В чем разница между FAT32 и NTFS и exFAT

Файловая система и её компоненты

Что подразумевается под компонентами файловой системы? Это одинаково корректное описание для всех операционных систем, и включает в себя 4 основных составляющих:

В то время, как подавляющее число дисковых накопителей внутри ПК пользователей сегодня имеют SATA интерфейс, настоящие короли по скорости обмену информацией – твердотельные диски (SSD). SATA будут ещё долго находиться в чреве машин как зарекомендовавшие себя надёжные устройства, объём которых растёт и пока недосягаем для переносных накопителей. И, чтобы там не говорили, нередко при обновлении конфигурации компьютера «старый» жёсткий диск успешно перекочёвывает в новую систему, позволяя при правильном обращении работать годами. Единственной тому помехой являются:

• Сокращённый срок службы
• Отставание по объёму хранимых данных
• Меньший объём буфера памяти или шина прямого доступа памяти (напрямую от диска к оперативной памяти).
• Скорости передачи данных.

На данный момент эту таблицу можно считать окончательной, хотя, в зависимости от устройства, производителя и даже страны производства, данные вашего устройства могут колебаться вокруг этих величин.

а в USB 3.0 скорость передачи может достигать и 5 Гбит/сек

Видно, что у твердотельных дисков минус пока один – они дороги, однако, несомненны их преимущества:

• Нет вращающихся частей
• Устойчивы к механическим повреждениям
• По заявлению разработчиков, время безотказной работы увеличилось до 1 млн. часов (против 750 тыс. для SATA)
• Производительность чрезвычайно высока
• Разъёмы и под 2,5 и под 3,5 дюймов
• Интерфейсы питания аналогичны как и для SATA дисков
• Наконец, просто они легче.

Причины известны, а тенденции понятны: в смартфонах и планшетных компьютерах не до вращающихся и хрупких устройств. А информацию всё равно приходится запихивать — ну что могут традиционные на сегодня встроенные 32 Гбайт? Так что изначально на компьютерах, а теперь на планшетах Windows в том числе предусмотрела возможность подключения, а, значит и разбиения существующих, новых хранилищ. Пользователи Windows 10 (планшетной версии) заметили, что в ней возможность использовать внешний диск SDHC полноценно с загрузкой, установкой и последующим запуском программ появилась вполне официально.

Что такое файловая система?

Файловая система или файловая система определяет набор правил, которые используются для хранения данных и извлечения их с любого носителя, такого как жесткий диск, флэш-диск или любое устройство хранения. Подобно хранению данных в разных файлах в нашем офисе, существуют разные типы файловых систем, которые можно использовать для хранения данных на нашем компьютере.

exFAT, NTFS и FAT32 являются одними из самых популярных файловых систем и широко используются на различных устройствах. Итак, теперь, если вы хотите понять разницу между FAT32 и NTFS и файловой системой exFAT, вам нужно будет подробно узнать о каждой из них. Итак, начнем.

Виды файловых систем?

Многие файловые системы ушли уже в прошлое, а какие-то держатся на последнем издыхании, т.к. современные технологии растут и растут с каждым днем и вот уже на подходе совсем новая файловая система за которой может и будущее! Давайте посмотрим с чего все начилось.

Fat 12

Fat — file allocation table в переводе таблица размещения файлов. Сначала файловая система была 12 разрядной, использовала максимум 4096 кластеров. Разрабатывалась она очень давно, ещё в времена DOS и использовалась для дискет и небольших накопителей объемом до 16 мб. Но на замену пришла более усовершенствованная fat16.

Fat 16

Эта файловая система содержала уже 65525 и поддерживала диски размеров 4.2 Гб, в то время это было роскошью и по этому на то время она хорошо справлялась. Но размер файла не мог превышать 2гб, да и по экономичности не самый лучший вариант, чем больше объем файла, тем больше кластер занимает места. По этому объем более 512 мб использовать не выгодно. В таблице показано сколько занимает размер сектора в зависимости от величины носителя.

Хоть на то время система и справлялась, но в дальнейшем появился ряд недостатков:

1. Нельзя работать с жесткими дисками более 8 Гб.

2. Нельзя создавать файлы более 2 Гб.

3. Корневая папка не может содержать более 512 элементов.

4. Невозможность работать с разделами дисков более 2 Гб.

