Улаштування та принцип роботи файлових систем FAT 16, FAT 32, NTFS

МІНІСТЕРСТВО ОСВІТИ І НАУКИ, МОЛОДІ ТА СПОРТУ УКРАЇНИ СУМСЬКИЙ ДЕРЖАВНИЙ УНІВЕРСИТЕТ Кафедра прикладної фізики Контрольна робота З дисципліни «Персональний комп’ютер»

на тему «Улаштування та принцип роботи файлових систем FAT 16, FAT 32, NTFS»

Суми 2012

Зміст Вступ

1. Файлова система

1.1 Класифікація файлових систем

1.2 Завдання файлової системи

2. Файлові системи FAT 16, FAT 32, NTFS

2.1 Файлова система FAT16

2.2 Файлова система FAT32

2.3 Файлова система NTFS

2.4 Порівняння NTFS і FAT 32

Висновок Список літератури

Вступ Висока швидкодія, та оптимальна робота ПК, а також накопичувачів памяті, сильно залежить від того, яка файлова система в них використовується. Дана робота присвячена таким файловим системам як, FAT 16, FAT 32, NTFS, кожна з них працює по свому, і від того де ми збираємось її використовувати, залежить дуже велика кількість параметрів.

Тому все це буде розлянуто нижче.

1. Файлова система Файлова система (англ. file system) — порядок, що визначає спосіб організації, зберігання та іменування даних на носіях інформації в комп’ютерах, а також в іншому електронному обладнанні: цифрових фотоапаратах, мобільних телефонах і т. п. Файлова система визначає формат вмісту і спосіб фізичного зберігання інформації, яку прийнято групувати у вигляді файлів. Конкретна файлова система визначає розмір імені файлу (папки), максимальний можливий розмір файлу і розділу, набір атрибутів файлу. Деякі файлові системи надають сервісні можливості, наприклад, розмежування доступу або шифрування файлів.

Файлова система пов’язує носій інформації з одного боку і API для доступу до файлів — з іншого. Коли прикладна програма звертається до файлу, вона не має жодного уявлення про те, яким чином розташована інформація в конкретному файлі, так само, як і на якому фізичному типі носія (CD, жорсткому диску, магнітній стрічці, блоці флеш-пам'яті або іншому) він записаний. Все, що знає програма — це ім'я файлу, його розмір і атрибути. Ці дані вона отримує від драйвера файлової системи. Саме файлова система встановлює, де і як буде записаний файл на фізичному носії (наприклад, жорсткому диску).

З точки зору операційної системи (ОС), весь диск являє собою набір кластерів (як правило, розміром 512 байт і більше). Драйвери файлової системи організують кластери у файли і каталоги (реально є файлами, що містять список файлів у цьому каталозі). Ці ж драйвери відстежують, які з кластерів в даний час використовуються, які вільні, які помічені як несправні.

Однак файлова система не обов’язково безпосередньо пов’язана з фізичним носієм інформації. Існують віртуальні файлові системи, а також мережеві файлові системи, які є лише способом доступу до файлів, що знаходяться на віддаленому комп’ютері.

1.1 Класифікація файлових систем За призначенням файлові системи можна класифікувати на нижченаведені категорії.

Для носіїв з довільним доступом (наприклад, жорсткий диск): FAT32, HPFS, ext2 і ін Оскільки доступ до дисків в рази повільніше, ніж доступ до оперативної пам’яті, для приросту продуктивності в багатьох файлових системах застосовується асинхронна запис змін на диск. Для цього застосовується або журналювання, наприклад в ext3, ReiserFS, JFS, NTFS, XFS, або механізм soft updates та ін Журналювання широко поширене в Linux, застосовується в NTFS. Soft updates — в BSD системах.

Для носіїв з послідовним доступом (наприклад, магнітні стрічки): QIC та ін Для оптичних носіїв — CD і DVD: ISO9660, HFS, UDF і ін Віртуальні файлові системи: AEFS та ін Мережні файлові системи: NFS, CIFS, SSHFS, GmailFS та ін Для флеш-пам'яті: YAFFS, ExtremeFFS, exFAT.

Трохи випадають із загальної класифікації спеціалізовані файлові системи: ZFS (власне файловою системою є тільки частина ZFS), VMFS (т. зв. Кластерна файлова система, яка призначена для зберігання інших файлових систем) та ін.

1.2 Завдання файлової системи Основні функції будь файлової системи націлені на вирішення наступних завдань:

· іменування файлів;

· програмний інтерфейс роботи з файлами для додатків;

· відображення логічної моделі файлової системи на фізичну організацію сховища даних;

· організація стійкості файлової системи до збоїв харчування, помилок апаратних і програмних засобів;

· зміст параметрів файлу, необхідних для правильного його взаємодії з іншими об'єктами системи (ядро, додатки та ін.)

У багатокористувацьких системах з’являється ще одна задача: захист файлів одного користувача від несанкціонованого доступу іншого користувача, а також забезпечення спільної роботи з файлами, наприклад, при відкритті файлу одним з користувачів, для інших цей же файл тимчасово буде доступний у режимі «тільки читання» .

2. Файлові системи FAT 16, FAT 32, NTFS

2.1 Файлова система FAT16

Файлова система FAT 16, що є основною для операційних систем DOS, Windows 95/98/Me, Windows NT/2000/XP, а також підтримується більшістю інших систем. FAT 16 являє собою просту файлову систему, розроблену для невеликих дисків і простих структур каталогів. Назва походить від назви методу організації файлів — Таблиця розміщення файлів (File Allocation Table). Ця таблиця розміщується на початку диска. Число 16 означає, що дана файлова система 16-розрядна — для адресації кластерів використовується 16 розрядів. Операційна система використовує Таблицю розміщення файлів для пошуку файлу і визначення кластерів, які цей файл займає на жорсткому диску. Крім того, в Таблиці фіксуються відомості про вільні і дефектних кластерах. Щоб легше було осмислити файлову систему FAT16 уявіть собі зміст книги і як ви працюєте з цим змістом, ось саме також операційна система працює з FAT 16.

