогов, положениях окна и так далее.
Linux OS предусматривают возможность одновременного использования нескольких файловых систем, каждая из которых оптимизирована под определенные задачи. ФС здесь используются не только для работы с документами на диске, но и для хранения информации в оперативной памяти, доступа к конфигурациям ядра во время работы операционной системы.
В дистрибутивах Linux чаще всего встречаются следующие ФС:
- Ext2;
- Ext3;
- Ext4;
- JFS;
- ReiserFS;
- Btrfs;
- XFS.
Ext2, Ext3, Ext4 или Extended Filesystem – это стандартная файловая система, которая изначально была разработана для Minix. У нее максимальное количество разнообразных функций. Ext – наиболее стабильный стандарт благодаря редким изменениям кодовой базы. Начиная с Ext3, в системе используется журналирование. Ext4 сейчас встречается по всей LinuxOS.
JFS – это разработка от IBM в качестве альтернативы Ext-стандартам. Она встречается там, где необходимо добиться высокой стабильности и минимального потребления ресурсов. В журнале будут храниться только метаданные. Это позволит восстановить старые версии документов в случае сбоев.
ReiserFS – еще одна альтернатива Ext3. Поддерживает только работу с Linux. У этого стандарта динамический размер блока, позволяющий упаковывать несколько больших файлов в один блок. Такая концепция предотвращает фрагментацию и улучшает работу с небольшими документами. Недостаток ReiserFS – риск потери данных при сбоях электроэнергии.
XFS – стандарт, ориентирующийся на работу с документами большого размера – до 2 Тб. Его преимуществом служит высокая скорость работы, отложенное выделение места, увеличение разделов «на лету», незначительный объем служебной информации. Данные тут восстанавливаются очень сложно, предусматривая риски потери файлов при аварийном отключении питания.
Btrfs – стандарт с простой процедурой администрирования. У него высокая отказоустойчивость и производительность. Используется в качестве системы по умолчанию (аналогично файловой системе NTFS в Windows) в SUSE Linux и OpenSUSE.
Хотите освоить современную IT-специальность? Огромный выбор курсов по востребованным IT-направлениям есть в Otus!
