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.
Файловые системы в Windows
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:
- 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.
- 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.
- 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.
- 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.
- 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:
- Надежность. NTFS гарантирует целостность информации и высокую надежность.
- Огромные возможности хранения. Стандарт поддерживает большие размеров документов и разделов: 16 Эб и 256 Тб соответственно.
- Безопасность.
- 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.
- Поддержка многопользовательской среды.
Изучая информацию о файловой системе NTFS, необходимо обратить внимание и на ее недостатки. К ним можно отнести:
- Скорость работы. NTFS может работать чуть медленнее, чем другие файловые системы.
- Сложность. Структура и механизмы стандарта более сложные. За счет этого у пользователей могут возникать проблемы в процессе отладки и восстановления данных.
- 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!