Щоб прочитати файл, операційна система повинна знайти по імені файлу запис в папці і прочитати номер першого кластера файлу. Перший кластер являє собою початок файлу. Потім необхідно прочитати відповідний першому кластеру файлу елемент FAT. Якщо елемент містить мітку-останній в ланцюжку, то далі ні чого шукати не потрібно: весь файл вміщується в одному кластері. Якщо кластер не останній, то елемент таблиці містить номер наступного кластера. Вміст наступного кластера має бути прочитане слідом за першим. Коли буде знайдений останній кластер в ланцюжку, то, якщо файл не займає весь кластер цілком, необхідно відсікти зайві байти кластера. Зайві байти відсікаються по довжині файлу, що зберігається в запису папки.

Щоб записати файл, операційна система повинна виконати наступну послідовність дій. У вільному елементі папки створюється опис файлу, потім шукається вільний елемент FAT, і посилання на нього розміщується в запису папки. Займається перший кластер, описуваний знайденим елементом FAT. В цей елемент FAT поміщається номер наступного кластера або ознака останнього кластера в ланцюжку. Операційна система діє таким таким чином, щоб збирати ланцюжки з сусідніх кластерів по наростанню номери. Зрозуміло, що звернення до послідовно розташованим кластерам буде відбуватися значно швидше, ніж до кластерів, випадковим чином розкиданим по диску. При цьому ігноруються вже зайняті і помічені в FAT як дефектні кластери. У файловій системі FAT16 під номер кластера відведено 16 розрядів. Тому максимальна кількість кластерів становить 65 525, а максимальний розмір кластера 128 секторів. У такому випадку максимальний розмір розділів або дисків в FAT16 становить 4,2 гігабайти. При логічному форматуванні диска або розділу операційна система намагається використовувати мінімальний розмір кластера, при якому получающееся кількість кластерів не перевищує 65 525. Очевидно, що чим більше розмір розділу, тим більше повинен бути розмір кластера. Багато операційних систем неправильно працюють з кластером розміром в 128 секторів. В результаті максимальний розмір розділу FAT16 зменшується до 2 гігабайт. Звичайно чим більше розмір кластера, тим більше стають втрати дискового простору. Це пов’язано з тим, що останній кластер, займаний файлом, заповнений лише частково. Наприклад, якщо файл розміром 17 Кбайт записується в розділ з розміром кластера 16 Кбайт, то цей файл займе два кластери, причому перший кластер буде заповнений повністю, а в другому кластері буде записаний тільки 1 Кбайт даних, а інші 15 Кбайт простору другого кластера залишаться не заповненими і будуть недоступними для запису інших файлів. Якщо на великих дисках записується велика кількість маленьких файлів, то втрати дискового простору будуть значні. У наступній таблиці наводяться відомості про можливі втрати дискового простору при різних розмірах розділу.

Таблиця 2.1 — FAT16

Можливі два способи зменшення втрат дискового простору. Перший — розбиття дискового простору на дрібні розділи з малим розміром кластера. Другий — використання файлової системи FAT32, в якій для нумерації кластерів використовується 28 розрядів, що дозволяє значно зменшити розмір кластера.

З усього вище сказаного випливає, що основними недоліками файлової системи FAT16 є:

· Неможливість підтримки розділів диска розміром більше 2 Гб;

· Неможливість роботи з файлами розміром більше 2 Гб;

· Неможливість роботи з жорсткими дисками ємністю більше 8 Гб;

· Обмежений розмір кореневої папки, яка може містити не більше 512 елементів.

комп’ютер накопичувач пам’ять файловий

2.2 Файлова система FAT32

Нижче я наводжу розповідь про те, що таке файлова система FAT32 і як вона працює. Відзначу, що FAT32 — файлова система, похідна системи FAT. FAT32 підтримує менші розміри кластерів, що дозволяє більш ефективно використовувати дисковий простір в порівнянні з FAT. Це файлова система використовується в сучасних операційних системах на DOS основі - Windows 98 і Windows Me.

FAT — File Allocation Table (таблиця розміщення файлів) — цей термін відноситься до одного із способів організації файлової системи на диску. Ця таблиця зберігає інформацію про файли на жорсткому диску у вигляді послідовності чисел, що визначають, де знаходиться кожна частина кожного файлу. З її допомогою операційна система з’ясовує, які кластери займає потрібний файл. FAT — є найпоширенішою файловою системою та підтримується переважною більшістю операційних систем. Спочатку FAT була 12-розрядної і дозволяла працювати з дискетами і логічними дисками об'ємом не більше 16 Мбайт. У MS-DOS версії 3.0 таблиця FAT стала 16-розрядної для підтримки дисків більшої ємності, а для дисків об'ємом до 2047 Гбайт використовується 32-розрядна таблиця FAT.

Система FAT32 — більш нова файлова система на основі формату FAT, вона підтримується Windows 95 OSR2, Windows 98 і Windows Millennium Edition. FAT32 використовує 32-розрядні ідентифікатори кластерів, але при цьому резервує старші 4 біта, так що ефективний розмір ідентифікатора кластера складає 28 біт. Оскільки максимальний розмір кластерів FAT32 дорівнює 32 Кбайт, теоретично FAT32 може працювати з 8-терабайтними томами. Windows 2000 обмежує розмір нових томів FAT32 до 32 Гбайт, хоча підтримує існуючі томи FАТ32 більшого розміру (створені в інших операційних системах). Більше число кластерів, підтримуване FAT32, дозволяє їй управляти дисками більш ефективно, ніж FAT 16. FAT32 може використовувати 512-байтові кластери для томів розміром до 128 Мбайт.

