Файловые системы FAT

 
    

2.   Загрузочная запись  раздела (PBR)

    Находится в разделе и содержит сведения о форматировании этого раздела.

 
    

3.   Записи FAT

    Каждая  запись имеет размер 2 байта, а её позиция соответствует кластеру в области данных.

    Запись  содержит в себе либо номер следующего кластера файла, либо состояние текущего кластера.

    При записи файла на диск, информация о  нем записывается в Root Directory. В поле "указатель" записывается номер начального кластера. По этому номеру, система обращается в ячейку таблицы, с таким же номером, где будет записан номер следующего кластера. И так далее, до тех пор, пока не будет описано расположение всего файла на диске. Запись закончится командой "стоп", то есть на этом кластере файл заканчивается.

    Считывание  происходит так же. Сначала считывается  информация о файле, затем по указателю  система переходит в таблицу  и там, считывает остальные номера кластеров, которые занимает файл.

Рис. 3

    На  Рис. 3 показан механизм работы.

    Возьмем, к примеру, файл mydoc.txt. В поле "указатель" стоит номер 01. По этому номеру, обратившись  в FAT (номера ячеек написаны сверху), находим следующий номер 03. Обратившись  по номеру 03, находим номер 04. Но номеру 04 находим номер 05, где записана команда "стоп". Итак, получилось, что файл находится в кластерах с номерами 01, 03, 04 и 05.

    Файл zopa.sys занимает всего один кластер.

    

Рис. 4

    На  Рис. 4 показано, как эти файлы будут расположены на жестком диске.

4. Записи каталога

    В элементе каталога хранятся атрибуты файла.

 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
    

5.   Область данных (кластер  0)

    Область данных содержит файлы и каталоги, которые образуют на диске иерархическое  дерево каталогов, с единственной директорией  не входящей в другие - корневым каталогом. Область данных доступна через пользовательский интерфейс операционной системы.  
 
 
 
 
 
 
 

4. Файловая  система FAT16

    Файловая система FAT 16 является основной для ОС DOS, Windows 95⁄98⁄Me, Windows NT⁄2000⁄XP, а также поддерживается большинством других систем.

    FAT 16 представляет собой простую ФС, разработанную для небольших дисков и простых структур каталогов. Число 16 означает, что данная файловая система 16-разрядная - для адресации кластеров используется 16 разрядов. ОС использует Таблицу размещения файлов для поиска файла и определения кластеров, которые этот файл занимает на жестком диске. Кроме того, в Таблице фиксируются сведения о свободных и дефектных кластерах. Чтобы легче было осмыслить файловую систему FAT16, представьте себе оглавление книги и как вы работаете с этим оглавлением, вот именно также ОС работает с FAT 16. 

    Чтобы прочитать файл, ОС должна найти по имени файла запись в папке и прочитать номер первого кластера файла. Первый кластер представляет собой начало файла. Затем необходимо прочитать соответствующий первому кластеру файла элемент FAT. Если элемент содержит метку - последний в цепочке, то дальше ни чего искать не нужно: весь файл умещается в одном кластере. Если кластер не последний, то элемент таблицы содержит номер следующего кластера. Содержимое следующего кластера должно быть прочитано вслед за первым. Когда будет найден последний кластер в цепочке, то, если файл не занимает весь кластер целиком, необходимо отсечь лишние байты кластера. Лишние байты отсекаются по длине файла, хранящейся в записи папки. 

    Чтобы записать файл, ОС должна выполнить следующую последовательность действий. В свободном элементе папки создается описание файла, затем ищется свободный элемент FAT, и ссылка на него размещается в записи папки. Занимается первый кластер, описываемый найденным элементом FAT. В этот элемент FAT помещается номер следующего кластера или признак последнего кластера в цепочке. 

    ОС действует таким образом, чтобы собирать цепочки из соседних кластеров по нарастанию номера. Понятно, что обращение к последовательно расположенным кластерам будет происходить значительно быстрее, чем к кластерам, случайным образом, разбросанным по диску. При этом игнорируются уже занятые и помеченные в FAT как дефектные кластеры. 

    В файловой системе FAT16 под номер кластера отведено 16 разрядов. Поэтому максимальное количество кластеров составляет 65 525, а максимальный размер кластера 128 секторов. В таком случае максимальный размер разделов или дисков в FAT16 составляет 4,2 гигабайта. При логическом форматировании диска или раздела ОС старается использовать минимальный размер кластера, при котором получающееся количество кластеров не превышает 65525. Очевидно, что чем больше размер раздела, тем больше должен быть размер кластера. Многие ОС неправильно работают с кластером размером в 128 секторов. В результате максимальный размер раздела FAT16 уменьшается до 2 гигабайт. Обычно чем больше размер кластера, тем больше становятся потери дискового пространства. Это связано с тем, что последний кластер, занимаемый файлом, заполнен лишь частично.

