Charakterystyka systemów plików.pdf

Jaki system plików?

30.10.2008

W czasie instalacji Windows określasz wiele parametrów systemu operacyjnego. Jednym z

nich jest system plików. To z pozoru mało znaczące ustawienie ma istotny wpływ na

wydajność, bezpieczeństwo oraz zakres możliwości XP. Jeśli chcesz wiedzieć, który z

systemów będzie lepszy do twojej stacji, zapraszamy do lektury.

System plików to jeden z fundamentów systemu operacyjnego. Odpowiada za sposób nazywania,

przechowywania i organizowania danych na nośnikach pamięci masowych . Dla użytkownika

komputera odczytywanie lub zapisywanie pliku to zwykłe niezbyt ciekawe zadanie systemu.

Czynności, które musi wykonać Windows, niewiele nas obchodzą. Zainteresowanie rośnie, gdy

mowa o wydajności, a przede wszystkim o bezpieczeństwie operacji wejścia-wyjścia. Ciekawe,

który z systemów zapewni szybsze działanie komputera i mniejsze ryzyko utraty danych w

wypadku utraty zasilania?

Nieco historii

Pierwsze systemy operacyjne Microsoftu wykorzystywały system plików FAT12 oraz FAT16. Dla

DOS-u 5.0 czy 6.0 FAT był wystarczająco funkcjonalny i wydajny, ale w miarę rozwoju technologii

informatycznych stawał się balastem dla systemu operacyjnego. Dobrą tego ilustracją jest obsługa

nazw plików. Standard, w którym nazwa mogła zawierać maksymalnie osiem znaków plus

trzy znaki rozszerzenia, przeszkadzał szczególnie w systemach "okienkowych" . Obecnie mało

kto może zaakceptować stosowanie tak krótkich nazw plików lub katalogów.

W Windows 95 wprowadzono rozszerzenie systemu FAT nazwane VFAT. Obsługiwało długie

nazwy plików, ale nie usuwało pozostałych ograniczeń, np. rozmiaru partycji do 2 GB . W

następnej wersji Windows 95 (OSR 2) po raz kolejny rozbudowano możliwości systemu plików

przez dodanie obsługi FAT32, który "zadomowił się" we wszystkich następcach Windows 95,

obsługuje go również Windows XP.

W latach 90. Microsoft wprowadził podział systemów operacyjnych na dwie oddzielnie rozwijane

grupy. Pierwszą były systemy przeznaczone do zastosowań domowych, m.in. wspomniany

Windows 95 i jego następcy, np. Windows 98 lub Windows 98 SE. Tę linię produktów zakończył

Windows Me. Drugą grupę stanowiły systemy przeznaczone do firm. Zapoczątkował je Windows

NT. Produkty do przedsiębiorstw muszą spełniać zdecydowanie wyższe wymagania i dlatego

powstał projekt nowego rozwiązania. W 1993 roku pojawił się NT 3.1, który zawierał system

plików NTFS (New Techology File System). Wczesne wersje NT obsługiwały dodatkowo HPFS

(High Performance File System), system plików stosowany w OS/2, ale w wersji 4.0 zakończono

jego obsługę. W Windows XP Microsoft połączył linie produktów do firm z linią systemów

domowych. XP Home oraz Professional mają te same fundamenty, pochodzące z Windows NT i

oba systemy obsługują FAT i NTFS.

Systemy plików w XP

Windows XP obsługuje cztery systemów plików: FAT (wersje FAT12, FAT16, FAT32), NTFS,

CDFS oraz UDF . Co ciekawe, część narzędzi do zarządzania dyskami i partycjami wymienia

nazwę FAT, ale nie pozwala na wskazanie jego wersji, co można zaobserwować w czasie instalacji

XP. Powodem jest to, że Windows automatycznie dobiera wersję systemu plików do rozmiaru

formatowanej partycji lub formatowanego nośnika, np. dyskietki oraz woluminy mniejsze niż 16

MB są automatycznie formatowane w systemie FAT12. Partycje do 2 GB są formatowane w

systemie FAT16, a te, których rozmiar mieści się w zakresie od 2 GB do 32 GB, w systemie FAT32.

Rys.1. Okno modułu Zarządzanie dyskami pokazuje system plików partycji C: oraz płyty DVD.