Файлова система FAT 32 в Windows 98 використовується в якості основної. З цією операційною системою поставляється спеціальна програма перетворення диска з FAT 16 в FAT 32. Windows 2000 і Windows XP теж можуть використовувати файлову систему FAT, і тому можна завантажити комп’ютер з DOS-диска і мати повний доступ до всіх файлів. Однак деякі з найбільш прогресивних можливостей Windows 2000 і Windows XP забезпечуються її власної файлової системи NTFS (NT File System). NTFS дозволяє створювати на диску розділи обсягом до 2 Тбайт (як і FAT 32), але, крім цього, в неї вбудовані функції стиснення файлів, безпеки та аудиту, необхідні при роботі в мережевому середовищі. А в Windows 2000, як і в Windows XP реалізується підтримка файлової системи FAT 32. Дані цих операційних систем можна зберігати на диску FAT, але за бажанням користувача диск може бути конвертований у формат NTFS.

Для цього можна скористатися утилітою Convert. exe, що поставляється разом з операційною системою. Перетворений до системи NTFS розділ диска стає недоступним для інших операційних систем. Щоб повернутися в DOS, Windows 95, Windows 98 або Me, потрібно видалити розділ NTFS, а замість нього створити розділ FAT. Windows 2000, як і в Windows XP можна встановлювати на диск з файловою системою FAT 32 і NTFS.

Можливості файлових систем FАТ32 набагато ширше можливостей FAT16. Найважливіша її особливість в тому, що вона підтримує диски об'ємом до 2047 Гбайт і працює з кластерами меншого розміру, завдяки чому істотно скорочує обсяги невикористаного дискового простору. Наприклад, жорсткий диск об'ємом 2 Гбайт в FAT16 використовує кластери розміром по 32 Кбайт, а в FAT32 — кластери розміром по 4 Кбайт. Щоб по можливості зберегти сумісність з існуючими програмами, мережами і драйверами пристроїв, FAT32 реалізована з мінімальними змінами в архітектурі, API-інтерфейси, структурах внутрішніх даних та дисковому форматі. Але, так як розмір елементів таблиці FAT32 тепер складає чотири байти, багато внутрішні і дискові структури даних, а також API-інтерфейси довелося переглянути або розширити. Окремі API на FАТ32-дисках блокуються, щоб успадковані дискові утиліти не пошкодили вміст FAT32-дисків. На більшості програм ці зміни ніяк не позначаться. Існуючі інструментальні засоби та драйвери будуть працювати і на FAT32-дисках. Однак драйвери блокових пристроїв MS-DOS (наприклад, Aspidisk. sys) і дискові утиліти потребують модифікації для підтримки FAT32. Всі дискові утиліти, що поставляються Microsoft (Format, Fdisk, Defrag, а також ScanDisk для реального і захищеного режимів), перероблені і повністю підтримують FAT32. Крім того, Microsoft допомагає провідним постачальникам дискових утиліт і драйверів пристроїв в модифікації їх продуктів для підтримки FAT32. FAT32 ефективніше FAT16 при роботі з дисками більшого обсягу і не вимагає їх розбиття на розділи по 2 Гбайт. Windows 98 обов’язково підтримує FAT16, так як саме ця файлова система сумісна з іншими операційними системами, в тому числі сторонніх компанії. У MS-DOS реального режиму і в безпечному режимі Windows 98, файлова система FAT32 працює значно повільніше, ніж FAT16. Тому, при запуску програм в режимі MS DOS бажано включити в файл Autoexec. bat або PIF-файл команду для завантаження Smartdrv. exe, що прискорить дискові операції. Деякі застарілі програми, розраховані на специфікацію FAT16, можуть повідомляти неправильну інформацію про обсяг вільного або загального дискового простору, якщо він більше 2 Гбайт. Windows 98 надає нові API-інтерфейси для MS-DOS і Win32, які дозволяють коректно визначати ці показники. У табл. 1 наведені порівняльні характеристики FAT16 і FAT32.

Максимально можлива довжина файлу в FAT32 дорівнює 4 Гбайт за вирахуванням 2 байтів. Win32-додатки можуть відкривати файли такої довжини без спеціальної обробки. Решта додатки повинні використовувати переривання Int 21h, функцію 716С (FAT32) з прапором відкриття, рівним EXTEND-SIZE (1000h).

У файловій системі FAT32 на кожен кластер в таблиці розміщення файлів відводиться по 4 байти, тоді як в FAT16 — по 2, а в FАТ12 — по 1,5.

Старші 4 біта 32-розрядного елемента таблиці FAT32 зарезервовані і не беруть участь у формуванні номера кластера. Програми, безпосередньо зчитувальні РАТ32-таблицю, повинні маскувати ці біти і охороняти їх від зміни при записі нових значень.

Отже, FAT32 володіє наступними перевагами в порівнянні з колишніми реалізаціями файлової системи FAT:

· підтримує диски об'ємом до 2 Тбайт;

· ефективніше організовує дисковий простір. FAT32 використовує кластери меншого розміру (4 Кбайт для дисків об'ємом до 8 Гбайт), що дозволяє заощадити до 10−15% простору на великих дисках в порівнянні з FAT;

· кореневий каталог FAT 32, як і всі інші каталоги, тепер не обмежений, він складається з ланцюжка кластерів і може бути розташований у будь-якому місці диска;

· має більш високу надійність: FAT32 здатна переміщати кореневий каталог і працювати з резервною копією FAT, крім того, завантажувальний запис на FАТ32-дисках розширена і тепер включає резервну копію критично важливих структур даних, а це означає, що FАТ32-диски менш чутливі до виникнення окремих збійних ділянок, ніж існуючі FAT-томи;

· програми завантажуються на 50% швидше.

