2.4.5. Файловые системы fat, fat32 и hpfs

Файловая система FAT (File Allocation Table) получила свое наименование в соответствии с названием метода организации данных — таблицы распределения файлов. FAT поддерживается такими операционными системами, как MS DOS, Windows 95/98 и OS/2.

Корневой каталог расположен на диске и имеет фиксированный раздел. Проблема непроизводительных потерь дискового пространства связана с тем, что место на диске выделяется целыми блоками – кластерами. Кластер – это единица дискового пространства, которыми оперирует файловая система при выделении места для файла.

Каталоги — специальные файлы с 32-битными элементами для каждого файла, содержащегося в этом каталоге. Элемент для каждого файла включает:

• имя файла (8+3 символа);

• байт атрибута;

• время модификации;

• дату модификации;

• первый размещаемый блок;

• размер файла.

Эта информация используется всеми операционными системами, поддерживающими файловую систему FAT.

Биты байта атрибута файла в элементе каталога указывают, имеет ли файл соответствующие атрибуты. Установленный первый бит идентифицирует файл как подкаталог; а второй — в качестве метки тома. Файлы FAT имеют четыре специальных атрибута: архивный, системный, скрытый и только для чтения.

Windows NT использует биты атрибута для поддержки длинных (до 255 символов) имен файлов в разделах FAT. Применяемый для этого способ не мешает MS DOS или OS/2 обращаться к подобному разделу. Когда пользователь создает файл с длинным именем, Windows NT учреждает элемент каталога для этого файла, соответствующий соглашению «8+3» (по тем правилам, что и для NTFS) с добавлением одного или нескольких вторичных элементов каталога. Для этих элементов устанавливаются атрибуты: том, системный, скрытый, только для чтения.

Файловая система FAT является системой с точной записью, то есть при необходимости изменения структуры тома дается команда записи на диск. Допускается перенос или копирование файлов с тома FAT на NTFS.

Недостатки:

• ограничения, налагаемые на размер файлов и дискового пространства;

• ограничение длины имени файла;

• фрагментация, приводящая к снижению быстродействия системы и износу оборудования;

• непроизводительные затраты памяти, вызванные большими размерами кластеров;

• не обеспечивает защиты данных и их автоматического восстановления;

• медленное выполнение последовательных операций записи: первая запись на диск должна быть завершена прежде, чем начнется вторая и т.д.

FAT32 — модифицированная версия FAT, позволяющая создавать разделы объемом более 2 Гб. Кроме того, она дает возможность использовать кластеры меньшего размера, и, соответственно, более эффективно расходовать дисковое пространство.

Формат этой файловой системы не совместим с прежним форматом FAT, поэтому следует внимательно подходить к выбору для работы с диском таких утилит, как дефрагментаторы, антивирусные и т.п.

HPFS – сокращенное название высокопроизводительной файловой системы (high performance file system). HPFS работает в среде OS/2.

HPFS распределяет пространство, основываясь на физических 512-байтовых секторах, а не на кластерах, независимо от размера раздела.

Первые 16 секторов раздела HPFS составляют загрузочный блок. Эта область содержит метку диска и код начальной загрузки системы. Сектор 16, известный под названием суперблок, содержит много общей информации о файловой системе в целом: размер раздела, указатель на корневой каталог, счетчик элементов каталогов, номер версии HPFS, дату последней проверки и исправления раздела, а также дату последнего выполнения процедуры дефрагментации раздела. Он также содержит указатели на список испорченных блоков на диске, таблицу дефектных секторов и список доступных секторов.

Во время форматирования раздела HPFS делит его на полосы по 8 Мбайт каждая. Каждая полоса имеет отдельную таблицу объемом 2 Кбайт, в которой указывается, какие секторы полосы доступны, а какие заняты. Затем файловая система HPFS оценивает размер каталога и резервирует необходимое пространство в полосе, расположенной ближе всего к середине диска. Место резервируется в середине диска для того, чтобы физические головки, считывающие данные, никогда не проходили более половины ширины диска.

Имена файлов в HPFS могут иметь длину до 254 символов.

HPFS использует для хранения элементов каталогов структуру данных, называемую В-деревом. Каждый элемент каталога начинается с числа, представляющего длину элемента, которая изменяется в зависимости от длины имени файла. Затем следуют время и дата создания файла, его размер и атрибуты, а также указатель на F-узел файла. Каждый файл (и каталог) имеет F-узел – структуру данных, занимающую один сектор и содержащую принципиально важную информацию о файле. F-узел содержит указатель на начало файла, первые 15 символов имени файла, журнал, хранящий информацию о предыдущих обращениях к файлу, структуру распределения, описывающую размещение файла на диске, и первые 300 байт расширенных атрибутов файла.

Для повышения эффективности система HPFS также предоставляет многоуровневые кэши.