Файловая система — что это такое и их виды

Из курса информатики основной школы вам известно, что файл — это поименованная совокупность данных определённого размера, размещаемая на внешних устройствах (носителях информации) и рассматриваемая в процессе обработки как единое целое.

Файл характеризуется набором параметров (имя, размер, дата создания, дата последней модификации) и атрибутами, используемыми операционной системой для его обработки (архивный, системный, скрытый, только для чтения). Размер файла выражается в байтах.

На каждом компьютерном носителе информации (жёстком, оптическом диске или флеш-памяти) может храниться большое количество файлов. Для удобства поиска информации файлы по определённым признакам объединяют в группы, называемые каталогами или папками.

Каталог (папка) — это поименованная совокупность файлов и подкаталогов (вложенных каталогов). Можно сказать, что каталог — это тоже файл, но только содержащий в себе информацию о заключённых в него файлах. Правда папки можно создавать средствами операционной системы, а вот для создания большинства типов файлов понадобится использование прикладного программного обеспечения.

Что такое файловая система

Файловая система (File System, ФС) — определяет и контролирует, как будут храниться и именоваться данные на носителе/накопителе информации: флешке, жестком или ssd диске и других. От нее зависит способ хранения данных на накопителе, сам формат данных и то, как они будут записываться/читаться в дальнейшем.

Также ее можно назвать программным интерфейсом, который позволяет структурировать данные на накопителе, чтобы программное обеспечение могло быстро получить к ним доступ.

Файловая система делает организованную структуру на накопителе информации. Все записанные данные на нем хранятся в своих определенных местах, под определенными именами и с присвоенными атрибутами. Если бы ФС не было, то файлы хранились бы на носителе просто в одном большом массиве данных и определить, где начало какого файла и его конец, было бы невозможно. Система бы просто не знала, как вытащить необходимый файл.

Что определяет файловая система:

• Структура
• Правила хранения и чтения данных
• Размер кластеров
• Формат содержимого
• Размер имен файлов
• Максимально возможный размер файла и раздела. К примеру, в ФАТ32 максимальный размер всего 4 ГБ, т.е. 4 294 967 295 байт.
• Набор атрибутов файла

Что такое FAT32

Файловая система FAT32 является самой старой и опытной в истории компьютерных технологий. Ее путь начался с оригинальной 8-битной системы FAT в 1977 году, которая функционировала внутри автономного диска Microsoft Standalone Disk Basic-80. Он был запущен специально для Intel 8080 NCR 7200 в 1977/1978 году, работая терминалом ввода данных с 8-дюймовыми гибкими дисками.

После обсуждений о введении системы с учредителем Microsoft Биллом Гейтсом, код был написан первым наемным сотрудником компании Марком Макдональдом.

Основной задачей файловой системы FAT была работа с данными в операционной системе Microsoft 8080/Z80 на базе платформы MDOS/MIDAS, написанной Марком Макдональдом.

В дальнейшем FAT претерпела некоторые изменения, постепенно переходя от своего первоначального вида к FAT12, FAT16 и, наконец, FAT32, название которой теперь тесно ассоциируется с внешними накопителями.

Основным отличием FAT32 от ее предшественников является преодоление ограниченного объема доступной для хранения информации. 32-разрядная система была выпущена в августе 1995 года вместе с релизом Windows 95 и в своем обновленном варианте позволила увеличить верхние пределы размера файлов и хранилища данных до 4 Гб и 16 Тб.

Таким образом, FAT32 не предназначена для хранения больших объемов данных и установки тяжелых приложений. Именно по этой причине на жестких дисках используется файловая система NTFS, которая позволяет пользователям перестать думать о загружаемых объемах информации.

Резюмируя, система FAT32 идеально подойдет для хранения данных, объем которых не превышает 4 Гб, на любых съемных носителях. Ее популярность не ограничивается только компьютерной сферой. Она используется в игровых консолях, телевизорах с высокой четкостью изображения, DVD-проигрывателях, Blu-Ray плеерах и любых других устройствах с USB-портом. FAT32 поддерживают все версии Windows, Linux и MacOS.

Что же такое файловая система и для чего она нужна?

Файловая система по-простому говоря, это система, которая служит для хранения файлов и папок на жестком диске или на другом носителе, флешке, телефоне, камере и т.д. А так же для упорядочивании файлов и папок: перемещения их, копирования, переименования. Так что за все ваши файлы отвечает эта система, вот почему она так важна.

Если выбрать неправильно файловую систему ваш компьютер может некорректно работать, зависать, виснуть, медленно поступать информация, а ещё хуже возможна порча данных. Это хорошо если не системных, а то появится синий экран. А ещё самое главное что если ваш компьютер будет тормозить по этой причине, никакие чистки от мусора как вручную так и программами не помогут!