Fat 32

Современные технологии не стоят на месте и со временем и системы fat 16 стало не хватать и на замену пришла fat 32. Эта система уже могла поддерживать диски размером до 2 терабайт (2048 гигабайт) и уже экономично использовать дисковое пространство за счет кластеров меньшего размера. Из плюсов ещё то что нет ограничений по использованию файлов в корневой папке и более надежна по сравнению с предыдущими версиями. Но самый большой минус для настоящего времени, то что файлы могут повреждаться и хорошо что это не приведет к синему экрану. И второй главный минус, что сейчас файлы превышают размер более 4 Гб, а система не поддерживает больший объем одного файла. Что зачастую возникают вопросы у пользователей почему я не могу скачать фильм размером в 7гб, хотя на диске свободно 100гб, вот и вся проблема.

По этому минусов и здесь хватает:

1. Файлы объемом более 4 Гб система, не поддерживает.

2. Система подвержена фрагментации файлов из-за чего система начинает тормозить.

3. Подвержена повреждением файлов.

4. На настоящий момент уже существуют диски более 2 Тб.

И вот на замену пришла новая система ntfs (New Technology File System) что в переводе файловая система новой технологии, в которой убраны ряд недостатков, но и минусов хватает. Эта система является последней утвержденной, не считая новой, о которой я расскажу чуть ниже. Система появилась ещё в 90х годах, а утверждена в 2001 году при выходе windows xp и используется по сей день. Файловая система поддерживает диски размером до 18 Тб, круто да? И при фрагментации файлов скорость теряется не так заметно. Безопасность уже достигла хороших высот, при сбое, повреждение информации маловероятна.

Минусы и здесь будут:

1. Потребляемость оперативной памяти, если у вас оперативной памяти меньше 64 мб, то ставить не рекомендуется.

2. При остатке 10% свободного места на жестком диске система начинает заметно тормозить.

3. Работа с малым объемом накопителя может быть затруднена.

Новая ReFS

Совсем новая файловая система ReFS (Resilient File System) в переводе отказоустойчивая файловая система, разработанная для новой операционной системы Windows, за которой может быть и будущее! Со слов разработчиков система должна быть необыкновенно надежной и в скором после доработки, будет поддерживаться на остальных операционных системах. Вот таблица, различий:

Как видно, новая система поддерживает большие объемы дискового пространства, так и большее количество символов в пути и имени файла. Система обещает быть более безопасной в которой должно быть минимум сбоев из-за новой архитектуры и другим способом записи журнала. Пока видны конечно одни плюсы, но на сколько это правда пока не известно. После полного утверждения возможно появится и ряд минусов. Но пока это остается ещё загадкой. Будем надеяться что новая файловая система принесет нам только положительные ощущения от неё.

Какую же файловую систему выбрать?

На хорошо производительный компьютер лучше ставить Ntfs, она подойдет производительнее и безопаснее для этих целей. Не рекомендуется ставить на компьютеры у которых объем жесткого диска менее 32ГБ и оперативной памяти 64 Мб. А старушку fat32 можно ставить на флешки с небольшим объемом, т.к. производительность может быть выше. И ещё один момент, что отформатировав флешку для телефона, цифровой камеры и других электронных устройств в формате ntfs у вас могут быть ошибки, т.к. некоторые устройства могут не поддерживать ntfs или же тормозить с ней и выдавать сбои. Так что перед форматированием убедитесь какая файловая система лучше для вашего устройства.

Существуют и другие виды файловых системы, например для Линуксов XFS, ReiserFS (Reiser3), JFS (Journaled File System), ext (extended filesystem), ext2 (second extended file system), ext3 (third extended filesystem), Reiser4, ext4, Btrfs (B-tree FS или Butter FS), Tux2, Tux3, Xiafs, ZFS (Zettabyte File System), но это совсем другая история…

Файловая система FAT32

Начиная с Windows 95 OSR2, компания Microsoft начинает активно ис­пользовать в своих операционных системах FAT32 — тридцатидвухраз­рядную версию FAT . Что поделать, технический прогресс не стоит на месте и возможностей FAT 16 стало явно недостаточно.

По сравнению с ней FAT32 стала обеспечивать более оптимальный до­ступ к дискам, более высокую скорость выполнения операций ввода/вывода, а также поддержку больших файловых объемов (объем диска до 2 Тбайт).

В FAT32 реализовано более эффективное расходование дискового пространства (путем использования более мелких кластеров). Выгода по сравнению с FAT16 составляет порядка 10.15%. То есть при использовании FAT32 на один и тот же диск может быть записано информации на 10. 15% больше, чем при использовании FAT16.

Кроме того, необходимо отметить, что FAT32 обеспечивает более вы­сокую надежность работы и более высокую скорость запуска программ.

Обусловлено это двумя существенными нововведениями:

1. Возможностью перемещения корневого каталога и резервной копии FAT (если основная копия получила повреждения)
2. Возможностью хранения резервной копии системных данных.

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.

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.

Но почему их так много?

Не все файловые системы одинаковы. Разные файловые системы имеют разные способы организации своих данных. Некоторые файловые системы работают быстрее, чем другие, некоторые имеют дополнительные функции безопасности, а некоторые поддерживают диски с большой ёмкостью хранения, тогда как другие работают только на дисках с меньшим объёмом памяти. Некоторые файловые системы более надёжны и устойчивы к повреждению файлов, в то время как другие обменивают эту надёжность на дополнительную скорость.

Нет файловой системы, которая была бы лучшей сразу для всех целей. Каждая операционная система имеет тенденцию использовать свою собственную файловую систему, над которой также работают разработчики операционной системы. Microsoft, Apple и разработчики ядра Linux работают над своими файловыми системами. Новые файловые системы могут быть быстрее, более стабильными, лучше масштабироваться на большие устройства хранения и иметь больше возможностей, чем старые.

На проектирование файловых систем требуется много работы, и это можно сделать разными способами. Файловая система не похожа на раздел, который является просто частью пространства для хранения. Файловая система определяет, как файлы размещаются, упорядочиваются, индексируются и как с ними связаны метаданные. Всегда есть возможность сделать это разными способами и что-то улучшить.

GParted

Ещё один мощный и универсальный инструмент для работы с жёстким диском — это программа GParted из комплекта Linux.

Её можно найти практически на всех Live-CD с Linux.

Рассказ о возможностях программы можно уместить в одной фразе: «Может почти всё». Интерфейс прост и непритязателен, а работа абсолютно прозрачна и понятна. Все Ваши действия также сначала отображаются визуально, а выполняются лишь после нажатия специальной кнопки, когда Вы решите, что Вас всё устраивает.

Кроме того, GParted поддерживает гораздо большее количество файловых систем, включая самые современные.

Если у Вас несколько жёстких дисков, в окне программы единовременно будет показан только один. Для работы с другими воспользуйтесь раскрывающимся списком на панели (справа), в котором перечислены все подключенные винчестеры.

GParted не может работать с разделами, которые в этот момент примонтированы (напротив такого раздела будет стоять предупреждающий значок). Для выполнения любых действий с такими разделами их сначала придётся отмонтировать.

Несколько замечаний о программах, которые входят в инсталляторы операционных систем и могут применяться при установки ОСи.

При установке Windows все разделы жёсткого диска будут видны совершенно одинаковыми, без деления на основные и расширенный. Отличия будут только в метках и размерах, и можно крайне легко запутаться. Поэтому использовать его желательно только если Вы впервые ставите операционку на новый жёсткий диск. Если же Ваш диск уже использовался, и на нём есть какая-либо информация, лучше всего позаботиться обо всём заранее в сторонней программе, а действия в инсталляторе свести лишь к выбору нужного раздела и форматированию (при необходимости).

Аналогичная ситуация и при установке Linux. Хотя там всё определяется верно, но отображено не слишком наглядно, и работа происходит менее прозрачно, чем в том же GParted.

Так что лучше всего перед установкой создать разделы нужного размера в нужном месте и отформатировать их в любую файловую систему Linux, а при установке ОСи, проигнорировав предложенные автоматические варианты и выбрав ручное разбиение, просто примонтировать их в нужные места и сменить при необходимости файловую систему на другую, простым проставлением «галочки» в графе Форматировать напротив своих разделов.

Для большей наглядности рекомендую тщательно изучить скриншоты к статье (скриншоты кликабельны — при щелчке на них в отдельных вкладках будут открываться полноразмерные картинки). Обращаю внимание, что везде изображён ОДИН И ТОТ ЖЕ жёсткий диск, только в разных программах. На этом диске параллельно установлены две операционные системы в режиме мультизагрузки — Windows и Linux, которые вполне мирно уживаются на одном компьютере. Каждой из операционок выделено по 3 раздела (разделение не идеальное, но вполне приемлемое). Внимательно просмотрите, что и как выглядит в каждой из программ.