Файловая система.

Файловая система — это методы и структуры данных, которые используются операционной системой для хранения файлов на диске или его разделе. О файловой системе также упоминают, когда ссылаются на диск (или раздел диска), служащий для хранения файлов. Необходима файловая система для того, чтобы ОС имела возможность работать с данными на жестком диске.

До того как будет рассмотрено устройство и принцип работы файловой системы, важно определить, что такое кластер и сектор и чем они друг от друга отличаются.

Сектор — минимальная единица пользовательских данных, которую могут использовать программы, работающие с жестким диском напрямую, в обход операционной системы.

Кластер — минимальная единица пользовательских данных, которую могут использовать программы, работающие с жестким диском посредством операционной системы.

Фундамент FAT32

Основой рассматриваемой файловой системы являются:

• загрузочная запись (Boot Record), где хранится информация о размере раздела, количестве свободного места, размере кластера и т. д.;

• таблица размещения файлов (File Allocation Table, FAT). В этой таблице содержится информация о том, как располагаются данные файлов на разделе диска;

• корневой каталог (Root Directory). Это самый "главный" каталог на логическом диске, все остальные каталоги и файлы располагаются по иерархии ниже его. В FAT32 у корневой папки (каталога) есть некоторые особенности. Во-первых, она имеет нефиксированное расположение (хотя чаще всего начинается со второго кластера). Во-вторых, ее размер не ограничен и под свои нужды она использует область данных пользователя.

Детали форматирования

Перед созданием и форматированием раздела важно знать некоторые ограничения, которые накладывает FAT32. Теоретически размер логического диска FAT32 ограничен 8 Тбайт. Но на практике встроенные в Windows 2000/XP средства администрирования дисков не позволят вам создать раздел размером более 32 Гбайт.

При форматировании по умолчанию кластер может иметь разный объем в зависимости от размера создаваемого логического диска. Но чем больше кластер, тем менее эффективно используется место на жестком диске. Например, файл размером 10 байт реально займет ровно один кластер. Можно посчитать зря потраченное место: размер кластера минус 10 байт. При значительном количестве небольших файлов потери могут стать существенными. С другой стороны, слишком маленький объем кластера приведет к увеличению размера таблицы размещения файлов до десятков мегабайт, а все их надо держать в оперативной памяти. Поэтому, если вы не уверены, какой размер кластера будет оптимальным для ваших приложений и данных, оставьте это на усмотрение программы, которая будет выполнять форматирование раздела.

Теперь немного о том, каким может быть файл. Вы, возможно, знаете, что поддержка длинных имен была введена еще в Windows 95 и это позволило более «дружелюбно» называть файлы. Согласитесь, имя каталога DOCUME~1 мало о чем говорит. Гораздо понятнее выглядит название Documents and Settings. FAT32 в этом плане мало чем отличается от FAT16. Имя файла может содержать до 255 символов, с ISO-кодами (цифровым представлением символа) от 33 до 255 за исключением специальных символов — «*», «?», «/», «\» и некоторых других. Максимально возможный размер файла составляет 4 Гбайт.

Стабильность файловой системы

Прежде чем начать разговор о стабильности файловой системы, необходимо дать несколько сухих определений.

Логическими ошибками файловой системы являются неправильные сведения о размере и данных файла или некорректные имена файлов. Стабильность файловой системы определяется частотой, условиями появления и характером ошибок.

Еще один термин — журналирование. Этим не очень благозвучным словом называют ведение журнала всех изменений и операций, производимых над данными. Журналирование помогает установить тип возможной ошибки, произошедшей при сбое в работе операционной системы, и используется при самовосстановлении файловой системы.

FAT32, в отличие от NTFS, не является журналируемой, так что не стоит пренебрегать проверкой диска при перезапуске ОС, если до этого произошел сбой, повлекший некорректное выключение и перезагрузку операционной системы. Наиболее распространенная ошибка — неправильно записанные данные о количестве свободного места. Возникает эта ошибка во многом по той причине, что данные о количестве свободного места записываются в специально отведенное место на диске, а не вычисляются, как это происходит в FAT16.

В целях профилактики полезно каждые два месяца проводить дефрагментацию, так как кластеры, в которых находятся данные файлы, могут фрагментироваться (т. е. несколько кластеров, на которых записан длинный файл, располагаются не строго по порядку и друг за другом, а разбросаны по диску). Со временем поиск следующего кусочка файла происходит все дольше и дольше.