Podstawowym i zalecanym systemem plików Windows XP jest NTFS , często jedyny, który

można wybrać, korzystając z dostępnych narzędzi do zarządzania dyskami. W XP wbudowano

ograniczenie, które nie pozwala na sformatowanie partycji w systemie FAT w wypadku woluminów

liczących ponad 32 GB. Pamiętaj, że nie oznacza to braku obsługi tego systemu plików, a jedynie

brak narzędzi do formatowania. Programiści Microsoftu uznali, że korzystanie z FAT na partycji

przekraczającej 32 GB jest nieefektywne i przeważnie to prawda. Jeśli chcesz zastosować system

FAT na woluminie o wielkości np. 80 GB, musisz użyć narzędzi zewnętrznych, np. Partition Magic.

W celu odczytania danych z płyt CD i DVD obsługiwane są systemy CDFS oraz UDF. Pierwszy

jest starszy, a jego główne ograniczenia to maksymalnie 64-znakowe (Unicode) nazwy plików oraz

najwyżej ośmiopoziomowa struktura zagnieżdżeń folderów. UDF jest nowszym standardem. To za

jego pomocą możesz odczytać dane z płyt DVD, pozwala również na dłuższe nazwy plików i

głębszą strukturę folderów. System plików nośnika możesz obejrzeć, posługując się np. modułem

Zarządzanie dyskami.

Podstawy działania FAT

Jako użytkownik systemu Windows XP stajesz przed wyborem: posłużyć się systemem FAT czy

NTFS. Zanim zdecydujesz, poznaj podstawy działania obu systemów. Zacznijmy od

zaawansowanego wiekiem FAT. W celu uzyskania dostępu do danych posługuje się tablicą

alokacji plików oraz wpisami katalogowymi . Zawartość tych elementów informuje Windows,

gdzie znajduje się plik, który chcesz odczytać lub zmodyfikować.

Rys.2. Odszukanie klastrów należących do dokumentu cos.txt.

Tablica alokacji plików to lista wszystkich jednostek alokacji(klastrów) woluminu. Każdy

klaster ma przypisany jeden z czterech stanów: nieużywany, klaster zajęty przez plik, klaster

uszkodzony i ostatni klaster pliku. Klastry woluminu FAT mają logiczne numery. Liczba

klastrów, które może obsłużyć FAT, zależy od jego typu, np. FAT16 ma ograniczenie do 216

klastrów. Ponieważ uszkodzenie struktury tablicy alokacji plików może skutecznie

uniemożliwić dostęp do danych, system FAT przechowuje dwie kopie tablicy.

Wpis katalogowy to kolejny istotny element biorący udział w zarządzaniu strukturą danych .

Każdy wolumin po sformatowaniu udostępnia katalog główny, niezawierający plików ani

folderów . Jeśli po utworzeniu przykładowego woluminu D: w wierszu poleceń wpiszesz DIR,

otrzymasz pustą listę. W systemie FAT jest oddzielne miejsce na przechowywanie informacji o

wpisach do katalogu głównego . Każdy utworzony plik lub folder otrzymuje oddzielny, 32-

bajtowy wypis z takimi informacjami, jak nazwa, opis atrybutów, data i czas utworzenia, data

ostatniego dostępu, identyfikator pierwszego klastra i rozmiar pliku. Po utworzeniu nowego

dokumentu, np. cos.txt, system doda wpis z wymienionymi wyżej danymi. Jeśli założysz

folder, wpis będzie bardzo podobny. Katalogi są rozróżniane według ustawionego

odpowiedniego atrybutu. Jedną z ważniejszych informacji w opisie pliku jest adres

pierwszego zajmowanego przez niego klastra. Jeśli plik zajmuje 23 KB, a rozmiar jednostki

alokacji wynosi 4 KB, to dane pliku są zapisane na sześciu klastrach. Gdy uruchomisz

Notatnik w celu edycji dokumentu, system musi pobrać zawartość pliku. W tym celu

odnajduje wpis katalogowy i informację o pierwszym klastrze dokumentu. Po uzyskaniu

adresu pierwszej jednostki alokacji sięga do tablicy alokacji, skąd pobiera dane o kolejnych

klastrach należących do tego dokumentu. Ostatni klaster zawiera identyfikator końca pliku,

tzw. łańcuch alokacji plików FAT.