Все существующие на сегодня ФС, их достоинства и недостатки

Это самый древний тип файловой системы, который был разработан еще в далеком 1977 году. Она работала с операционкой ОС 86-DOS и не способна работать с жесткими носителями информации, и рассчитана на гибкие их типы и хранение информации до одного мегабайта. Если ограничение размера инфы сегодня не актуально, то иные показатели остались востребованными в неизменном виде.

Эта файловая система использовалась ведущей компанией разработчиком программных приложений – Майкрософт для такой операционки, как ОС MS-DOS 1.0.
Файлы этой системы имеют ряд характерных свойств:

1. Имя информационной единицы должно содержать в своем начале букву или цифру, а дальнейшее содержание наименование может включать различные символы клавиатуры компа;
2. Имя файла не должно превышать восьми символов, в конце имени ставится точка, после которой следует расширение из трех букв;
3. Для создания имени файла может использоваться любой регистр раскладки клавиатуры.

С самого начала разработки файловая система FAT была направлена на работу с операционкой ОС DOS, она не была заинтересована в сохранении данных о пользователе или владельце информации.

Благодаря всевозможным модификациям этой ФС, она стала самой востребованной в современное время и на ее основе работают самые инновационные операционные системы.

Именно данная файловая система способна сохранять файлы в неизменном виде, если компьютерная техника выключилась неверно в силу, например, отсутствия зарядки батареи или выключения света.

Во многих операционных системах, с которыми работает FAT, лежат определенные программные утилиты, корректирующие и проверяющие само дерево содержания ФС и файлы.

С ОС Windows NT работает современная файловая система NTFS, в принципе на нее она и была нацелена. В ее составе действует утилита convert, которая отвечает за конвертацию томов с формата HPFS или FAT, в формат томов NTFS.

Она более модернизирована по сравнению с первым описанным выше вариантом. В этой версии расширены возможности касаемо непосредственного управления доступом ко всем информационным единицам. Здесь можно пользоваться множеством полезных атрибутов, динамическим сжатием файлов, отказоустойчивостью. Одним из преимуществ оной является и поддержка требований POSIX стандарта.

• Эта файловая система позволяет создавать информационные файлы с именами длинной в 255 символов.

Если операционка, которая работает с данной файловой системой, дает сбой, то не нужно переживать за сохранность всех файлов. Они остаются в целостности и невредимости, поскольку этот тип файловой системы имеет свойство самовосстанавливаться.

Особенностью ФС NTFS является ее структура, которая представлена в виде определенной таблицы. Первые шестнадцать записей в реестре — это содержание самой файловой системы. Каждая отдельная электронная единица тоже имеет вид таблицы, которая содержит информацию о таблице, зеркальный файл в формате MFT, файл регистрации, используемый при необходимости восстановления информации и последующие данные – это информация о самом файле и его данные, которые были сохранены непосредственно на жестком диске.

Все выполняемые команды с файлами имеют свойство сохраняться, что помогает впоследствии восстанавливаться системе самостоятельно после сбоя операционной системы, с которой она работает.

Очень распространенной является файловая система EFS, которая считается шифрованной. Она работает с операционкой Windows. Эта система обуславливает сохранение файлов на жестком диске в зашифрованном виде. Это самая действенная защита всех файлов.

Шифрование устанавливается в свойствах файла с помощью галочки напротив вкладки, говорящей о возможности шифровки. Воспользовавшись этой функцией можно указывать, кому доступны для просмотра файлы, то есть, кому разрешено с ними работать.

Файловые элементы – это самые уязвимые единицы программирования. Ведь именно они и являются информацией, которая хранится на дисках компьютерной техники. Они могут повреждаться, удаляться, скрываться. В общем, работа пользователя только и нацелена на создание, сохранение и перемещение оных.

Операционная система не всегда показывает идеальные свойства своей работы и имеет характерность выходить из строя. Происходит это по многим причинам. Но сейчас не об этом.

Очень многие пользователи сталкиваются с уведомлением о том, что повреждена система RAW. Это действительно ФС или нет? Таким вопросом задаются многие. Оказывается, это не совсем так. Если объяснять на уровне языка программирования, то RAW – это ошибка, а именно логическая ошибка, которая внедрена уже в операционку Windows в целях обезопасить ее от выхода из строя. Если техника выдает какие-то сообщения по поводу RAW, значит нужно иметь в виду, что под угрозой структура файловой системы, которая работает неверно либо ей грозит постепенное разрушение.

Если такая проблема на лицо, то вы не сможете получить доступ ни к одному файлу в компе, а также он откажется выполнять и иные операционные команды.

Это файловая система для оптических дисков, которая имеет свои особенности:

1. Наименования файлов не должны превышать 255 символов;
2. Именной регистр может быть как нижним, так и верхним.

Работает она с ОС Windows XP.

Цели, состав и функции

Цели использования файловой системы:

• Экранирование физической организации долговременного хранилища данных.
• Создание простой модели (логической) этого хранилища.
• Предоставление программам и пользователям удобного набора команд для манипулирования файлами.

Состав файловой системы определяется следующими компонентами:

1. Все файлы на диске.
2. Наборы структур данных, которые используются для управления файлами.
3. Комплекс системных программных средств которые реализуют различные операции над файлами (создание, запись, чтение, поиск и другие).

Функции файловой системы:

• Отображение логической модели данных на физическую организацию хранилища данных. То есть структура файлов и папок на компьютере переноситься на физический жесткий диск. А именно на конкретные сектора.
• Обеспечение устойчивости файловой системы к сбоям и ошибкам.
• Предоставление программного интерфейса для приложений. Что бы программы могли работать с файлами.
• Обеспечение совместного доступа к файлу несколькими процессами. О процессах я рассказывал в основах операционных систем.
• Защита файлов от несанкционированного доступа.

Какие бывают файловые системы

Для Windows используются два файловые системы:

1. FAT (File Allocation Table).
2. NTFS (New Technology File System).

Для UNIX систем это:

1. UFS (Unix File System).
2. S5 (применительно к System V).

1. Ext (Extended File System).
2. Reiser.

Физическая организация файловых систем

Обычные HDD диски состоят из:

1. Дорожек. Концентрических колец предназначенных для хранения данных, размеченных на диске. Они состоят из одинакового числа секторов.
2. Секторов. Сектор является наименьшей адресуемой единицей дискового устройства для обмена данными. Размер сектора фиксирован.
3. При низкоуровневом форматировании создаются дорожки и сектора, на диск записывается информация для определения границ секторов.

Логические диски

При работе в операционной системы мы работаем с логическими дисками или разделами. Физический диск может быть разбит на один или несколько логических дисков.

Логический диск или раздел это часть (или весь) физического диска, которую операционная система представляет пользователю как логическое устройство.

На одном логическом диске может использоваться только одна файловая система.

На моем примере.

В моем случае диск C это часть физического SSD диска. Диски D и E — полностью два физических диска. Часто один физический диск разбивают на два логически C и D.

Возможные варианты организации логических дисков:

• Один физический – один логический.
• Один физический – несколько логических.
• Несколько физических – один логический.

Вариант несколько физических = дин логический обычно используется в RAID массивах.

RAID (англ. Redundant Array of Independent Disks — избыточный массив независимых (самостоятельных) дисков) — технология виртуализации данных для объединения нескольких физических дисковых устройств в логический модуль для повышения отказоустойчивости и/или производительности.

https://ru.wikipedia.org/wiki/RAID

На картинке выше видно что один диск (диск C) помечен как загружаемый (системный) иконкой слева.

Высокоуровневое форматирование диска

Высокоуровневое форматирование диска необходимо для создания логического диска и файловой системы на нем.

При форматировании пространство логического диска разбивается на кластеры определенного размера.

Кластер (блок) является минимальной единицей хранения данных, используемой в файловой системе.

При форматировании на диск записывается следующая информация:

1. Загрузчик операционной системы.
2. Сведения о границах областей отведенных под файлы и каталоги.
3. Информация о поврежденных областях.
4. Информация о доступном и неиспользуемом пространстве.

Служебная область содержит общую информацию о файловой системе, свободных кластерах, о размещении файлов в кластерах.

Главная таблица файлов – MFT содержит как минимум одну запись для каждого файла и запись для себя. На кластеры делится весь раздел диска, а не только область данных.

В файловой системе NTFS данные организуются следующим образом.

Организация данных в NTFS

Возникает вопрос, а что же такое файл?

Файл это неструктурированная последовательность байтов, в которую можно записывать и из которой можно считывать информацию. Файл это логический объект, позволяющий обращаться к информации по имени.

За счет использования файлов в операционной системе появилась возможность простого доступа пользователей и приложений к информации по имени.

Наличие имени файла позволяет получать доступ к информации независимо от адресов кластеров, в которых располагается файл. Существует возможность определения прав доступа пользователей к файлу.

Типы файлов

Обычные файлы — это файлы которые содержат информацию произвольного характера. Они имеют произвольную структуру. Операционная система должна распознавать как минимум один тип файлов, это собственные исполняемые файлы.

Специальные файлы – фиктивные файлы, которые ассоциируются с устройствами ввода-вывода.

Каталоги – файлы, которые содержат системную справочную информацию о наборе файлов, сгруппированных пользователем по какому-либо признаку. Каталоги могут содержать файлы любых типов, включая каталоги.

Другие — тип файлов, содержащий символьные связи, именованные конвейеры, отображаемые в памяти.

Иерархическая структура файловой системы состоит из следующих элементов:

• Дерево – файл может входить только в один каталог.
• Сеть – файл может входить в несколько каталогов.

Корневым называют каталог верхнего уровня.

Иерархическая структура файловой системы

Монтирование логических дисков

Монтированием логических дисков называют встраивание логического диска в иерархическую структуру файлов операционной системы.

В качестве точки монтирования может выступать любой пустой каталог существующей файловой системы. При монтировании он становится корневым для файловой системы монтируемого диска.

FAT32

Fat32 — самая старая, по возрасту, из представленных файловых систем. Ее структура широко применяется со времен Windows 95 и, не только в жестких дисках компьютеров и ноутбуков, но и на всех съемных носителях.

Файловая система Fat32 поддерживается всеми устройствами, работающими с накопителями информации. В связи с этим, не зависимо от их типа, будь то USB, SD или другие карты, устройства, предназначенные для их считывания, смогут распознать и работать с накопителем, отформатированным в ней. В большинстве случаев, Fat32 устанавливается, как система по умолчанию как на старые, так и на новые съемные накопители памяти именно потому, что в таком случае, любой работающий с такого типа картой гаджет, наверняка сможет ее распознать.

Данная файловая система довольно мобильная, имеет высокую пропускную способность и приемлемую гибкость. Хотя, у Fat32, есть свои минусы — например, на устройстве с файловой системой Fat32 нельзя сохранить файл размером больше 4 гигабайт или поместить в один каталог больше 8 терабайт информации. Соответственно — эти ограничения действуют на всех носителях, с файловой системой Fat32.

Fat32 является довольно быстрой и устойчивой, однако, по мере расширения объема памяти устройств, увеличения размера хранимых файлов и других, необходимых для введения новшеств, появилась потребность в создании еще более функциональной файловой системы. Тогда, разработчиками из Microsoft, была создана новая файловая система NTFS…

NTFS — файловая система, имеющая более широкий функционал, по сравнению со своим предшественником Fat32. В ее возможности входят такие функции, как возможность шифрования файлов, журналирования изменений, размещения жестких ссылок, установки дисковой квоты и так далее.
Аббревиатура NTFS расшифровывается как new technology file system — «файловая система новой технологии».
NTFS была создана в первую очередь для увеличения надежности и обеспечения большей производительности и эффективности файловой системы. За основу, при ее разработке, была взята High Performance File System, в HPFS-квотирование которой, разработчики из Microsoft добавили, журналируемость, разграничение доступа и аудит, назвав файловую систему NTFS.

Основными преимуществами NTFS над Fat32 будут являться:

• возможность автоматического восстановления, в случае возникновения некоторых ошибок диска
• поддержка хранения файлов больших размеров (NTFS может вмещать файлы размером до 16 Тб.)
• Улучшенная поддержка больших разделов диска
• Более высокий уровень безопасности

Однако, с файловой системой NTFS будут работать не все устройства. Например — некоторые системы могут только считывать данные, но не записывать на носитель с такой файловой системой, а, какие-то устройства могут и вовсе не работать с NTFS. Хотя, стоит отметить, что основная масса устройств будут работать как на запись так и на чтение, и без труда распознавать накопители с данной файловой системой.

Часто задаваемые вопросы

Это сильно зависит от емкости вашего жесткого диска и производительности вашего компьютера. В основном, большинство операций восстановления жесткого диска можно выполнить примерно за 3-12 часов для жесткого диска объемом 1 ТБ в обычных условиях.

Если файл не открывается, это означает, что файл был поврежден или испорчен до восстановления.

Используйте функцию «Предварительного просмотра» для оценки качества восстанавливаемого файла.

Когда вы пытаетесь получить доступ к диску, то получаете сообщение диск «X: не доступен». или «Вам нужно отформатировать раздел на диске X:», структура каталога вашего диска может быть повреждена. В большинстве случаев данные, вероятно, все еще остаются доступными. Просто запустите программу для восстановления данных и отсканируйте нужный раздел, чтобы вернуть их.

Пожалуйста, используйте бесплатные версии программ, с которыми вы можете проанализировать носитель и просмотреть файлы, доступные для восстановления.

Сохранить их можно после регистрации программы – повторное сканирование для этого не потребуется.