Ликвидацией последствий фрагментации занимаются специальные программы-дефрагментаторы, собирающие части разбросанных по диску файлов в один массив. Посоветовать какой-либо дефрагментатор как лучший в своем классе довольно сложно. Можно лишь рекомендовать не пользоваться для этих целей стандартной программой, поставляемой с ОС Windows, так как кроме символического отсутствия цены (это «бесплатное» приложение, поставляемое в комплекте с ОС от Microsoft) и работоспособности никаких других плюсов у данной программы нет.

Основа NTFS

Базисом NTFS является главная таблица файлов (Master File Table, MFT). MFT изначально резервирует под себя одну восьмую часть раздела (примерно 12%). Если место на разделе заканчивается, MFT сокращается в два раза, освобождая для файлов пользователя свободное пространство. Процедура может повторяться несколько раз. При появлении незанятого места MFT снова резервирует под себя 12% от объема раздела, что приводит к нежелательному эффекту — фрагментации MFT. При этом эффективность работы с NTFS-диском падает.

Файлы и каталоги

Представление о файлах и каталогах имеют даже новички. Однако, приступая к описанию NTFS, необходимо дать некоторые объяснения этим понятиям.

В NTFS любой элемент является файлом, включая каталоги и главную таблицу файлов. Элемент состоит из двух частей: обязательной записи о нем в MFT и опциональных параметров, называемых потоками. Все данные файла представляют собой опциональные параметры (его содержимое, версия, дата последней модификации, автор и т. д.). Но наиболее известные файловые менеджеры дают пользователю информацию только об ограниченном и заранее определенном наборе потоков. А размер файла, показываемый пользователю, является объемом только одного потока, который, собственно, и представляет собой то, что мы привыкли традиционно называть данными файла. Получается, что текстовый документ, состоящий всего из нескольких страниц текста, может занимать не один гигабайт, скрытый в другом потоке.

Характерно также, что файл, содержащий небольшие по объему данные, может иметь только ссылку на запись в MFT. В этом случае данные хранятся в главной таблице файлов вместе с информацией о самом элементе. Грубо говоря, весь файл находится внутри MFT.

Каталоги в NTFS представляют собой ссылки на другие директории и файлы.

Имя элемента данной файловой системы может содержать до 255 символов в кодировке Unicode (количество возможных символов — 65 536). Данная кодировка, в частности, обеспечивает многоязычную поддержку.

Конфиденциальность и сохранность данных

Одним из важных преимуществ NTFS является разграничение прав пользователей на файлы и каталоги. Правильное применение этой возможности повысит стабильность вашей системы. Стоит отметить, что разделение прав пользователей привязано к используемой операционной системе, и в другом семействе операционных систем права могут и не соблюдаться. В таком случае поможет шифрование.

Возможность шифрования была введена в Windows 2000. Если вы опасаетесь за конфиденциальность своих данных, вы можете зашифровать любой элемент файловой системы. Даже если ваш жесткий диск попадет в руки людей, для которых информация не предназначалась, они не смогут ее извлечь. То есть, если выразиться корректно, они не будут иметь правомочного доступа к вашей информации. Взломать шифр, как известно, можно, и здесь уже вопрос лишь в том, насколько желанна ваша зашифрованная информация для взломщика.

Однако главное достоинство NTFS — журналирование и методы, которыми файловая система проводит операции с данными. Любое действие в разделе NTFS выполняется транзакцией. Транзакция — это пакет операций, который или выполняется полностью или не выполняется совсем, третьего не дано. Любое действие с данными записывается в журнал; из него в случае какого-либо сбоя в дальнейшем можно узнать, какая транзакция не смогла успешно завершиться и почему. Основные объекты NTFS ко всему прочему зеркалируются, т. е. делается резервная копия загрузочной записи и некоторых элементов MFT. Такая логика операций с данными приводит к высокой стабильности файловой системы. Сбой во время дефрагментации, скорее всего, будет просто незаметен для пользователя, в то время как для FAT32 такая ошибка стала бы в большинстве случаев фатальной.

Некоторые специальные возможности

В NTFS существуют такие понятия, как жесткая ссылка и точка присоединения.

Жесткими (Hard Links) являются ссылки на такие файлы или каталоги (их может быть несколько), которые указывают на одну и ту же запись в главной таблице файлов, т. е. один и тот же элемент (файл или каталог) имеет несколько имен, а чтобы его удалить, необходимо уничтожить все ссылки на него. Тогда на счетчике указателей соответствующей этому элементу записи в MFT окажется ноль, а данные этого элемента будут стерты.