NTFS - podstawy działania

Architektura systemu NTFS różni się zdecydowanie od sposobu funkcjonowania systemu

FAT , którego najważniejszą zaletą jest prostota. To równocześnie jego największa wada, bo

oznacza ograniczone możliwości świadczenia dodatkowych usług. W systemie NTFS

informacje potrzebne do zarządzania danymi są przechowywane w grupie plików

systemowych zwanych plikami metadanych. Są one tworzone w czasie formatowania

woluminu. Przechowywanie informacji o strukturze partycji w plikach systemowych ma wiele

zalet: łatwą lokalizację danych, ochronę przez zastosowaniem uprawnień oraz możliwość

dynamicznej zmiany lokalizacji metadanych po wykryciu uszkodzenia klastrów.

Rys.3.Okno nadawania uprawnień NTFS

Najważniejszym elementem struktury systemu NTFS jest tablica MFT (Master File Table). To

baza danych zapisana również w postaci pliku i gromadząca informacje o wszystkich plikach i

folderach przechowywanych przez wolumin. Rozmiar rekordu opisującego każdy plik wynosi 1

KB. Szesnaście pierwszych rekordów MFT to informacje o samej tablicy oraz o plikach

metadanych systemu NTFS. Następne rekordy służą do opisania danych użytkownika. Najczęściej

jednemu plikowi odpowiada jeden rekord. Jeśli plik ma wiele atrybutów, informacja o nim może

zajmować więcej wierszy w tablicy. Plik odpowiednio mały może być przechowywany w tablicy

MFT, a nie w klastrach systemu plików. Podobnie jak FAT, NTFS utrzymuje częściową kopię

informacji o strukturze systemu plików. Dane te są umieszczone w pliku metadanych $MFTMirr.

Tablica MFT to główny plik metadanych. Oprócz niego NTFS posługuje się jeszcze

dziesięcioma innymi plikami systemowymi, w których gromadzi informacje o

zabezpieczeniach, przydziałach dyskowych, odnalezionych uszkodzonych sektorach itd. Wśród

nich jest także dziennik operacji woluminu. Windows wykorzystuje go do przywracania spójności

systemu plików po awarii.

Czynniki wyboru systemu plików

O wyborze systemu plików powinny decydować wymagania użytkownika . Jeśli wiesz, co jest

dla ciebie najważniejsze - wydajność, niezawodność czy funkcjonalność - łatwo wskażesz

optymalne rozwiązanie. Możesz również wybrać system, który ma wszystkie wymienione cechy.

Rys.4.Rezultat konwersji systemu plików.

O wydajności systemu plików świadczy szybkość ich wyszukania, lokalizacji fragmentu pliku,

dostępu do danych, działania na folderach oraz lokalizacji wolnej przestrzeni. Szybkość działania

zależy nie tylko od struktury systemu, ma na nią wpływ wiele innych czynników.

Najważniejsze to: rozmiar klastra, zasoby sprzętowe (zwłaszcza rozmiar pamięci operacyjnej)

oraz obciążające system aplikacje, np. skanery antywirusowe. Sprawność systemu będzie

również malała z upływem czasu - przy intensywnej manipulacji danymi wzrasta

fragmentacja danych i wydajność gwałtownie spada. Dla wielu osób decydująca jest

niezawodność systemu plików. Duża podatność na awarie, możliwość utraty plików lub załamanie

się systemu operacyjnego może zniwelować zalety związane z wydajnością.

Ostatnim elementem, na który warto zwrócić uwagę, jest funkcjonalność. Określają ją dodatkowe

usługi, które system plików oferuje. Dla części użytkowników będą bardzo przydatne lub wręcz

nieocenione. Za przykład niech posłuży wbudowane w NTFS szyfrowanie plików. Oceniając

możliwości, trzeba także rozpatrzyć ograniczenia. Jeśli wykorzystujesz komputer do pracy z

animacjami, grafiką, filmami itp., ograniczenie wielkości pliku w FAT do 4 GB może sprawić,

że inne jego zalety nie będą miały żadnego znaczenia. Natomiast gdy chcesz, żeby starsze

systemy miały dostęp do plików umieszczonych na dowolnym woluminie, nie wybierzesz

NFTS - po sformatowaniu woluminu w tym systemie Windows 98 i Windows Me przestają

widzieć partycję .

Plik z chomika:

Inne pliki z tego folderu:

Inne foldery tego chomika: