Лекция: Вопрос 22. ФАЙЛОВЫЕ СИСТЕМЫ FAT И FAT32
ФАЙЛОВЫЕ СИСТЕМЫ FAT И FAT32
Файловые системы прошли долгий путь, усложняясь параллельно с развитием операционных систем и аппаратного обеспечения компьютеров. Так, используемая в MS DOS 1.0 (1981 г.) FAT (или FAT12) изначально предназначалась для работы с гибкими дисками. Свое название она получила от наименования таблицы размещения файлов — File Allocation Table. Благодаря 12-битной адресации и кластеру в 4 Кбайта она, однако, поддерживала разделы до 16 Мбайт. В целом же это была простая файловая система, обеспечивавшая основные функции — имя файла в формате 8.3, каталоги, атрибут файла, время создания (изменения).
Чуть позже с добавлением 16-битной адресации и максимального размера кластера в 32 Кбайта появилась FAT16, поддерживавшая разделы до 2 Гбайт. В первой версии Windows 95 была реализована поддержка длинных имен файлов (до 255 символов) и сохранение регистра символов в названии. Эта модификация получила название VFAT.
FAT (обычно подразумевается FAT 16) представляет собой простую файловую систему, разработанную для небольших дисков и простых структур каталогов. Таблица размещения размещается в начале тома. В целях защиты тома на нем хранятся две копии FAT. В случае повреждения первой копии FAT дисковые утилиты (например, Scandisk) могут воспользоваться второй копией для восстановления тома. Таблица размещения файлов и корневой каталог должны располагаться по строго фиксированным адресам, чтобы файлы, необходимые для запуска системы, были размещены корректно.
Таблица размещения файлов и ее резервная копия содержат следующую информацию о каждом кластере тома:
Unused (кластер не используется).
Cluster in use by a file (кластер используется файлом).
Bad cluster (плохой кластер).
Last cluster in a file (последний кластер файла).
Корневая папка содержит записи для каждого файла и каждой папки, расположенной в корневой папке. Единственным отличием корневой папки от остальных является то, что она занимает четко определенное место на диске и имеет фиксированный размер (не более 512 записей для жесткого диска; для дискет этот размер определяется их объемом).
Папки содержат 32-байтные записи для каждого содержащегося в них файла и каждой вложенной папки. Эти записи содержат следующую информацию:
Имя (в формате 8.3).
Байт атрибутов (8 бит полезной информации, которая подробно описана ниже).
Время создания (24 бит).
Дата создания (16 бит).
Дата последнего доступа (16 бит).
Время последней модификации (16 бит).
Дата последней модификации (16 бит).
Номер начального кластера файла в таблице расположения файлов (16 бит).
Размер файла (32 бита).
Структура папки FAT не имеет четкой организации, и файлам присваиваются первые доступные адреса кластеров на томе. Номер начального кластера файла представляет собой адрес первого кластера, занятого файлом, в таблице расположения файлов. Каждый кластер содержит указатель на следующий кластер, использованный файлом, или индикатор (OxFFFF), указывающий, что данный кластер является последним кластером файла.
Информация папок используется операционными системами, поддерживающими файловую систему FAT. Кроме того, Windows 2000 может хранить в записи папки дополнительную временную информацию (time stamps). Эти дополнительные временные атрибуты указывают, когда файл был создан и когда к нему в последний раз предоставлялся доступ. Главным образом, дополнительные атрибуты используются приложениями POSIX.
Файлы на дисках имеют 4 атрибута, которые могут сбрасываться и устанавливаться пользователем — Archive (архивный), System (системный), Hidden (скрытый) и Read-only ( только для чтения)
32-разрядная файловая система FAT32 была введена с выпуском Windows 95 OSR2 и поддерживается в Windows 98 и Windows 2000. Она обеспечивает оптимальный доступ к жестким дискам, CD-ROM и сетевым ресурсам, повышая скорость и производительность всех операций ввода/вывода. FAT32 представляет собой усовершенствованную версию FAT, предназначенную для использования на томах, объем которых превышает 2 Гбайт.
Том, отформатированный для использования FAT32, как и том FAT16, размечается по кластерам. Размер кластера по умолчанию определяется размером тома. В табл. 1 приведено сравнение размеров кластеров для FAT16 и FAT32 в зависимости от размера диска.
Размеры кластеров по умолчанию для FAT 16 и FAT32
Для обеспечения максимальной совместимости с существующими прикладными программами, сетями и драйверами устройств, FAT32 была реализована с минимумом возможных изменений в архитектуре и внутренних структурах данных. Все утилиты Microsoft, предназначенные для работы с дисками (Format, FDISK, Defrag и ScanDisk), были переработаны для обеспечения поддержки FAT32. Кроме того, Microsoft проводит большую работу по поддержке ведущих фирм-производителей драйверов устройств и утилит для работы с диском, чтобы помочь и в обеспечении поддержки FAT32 в их продуктах. В табл.1 сделана попытка сравнения характеристик FAT16 и FAT32.
Таблица 2.
Сравнение характеристик FAT16 и FAT32
FAT32 обеспечивает следующие преимущества по сравнению с прежними реализациями FAT:
Поддержка дисков размером до 2 Тбайт. Следует, правда, отметить, что команда format, включенная в Windows 2000, не позволяет форматировать для использования FAT32 тома, размер которых превышает 32 Гбайт. Поэтому при форматировании томов объемом более 32 Гбайт следует использовать файловую систему NTFS. Однако драйвер FASTFAT, имеющийся в составе Windows 2000, позволяет монтировать и поддерживать любые тома FAT32, в том числе и такие, объем которых превышает 32 Гбайт. За исключением упомянутого выше ограничения FAT32 в Windows 2000 работает точно так же, как в Windows 95 OSR2 и Windows 98.
Более эффективное расходование дискового пространства. FAT32 использует более мелкие кластеры (см. табл. 1), что позволяет повысить эффективность использования дискового пространства на 10—15% по сравнению с FAT.
Повышенная надежность и более быстрая загрузка программ. В отличие от FAT 12 и FAT 16, FAT32 обладает возможностью перемещать корневой каталог и использовать резервную копию FAT, если первая копия получила повреждения. Кроме того, загрузочный сектор FAT32 был расширен по сравнению с FAT16 и содержит резервные копии жизненно важных структур данных. Повышенная устойчивость FAT32 обусловлена именно этими факторами.
Недостатки FAT:
ограничения, налагаемые на размер файлов и дискового пространства;
ограничение длины имени файла;
фрагментация файлов, приводящая к снижению быстродействия системы и износу оборудования;
непроизводительные затраты памяти, вызванные большими размерами кластеров;
подверженность потерям данных.