Удосконалена утиліта дефрагментації дисків оптимізує розміщення файлів програми, що завантажуються в момент його запуску. Можливе перетворення диска в FАТ32 за допомогою утиліти Drive Converter (FAT32), але після цього рекомендується запустити утиліту Disk Defragmenter, — інакше комп’ютер буде працювати з диском повільніше, ніж раніше. Завдяки цьому на великих дисках вдається вивільнити десятки і навіть сотні мегабайтів, а в поєднанні з удосконаленою утилітою дефрагментації дисків FAT32 значно скорочує час завантаження додатків. Процедура перетворення файлової системи на жорсткому диску в FAT32 за допомогою Drive Converter (FAT32) досить проста. Для цього послідовно необхідно відкрити меню Start (Пуск), підменю Programs (Програми), Accessories (Стандартні), System Tools (Службові) і вибрати команду Drive Converter (FAT32) (Перетворення диска в FАТ32). Перетворення може вплинути на функції сплячого режиму (hibernate features) (збереження стану комп’ютера на диск), передбачені в багатьох комп’ютерах. Системи, в яких режим сну реалізований через АРМ BIOS або ACPI (Advanced Configuration and Power Interface) S4/BIOS, повинні підтримувати FAT32, — тільки тоді вони будуть коректно працювати в Windows 98 і Me.

Таблиця 2. Порівняння файлових систем FAT16 і FAT32

Більшість виробників BIOS включають в неї засоби захисту від вірусів, які відстежують зміни в головного завантажувального запису MBR (Master Boot Record). Крім того, застарілі антивірусні утиліти, встановлювані як резидентні програми або драйвери реального режиму, можуть виявляти зміна MBR при завантаженні MS-DOS. Так як перетворення в FAT32 призводить до неминучої модифікації MBR, деякі засоби перевірки на віруси можуть помилково вважати це ознакою інфікування системи.

Найкраще видалити антивірусне програмне забезпечення і відключити вбудовані в BIOS засоби захисту від вірусів перед перетворенням диска в FAT32. Потім можна знову встановити антивірусну утиліту і активізувати вбудовані в BIOS засоби захисту від вірусів.

Головний завантажувальний запис (MBR):

Форматування жорстких дисків виконується в три етапи:

· низькорівневе форматування (фізична розмітка диска на циліндри, доріжки, сектори);

· розбиття диска на розділи (логічні пристрої):

· високорівневе (логічне) форматування кожного розділу.

На етапі низькорівневого форматування процесор, виконуючи програму форматування, по черзі передає в контролер жорсткого диска спочатку команду «Пошук» для установки головок накопичувача на потрібний циліндр, а потім посилає команду «Форматировать доріжку». Виконуючи команду «Форматировать доріжку» контролер жорсткого диска, отримавши з накопичувача імпульс «Індекс» (початок доріжки), проводить запис службового формату доріжки, який розбиває її на сектори. Кожен сектор містить у собі блок даних (512 байт), обрамлений службовим форматом сектора (зміст до розмір службового формату визначається конкретною фірмою-розробником даного пристрою).

Службовий формат доріжки та секторів необхідний контролеру жорсткого диска при виконанні команд. Читаючи і розшифровуючи поля службового формату, контролер знаходить на диску потрібний циліндр, поверхня, сектор і блок даних усередині сектора. На наступних етапах форматування в блоки даних ряду секторів записується системна інформація, яка забезпечує організацію розділів на диску, автоматичне завантаження операційної системи і підтримку файлової системи на диску.

На етапі розбиття диска на розділи в блоці даних першого фізичного сектора диска (0 циліндр, 0 поверхню, 1 сектор) з адреси 1BEh формується таблиця розділів (Partition table), що складається з 4-х шестнадцатібайтних рядків. Зазвичай системну інформацію, записану в блок даних цього сектора в процесі форматування, називають Master Boot Record (MBR).

З самого початку блоку даних цього сектора розташовується програма (IPL 1). Перехід на програму IPL 1 процесор здійснює після успішного завершення POST і програми «Початкового завантажувача», виконуючи яку процесор завантажує з диска в пам’ять MBR, і передає керування на початок MBR (на програму IPL 1), продовжуючи дії ведуть до завантаженні операційної системи. Програма IPL 1 (завантажувач), що знаходиться в MBR переглядає рядки таблиці розділів в пошуках активного розділу з якого можливе завантаження операційної системи. Якщо в таблиці розділів немає активного розділу, видається повідомлення про помилку. Якщо хоча б один розділ містить неправильну мітку, або кілька розділів помічені як активні, видається повідомлення про помилку Invalid partition table, і процес завантаження зупиняється. Якщо активний розділ виявлений, то аналізується завантажувальний сектор цього розділу. Якщо знайдено лише один активний розділ, то вміст блоку даних його завантажувального сектора (BOOT) читається в пам’ять за адресою 0000:7 С00 і управління передається за цією адресою, якщо завантажувальний сектор активного розділу не читається за п’ять спроб, видається повідомлення про помилку: Error loading operating system і система зупиняється; перевіряється сигнатура зчитаного завантажувального сектора активного розділу і якщо останніх два його байта не відповідають сигнатурі 55AAh, видається повідомлення про помилку: Missing operating system і система зупиняється). Процесор читає за адресою 0000:7 С00 команду JMP, виконуючи її, передає керування на початок програми IPL 2, яка здійснює перевірку, чи дійсно розділ активний: IPL 2 перевіряє імена і розширення двох файлів в кореневому каталозі - це мають бути файли IO. SYS і MSDOS. SYS (NTLDR для Windows XP), завантажує їх і. т. д.

Система Windows 9x/Me багато в чому заснована на тих же концепціях, що і DOS, але в ній ці концепції отримали подальший логічний розвиток. Ті ж два системних файлу IO. SYS і MSDOS. SYS, але тепер вся системна програма знаходиться в IO. SYS, а другий файл MSDOS. SYS містить ASCII-текст з установками, керуючими поведінкою системи при завантаженні. Еквіваленти програм Himem.sys. Ifshlp. sys і Setver. exe автоматично завантажуються програмою IO. SYS при запуску системи. Як і раніше, для завантаження в пам’ять драйверів і резидентних програм можна використовувати файли Config. sys і Autoexec. bat, але завантаження 32-розрядних драйверів пристроїв, які розроблені спеціально для Windows 9x, тепер забезпечують записи в системному реєстрі. Коли вся попередня робота виконана, запускається файл Win.com, і Windows 9x/Me завантажується і надає свої можливості через графічне меню.

Системний реєстр є базою даних, в якій Windows 9x/Me зберігає інформацію про всіх настройках, конфігураційних установках та параметрах, необхідних для роботи її власних модулів та окремих додатків. Системний реєстр як би виконує функції Config. sys, Autoexec. bat і ini-файлів Windows 3.1 разом узятих. На диску комп’ютера реєстр зберігається у вигляді двох окремих файлів: System. dat і User.dat. У першому з них містяться всілякі апаратні установки, а в другому — дані про працюючих у системі користувачів і використовуваних ними конфігураціях. Кожен користувач може мати свій файл User. dat, тобто власну робочу середу, яку він налаштовує по своєму смаку і потребам. Системний реєстр можна імпортувати, експортувати, а також створювати його резервні копії і, використовуючи їх, відновлювати збережені дані - одним словом, це досить потужний механізм управління системними параметрами і їх захисту від втрат та пошкоджень.

Область MBR, що змінилася в FAT32 — це Partition Table. Вона, як і колись, складається з чотирьох 16-байтних записів. Кожен запис визначає розділ. У FAT32 введено 2 нових типу розділів DOS32 (0В) і DOS32X (ОС).

Завантажувальний сектор (BOOT)

На етапі логічного форматування кожного розділу (логічного диска) створюються чотири логічних області:

· Завантажувальний сектор (boot sector);

· Таблиця розміщення файлів {ЕКГ1 і FAT2);

· Каталог;

· Область даних.

Завантажувальний сектор на будь-якому логічному диску (розділі) розташовується першим. Його блок даних (512 байт) починається з команди JMP, яка передає управління на програму IPL2, містить ім'я операційної системи і її версію, містить блок параметрів BIOS диска (ВРВ), програму IPL 2, що завантажує операційну систему і закінчується сигнатурою 55АА. Нижче в табл.5 пояснюються деякі з його найважливіших записів.

Зміни в завантажувальному секторі

Число зарезервованих секторів Число зарезервованих секторів тепер перед першою FAT одно 32.

Новий блок параметрів BIOS

Блок параметрів BIOS у FАТ32 займає більше місця, ніж стандартний, і називається Big FAT BIOS Parameter Block (BF_BPB). Через це завантажувальний сектор тепер займає не один, а три фізичні сектора, причому мається ще додатковий і розміщується через три фізичних сектора в сьомому, восьмому і дев’ятому фізичному секторі.

BF_BPB — це розширена версія ВРВ, присутнього в 12 — і 16-розрядної FAT. Він містить ті ж структури, що і стандартний BPB, але включає декілька додаткових полів, які потрібні для FAT32. Зміни, внесені в BPB для підтримки FAT32, описані нижче.

Поле кореневого каталогу.

Цей елемент повідомляє кількість секторів в кореневому каталозі. Для жорстких дисків це значення завжди було одно 512 (0200h) і означало кількість рядків каталогу розміщуються в тридцяти двох секторах. Тепер воно змінено на 0 (0000h) і на FAT32-дисках ігнорується.

Кількість секторів на елемент таблиці FAT.

Цей елемент замінений нулем і тепер діє як покажчик на відповідний елемент в BF_BPB, коли в процесі завантаження справа доходить до BF_BPB.

Опис диска.

Нове двобайтове поле, використовуване як прапор, який вказує кількість таблиць FAT на диску — одна або дві. Якщо прапорець встановлений, на диску тільки одна FAT, якщо скинутий — дві. FAT32, створена командою Format, завжди формує 2 таблиці FAT.

Перший кластер кореневого каталогу.

Максимальне число елементів у кореневому каталозі тепер розширено до 65 535, а сам кореневий каталог може знаходитися в будь-якому місці. Дане значення вказує номер першого кластера, займаного кореневим каталогом на FАТ32-диску.

Сектор файлової інформації.

Вказує на другий завантажувальний сектор. У ньому міститься інформація про те, скільки на диску всього кластерів, скільки з них вільно і який кластер був виділений самим останнім. Таким чином, щоб отримати цю часто використовувану інформацію, тепер не потрібно зчитувати всю таблицю FAT.

Резервна копія завантажувального сектора.

Ще одне важливе нововведення в FАТ32. У колишніх версіях файлової системи FAT пошкодження завантажувального сектора призводило до повної втрати всього вмісту диска. FAT32 знімає гостроту цієї проблеми. Записуючи зміни на завантажувальний тому FAT32, програма FDISK створює резервну копію завантажувального сектора і поміщає її в логічний сектор 6 цього томи. Якщо нова MBR при зверненні до завантажувальному сектору виявляє помилку читання або неправильну сигнатуру, вона шукає сектор 6 і зчитує іншу частину завантажувального коду вже з нього.