Точка присоединения (Reparse Point) — это, грубо говоря, ссылка, указывающая на какой-либо каталог (понятие «точка присоединения» нельзя применять к файлам). С ее помощью можно создать некий виртуальный каталог-дублер, неотличимый от оригинала, но располагающийся в другом месте структуры каталогов. Это бывает полезно при администрировании и работе с файлами.

Точка монтирования отличается от точки присоединения тем, что применяется не к каталогам, а к томам (логическим дискам). То есть если примонтировать диск D: к каталогу C:\Distrib, раздел D: как бы вообще перестает существовать для пользователя; к любому файлу бывшего диска D: он может обращаться через C:\Distrib.

Жесткая ссылка, точка присоединения и точка монтирования объединяются общим понятием «точка повторной обработки».

Для администраторов серверов пригодится сервис квотирования — разграничение свободного пространства, доступного пользователю. Хотя на домашнем или обычном рабочем компьютере это не так уж и актуально.

Рассматриваемая файловая система обладает еще одной интересной функцией — возможностью сжатия. Сжатым может быть каталог, файл или даже часть файла. И уплотненный элемент не будет чем-либо отличаться от обычного в «понимании» приложений, его использующих. Таким образом достигается увеличение свободного пространства, но время доступа к данным возрастает.

Обслуживание диска

Несколько хуже у NTFS обстоят дела с фрагментацией, особенно когда диск заполнен более чем на 88%. Выход в дефрагментации, но здесь есть проблема. Практически ни одна из созданных для этого программ не способна провести нормальную оптимизацию, поскольку возможности используемых ими стандартных функций ОС очень ограниченны. В результате этот процесс придется повторять чуть ли не каждый месяц. Один из немногих, а может быть, и единственный дефрагментатор, который способен исправить ситуацию, — Speed Disk из пакета программ Norton Utilities. Его методы работы позволяют обходить ограничения, наложенные функциями ОС. Так что выбор за вами: или не проводить дефрагментацию вообще, потому что оптимизацию раздела не этой утилитой можно назвать вредной, или использовать Speed Disk. Хотя падение производительности на NTFS из-за фрагментации гораздо менее заметно, чем в случае FAT32.

Требовательность к ресурсам компьютера

Для приятной (без заметного падения производительности) работы с рассматриваемой файловой системой необходимо достаточное количество оперативной памяти (64 Мбайт и более). В свое время это было существенным недостатком NTFS, но сейчас уже трудно представить себе современный компьютер, несущий «на борту» менее 128 Мбайт.

Что предпочтительнее: FAT32 или NTFS?

Если у вас есть желание выбрать NTFS, подумайте, сможете ли вы в полной мере насладиться ее возможностями. Целиком использовать преимущества этой файловой системы под силу только опытному пользователю, да и на домашнем компьютере обычно нет необходимости в шифровании данных, разделении прав и выделении квот. Конечно, в качестве главного критерия может выступать надежность, но в этом плане ничто не сравнится с резервным копированием данных. Однако почему бы не использовать RAID-массив из, скажем, двух жестких дисков в режиме «зеркало» (правда, это значительно дороже)?

Существует еще одна хитрость, подстерегающая любителей поэкспериментировать над своим жестким диском. Дело в том, что если преобразование FAT32 в NTFS легко осуществимо средствами, например, Windows NT/2000/XP, то обратное преобразование без потери данных не сделаешь. Поэтому, прежде чем решиться на настойчивое предложение Windows переформатировать FAT32 в NTFS, следует тщательно подумать, так как единственным методом обратного преобразования будет перепись содержимого NTFS-раздела диска на другой раздел (или другой жесткий диск) с последующим форматированием NTFS-раздела и его преобразованием в FAT32.

Итак, если у вас хранятся важные данные или за компьютером работают несколько пользователей, имеющих различный уровень доступа к информации, то NTFS значительно облегчит администрирование ПК и уменьшит вероятность порчи файлов.

А когда компьютер для вас большей частью является эдаким микстом из печатной машинки и развлекательно-коммуникационного центра, то расширенные возможности, предоставляемые NTFS, едва ли стоят сложностей, например, с выбором ОС, поддерживающей NTFS и ваши любимые игры.