32-розрядна FAT-таблиця Призначення FAT не змінилося. Вона як і раніше використовується як таблиця, що зв’язує окремі кластери файлу. Елементи каталожної записи, що вказують на перший кластер файлу, тепер складаються з чотирьох байтів, а вміст цих байтів є номером (адресою) наступного кластера і елемента таблиці FAT, який містить (вказує) номер наступного кластера файлу, а також є номером елемента таблиці FAT і т. д. до останнього кластера файла. Елементи таблиці FAT тепер в 2 рази довше (по 4 байти), так як на FАТ32-диску може бути набагато більше кластерів, ніж на FАТ16-диску. У 16-розрядної FAT максимальне число кластерів на диску дорівнює 65 525 (2 — за вирахуванням 10 зарезервованих), а в 32-розрядної FAT старші 4 біти кожного 32-бітного значення зарезервовані і не беруть участь у формуванні номера кластера, тому максимальне число кластерів в 32-розрядної FAT одно 268 435 445. (228 за вирахуванням 10 зарезервованих).

Каталог в FAT32

Початковий кластер, зазначений у 32-х байтной рядку каталогу, повідомляє операційній системі, де на диску шукати першу частину файлу і де в таблиці FAT32 шукати наступний номер кластера. У показаної нижче рядку каталогу адресу початкового кластера виділений напівжирним шрифтом.

49 4 °F 20 20 20 20 20 20 — 44 4 °F 53 07 00 00 00 00 IO SYS …

00 00 00 00 00 00 80 32 — ЗЕ 1 В 02 00 46 9 °F 00 00 …

Для зазначення номера кластера використовуються 2 додаткових байта. Вони розміщуються в зарезервованої області, і в прикладі, показаному вище, це — 00 00. Об'єднуючи їх із звичайними (існуючими в FAT 16) двома байтами (02 00), операційна система отримує потрібне значення (00 00 00 02) та шукає по ньому відповідний елемент таблиці FAT. Нижче показаний приклад запису з номерами кластерів файлу в 32-розрядної таблиці FAT:

F8 FF FF 0 °F FF FF FF 0 °F — 03 00 00 00 04 00 00 00

05 00 00 00 06 00 00 00 — 07 00 00 00 08 00 00 00

09 00 00 00 0А 00 00 00 — 0 В 00 00 00 0С 00 00 00

0D 00 00 00 0Е 00 00 00 — 0 °F 00 00 00 10 00 00 00

11 00 00 00 12 00 00 00 — 13 00 00 00 14 00 00 00

15 00 00 00 16 00 00 00 — 17 00 00 00 18 00 00 00

19 00 00 00 1А 00 00 00 — 1 В 00 00 00 FF FF FF F8

Як і раніше в FAT 16, F8 — це байт, що містить дескриптор носія. Наступні 7 байтів, FF FF 0 °F FF FF FF 0 °F, зарезервовані. Номери кластерів записуються як чотирьохбайтові числа. Їх слід читати так: 03 00 00 00 04 00 00 00 05 00 00 00 06 00 00 00

3 4 5 6

Кінець ланцюжка кластерів для файлу позначається новим маркером — FFFFFFF8.

Зеркалізація FAT

Історично склалося так, що на всіх FAT-дисках існують 2 примірники таблиці FAT. Ecлі при читанні вихідного примірника виникає помилка, файлова система намагається вважати його резервну копію. На дисках з 12-й 16-розрядної FAT перша таблиця FAT завжди є основним, і всі зміни автоматично записуються в її копію. Створення резервної копії другої таблиці FAT називається зеркалізаціей (mirroring). У FAT32 зеркалізацію другої таблиці FAT можна відключити. Тоді операції читання / запису прискорюються, а якщо перша FAT виявляється пошкодженою, використовується її другий примірник (він стає основним). На FAT32-дисках таблиця FAT може досягати величезних розмірів, і відключення зеркалізаціі здатне помітно прискорити доступ до файлів. У самій Windows 9х/Me немає механізму, що дозволяє це зробити. Зеркалізація завжди включена. Але ніщо не заважає розробникам реалізувати в своїх дискових утилітах відключення зеркалізаціі на дисках дуже великого обсягу.

Кореневий каталог Кореневий каталог в FAT32 може містити до 65 535 елементів. У завантажувальному секторі з’явився новий елемент, який вказує на перший кластер кореневого каталогу. Тому кореневий каталог більше не прив’язаний до строго певного ділянки на диску (раніше він повинен був знаходитися безпосередньо за другий таблицею FAT) і може розширюватися точно так само, як і будь-який підкаталог. Однак при наявності великої кількості елементів у кореневому каталозі пошук потрібних даних займає досить багато часу. Продуктивність файлової системи через це падає. Тому краще обмежувати число елементів у кореневому каталозі до якогось розумної межі.

У будь-яких файлових системах Windows 9х/Me користувачі можуть привласнювати файлам імена довжиною до 255 символів і більш ніж з однією точкою. Ім'я файлу вважається довгим, якщо воно перевищує розміри, що допускаються форматом «8.3», або, якщо в ньому містяться малі літери та інші символи, неприпустимі в просторі імен формату «8.3» .

Підтримка довгих імен файлів З метою підтримки сумісності для кожного довгого імені файлу автоматично генерується псевдонім, що задовольняє формату «8.3». Цей псевдонім складається з перших шести символів імені файлу, що доповнюються знаками ~ n (де n — порядковий номер), і перших трьох символів за останньою крапкою. Таким чином, файл DnisIsAdpg.File.Name отримає псевдонім DNISIS ~ 1.NAM. Якщо в каталозі вже є такий псевдонім, порядковий номер збільшується на одиницю до тих пір, поки не вийде унікальне ім'я. Ні користувач, ні додаток не можуть вплинути на процес автоматичного формування псевдоніма. У псевдонімі використовуються тільки допустимі символи, а всі букви повинні бути великими, щоб відповідати правилам формату «8.3». Для імен формату «8.3» (і псевдонімів) припустима будь-яка комбінація букв і цифр, пробіл (ASCII-код 20h), символи ASCII з кодами більше 127, а також знаки: $% '-_ @ ~ `! () ^ # &.

Наступні символи допустимі в довгих іменах файлів, але неприпустимі в псевдонімах або іменах формату «8.3»: +,; = []

Крім того, файлові системи Windows 9х/Me підкоряються таким правилам:

максимальна довжина імені файлу — 255 знаків, включаючи символ NULL;

максимальна довжина шляху — 260 знаків, включаючи символ NULL (порівняйте з 80 знаками для короткого імені);

набір символів OEM, використовуваний установлюваної файловою системою, визначається реєстром і вмістом файла Unicode. bin;

при зберіганні довгих імен файлів в записах каталогів на диску використовується Unicode.

Ім'я файлу та псевдонім однакові, якщо ім'я відповідає формату «8.3» (тобто містить тільки допустимі для псевдоніма символи, і всі букви заголовні). Звідси випливає, що ім'я файлу, у всьому збігається з псевдонімом за винятком того, що містить малі літери, все одно вважається довгим. У такому випадку псевдонім формується простим перетворенням рядкових букв в прописні - наприклад, Examples. Txt трансформується в EXAMPLES. TXT. (При пошуку в файловій системі Windows 98 регістр букв не враховується).

Щоб побачити псевдонім файлу, клацніть ім'я файлу правою кнопкою миші в будь оболонці типу Windows Explorer і виберіть з контекстного меню команду Properties (Властивості). Псевдонім буде показаний як параметр MS-DOS Name (Ім'я MS-DOS) у вікні властивостей на вкладці General (Загальні). Команда dir, введена в командному рядку, відображає тільки довгі імена файлів.

2.3 Файлова система NTFS

Цю файлову систему використовують такі операційні системи, як Windows NT/2000/XP. При установці NTFS, диск поділяється на дві нерівні частини: перша відводитися під MFT (Master File Table — загальна таблиця файлів), називається MFT — зоною і займає близько 12% від загального розміру диска, другу частину займають власне Ваші дані. Є ще й третя зона, але про неї пізніше. Що за звір цей MFT? Це основа NTFS. Він лежить, як було сказано раніше, в MFT — зоні тобто на початку диска. Кожен запис в MFT відповідає якомусь файлу і займає близько 1 Kb. За своєю суттю це каталог всіх файлів що знаходяться на диску. Треба зауважити, що будь-який елемент даних в NTFS розглядається як файл, навіть MFT. Перші 16 файлів (метафайли) в MFT — зоні є особливою кастою. У них міститься службова інформація, вони мають фіксоване положення і вони недоступні навіть операційній системі. До речі, першим з цих 16 є сам MFT — файл. Існує копія перших трьох записів. Пам’ятаєте, я казав про третій зоні, так от там вона і лежить і своїм становищем, якщо можна так висловитися, ділить диск навпіл. Навіщо це зроблено? Та для надійності, у випадку втрати інформації в MFT — файлі, завжди можна відновити інформацію, а там вже справа техніки, як говоритися. Всі інші файли в MFT — зоні можуть розташовуватися довільно. Треба зауважити, що в MFT — зоні теоретично крім службових файлів нічого не перебувати. Але бувають випадки, коли місця на тій частині диска, що відведена для користувача не залишається :-(і тоді MFT — зона зменшується. Відповідно з’являється місце в другій половині диска для запису даних. Коли ж в цій зоні звільняється достатня кількість вільного місця, MFT — зона знову розширюється. І ось тут то з’являється проблема. В MFT — зону потрапляють звичайні файли і вона починає фрагментуватися. Це не смертельно звичайно, але і приємного тут мало. Але повернемося до наших баранів, чи то пак метафайли. Кожен з них відповідає за яку область роботи. Починаються вони з символу імені $ (тим, хто займається програмуванням значок відомий). Наведу приклад деяких з них:

MFT — не що інше як сам MFT

MFTmirr — та сама копія, що по серединці диска

LogFile — це файл журналирования

Boot — як видно з назви, його величність завантажувальний сектор

Bitmap — карта вільного місця розділу Ну і так далі. Інформація про метафайлах знаходитися в MFT — файлі. Складно? Є така справа. Але вся ця фігня придумана для збільшення надійності NTFS і себе виправдовує. Їдемо далі. NTFS практично не має обмеження на розміри диска (у всякому разі при нинішніх технологіях виробництва жорстких дисків). Розмір кластера може варіюватися від 512 b до 64 Kb, хоча звичайний його розмір дорівнює 4 Kb.

Поговоримо тепер про каталог. Це метофайл з позначенням $.. Він розділений на частини в кожній з яких міститься ім'я файлу, його атрибути і посилання на MFT — файл. А там вже є вся інша інформація. Каталог являє собою бінарне дерево. Спробуємо розібратися, що це за фігня така. В каталозі інформація про даних на диску розташована таким чином, що при пошуку якогось файлу каталог розбивався на дві частини і відповідь полягала в тому, в якій саме частині знаходитися шукане. Потім та ж сама операція повторюється в обраній половині. І так до тих пір, поки не буде знайдений потрібний файл.

А тепер про файли. Їх як таких немає. Нормально, да! Є так звані Стрім, або кажучи нормальним російською мовою — потоки. Тобто, будь-яка одиниця інформації являє собою кілька потоків. Один потік — це самі дані, він є основним. Інші потоки — атрибути файлу. До будь-якого файлу можна прикріпити будь-який інший файл. Простіше кажучи, до потоків одних даних можна прикріпити абсолютно новий потік і записати туди нові дані. Ось тільки інформація за обсягом файлу береться за обсягом основного потоку. Порожні або малорозмірні файли на диску відображені тільки в метафайлах. Зроблено це з метою економії дискового простору. Взагалі треба зазначити, що поняття файл набагато глибше і ширше і всі властивості описати досить складно. Відзначу, що максимальна довжина імені файлу може досягати 255 символів.

До всього іншого, файли NTFS мають такий чудовий атрибут як стиснутий. Будь-який файл або навіть каталог може бути стиснутий. Сама операція стиснення відбувається непомітно, так як швидкість її досить висока. До купи, використовується так зване віртуальне стиснення тобто одна частина файлу може бути стиснута, а інша ні. Стиснення здійснюється блоками. Кожен блок дорівнює 16 кластерам.

В NTFS використовується шифрування даних. Таким чином, якщо Ви знесли систему і встановили її за новою, зашифровані файли без відповідної санкції прочитати не зможете.

Тепер про журналювання. Але спочатку визначимося з поняттям транзакція. Транзакція — це дія, яка має бути виконане цілком і повністю (читай — коректно), в іншому випадку воно взагалі не буде виконано. Так от, на основі цієї фігні, при збої під час запису даних на диск, позначок про новому файлі в метафайлах зроблено не буде. А місце, куди була розпочата запис буде вважати чистим. Це необхідно для запобігання :-) від різного роду гемороїв. Коротше, виконав дію до кінця — зробив запис, не вдалося — і записувати про це нема чого. Але слід зауважити, що функція журналирования зберігає працездатність файлової системи, а не ваших даних.

І нарешті в NTFS є ще дві такі функції, як Symbolic Links — можливість створення віртуальних каталогів, і Hard Links — підтримка декількох імен для одного і того ж файла.

2.4 Порівняння NTFS і FAT 32

NTFS Переваги:

1. Швидка швидкість доступу до файлів малого розміру;

2. Розмір дискового простору на сьогоднішній день практично не обмежений;

3. Фрагментація файлів не впливає на саму файлову систему;

4. Висока надійність збереження даних і власне самої файлової структури;

5. Висока продуктивність при роботі з файлами великого розміру;

Недоліки:

1. Більш високі вимоги до обсягу оперативної пам’яті в порівнянні з FAT 32;

2. Робота з каталогами середніх розмірів утруднена через їх фрагментації;

3. Більш низька швидкість роботи в порівнянні з FAT 32

FAT 32

Переваги:

1. Висока швидкість роботи;

2. Низьке вимога до об'єму оперативної пам’яті;

3. Ефективна робота з файлами середніх і малих розмірів;

4. Більш низький знос дисків, внаслідок меншої кількості пересувань головок читання / запису.

Недоліки:

1. Низька захист від збоїв системи;

2. Не ефективна робота з файлами великих розмірів;

3. Обмеження за максимальним обсягом розділу і файлу;

4. Зниження швидкодії при фрагментації;

5. Зниження швидкодії при роботі з каталогами, що містять велику кількість файлів;

Отже, деякі міркування. Обидві файлові системи зберігають дані в кластерах мінімальний розмір якого дорівнює 512 b. Як правило звичайний розмір кластеру дорівнює 4 Kb. На цьому схожість мабуть і закінчуються. Дещо про фрагментацію: швидкість роботи NTFS різко знижується при заповненні диска на 80 — 90%. Це пов’язано з фрагментацією службових та робочих файлів. Чим більше Ви працюєте з таким завантаженим диском, тим сильніше фрагментація і тим нижче продуктивність. У FAT 32 фрагментація робочої області диска відбувається і на більш ранніх етапах. Справа тут залежить від того, наскільки часто Ви записуєте / перете дані. Як і в NTFS, фрагментація сильно знижує продуктивність. Тепер про оперативну пам’ять. Обсяг самої електронної таблиці FAT 32 може займати в ОЗУ близько декількох мегабайт. Але на допомогу приходить кешування. Що записується в кеш:

1. Найбільш використовувані каталоги;

2. Дані про всіх використовуваних в даний момент часу файлах;

3. Дані про вільний простір диска;

А що ж NTFS? Кешуванню важко піддаються каталоги великих розмірів, а вони можуть досягати розмірів декількох десятків мегабайт. Плюс MFT, плюс інформація про вільне місце на диску. Хоча треба зауважити, що NTFS все ж досить ощадливо витрачає ресурси оперативної пам’яті. В наявності вдала система зберігання даних, в MFT кожен запис приблизно дорівнює 1 Kb. Але все ж вимоги до обсягу ОЗУ вище, ніж для FAT 32. Коротше, якщо Ваша пам’ять менше або дорівнює 64 Mb, то ефективнішим з точки зору швидкості виявиться FAT 32. Якщо більше — різниця в швидкості буде маленька, а часто взагалі ніякої. Тепер про сам жорсткому диску. Для використання NTFS бажано наявність Bus Mastering. Що це? Це особливий режим роботи драйвера і контролера. При використанні BM обмін відбувається без участі процесора. Відсутність ВМ позначиться на продуктивності системи. Крім цього, внаслідок використання більш складної файлової системи кількість рухів головок читання / запису зростає, що так само впливає на швидкість. Наявність дискового кеша однаково позитивно позначається, як на NTFS, так і на FAT 32.

Висновок Файлові системи є дуже необхідними для роботі будь якої операційної системи, в залежност від того якою файловою системую ми будемо користувтись, можна досягти найбільшу швидкодію та надійність роботи ПЗУ. Тому використання таких систем як FAT 32 та NTFS у наш час є необхідністю.

Список літератури

1. http://www.rabota-33.ru/fat16.html

2. http://www.windxp.com.ru/sistem2.htm

3. http://alanco.ru/stati/stryktyra_fat32.html

4. http://ru.wikipedia.org/wiki/NTFS

5. http://ru.wikipedia.org/wiki/FAT