    Например, если файл размером 17 Кбайт записывается в раздел с размером кластера 16 Кбайт, то этот файл займет два кластера, причем первый кластер будет заполнен полностью, а во втором кластере будет записан  только 1 Кбайт данных, а остальные 15 Кбайт пространства второго кластера останутся не заполненными и будут  недоступными для записи других файлов. Если на больших дисках записывается большое количество маленьких файлов, то потери дискового пространства будут значительны.

    Возможны  два способа уменьшения потерь дискового пространства:

1. Разбиение дискового пространства на мелкие разделы с малым размером кластера.
2. Использование файловой системы FAT32, в которой для нумерации кластеров используется 28 разрядов, что позволяет значительно уменьшить размер кластера.

4.1. Преимущества и недостатки FAT16

 

    Преимущества:

• файловая система поддерживается ОС MS-DOS, Windows 95, Windows 98, Windows NT, Windows 2000, а также некоторыми ОС UNIX;
• существует большое число программ, позволяющих исправлять ошибки в этой файловой системе и восстанавливать данные;
• при возникновении проблем с загрузкой с жесткого диска система может быть загружена с флоппи-диска;
• данная файловая система достаточно эффективна для томов объемом менее 256 Мбайт.

    Недостатки:

• корневой каталог не может содержать более 512 элементов. Использование длинных имен файлов существенно сокращает число этих элементов;
• FAT16 поддерживает не более 65 536 кластеров, а так как некоторые кластеры зарезервированы ОС, число доступных кластеров — 65 524. Каждый кластер имеет фиксированный размер для данного логического устройства. При достижении максимального числа кластеров при их максимальном размере (32 Кбайт) максимальный объем поддерживаемого тома ограничивается 4 Гбайт (под управлением Windows 2000). Для поддержания совместимости с MS-DOS, Windows 95 и Windows 98 объем тома под FAT16 не должен превышать 2 Гбайт;
• не поддерживается резервная копия загрузочного сектора;
• в FAT16 не поддерживается встроенная защита файлов и их сжатие;
• на дисках большого объема теряется много места за счет того, что используется максимальный размер кластера. Место под файл выделяется исходя из размера не файла, а кластера.

 

  

 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 

5. Файловая система FAT32

    FAT32 — последняя версия файловой системы FAT и улучшение предыдущей версии, известной как FAT16. Она была создана, чтобы преодолеть ограничения на размер тома в FAT16, позволяя при этом использовать старый код программ MS-DOC и сохранив формат. FAT32 использует 32-разрядную адресацию кластеров. FAT32 появилась вместе с Windows 95 OSR2.

    В составе FAT32 реализованы следующие усовершенствования по сравнению с предыдущими версиями файловых систем FAT.

• FAT32 поддерживает диски размером до 2 терабайт. 
• FAT32 более эффективно использует пространство на диске. За счет поддержки кластеров меньшего размера (4 КБ на дисках до 8 ГБ) файловая система FAT32 использует пространство на больших дисках на 10-15% эффективнее, чем FAT или FAT16.
• FAT32 более надежна. FAT32 поддерживает изменение места расположения корневой папки и использование резервной копии таблицы размещения файлов (вместо основного экземпляра). Кроме того, загрузочная запись на дисках FAT32 включает резервную копию наиболее важных структур данных. Таким образом, диски FAT32 менее подвержены опасности одиночного сбоя, чем диски FAT16.
• FAT32 более гибка. Корневая папка на диске FAT32 представляет собой стандартную последовательность кластеров, а значит, может размещаться в любом месте диска. Прежние ограничения на количество элементов в корневой папке больше не действуют. Кроме того, с целью использования другого (не основного) экземпляра таблицы размещения файлов можно отключить ее отражение. Эти функции позволяют динамически изменять размер разделов FAT32 (такая возможность заложена в структуре FAT32, однако не была реализована корпорацией Майкрософт в исходных версиях файловой системы).

  5.1. Преимущества и недостатки FAT 32

    Преимущества:

• выделение дискового пространства выполняется более эффективно, особенно для дисков большого объема;
• корневой каталог в FAT32 представляет собой обычную цепочку кластеров и может находиться в любом месте диска. Благодаря этому FAT32 не накладывает никаких ограничений на число элементов в корневом каталоге;
• за счет использования кластеров меньшего размера (4 Кбайт на дисках объемом до 8 Гбайт) занятое дисковое пространство обычно на 10-15% меньше, чем под FAT16;
• FAT32 является более надежной файловой системой. В частности, она поддерживает возможность перемещения корневого каталога и использования резервной копии FAT, если первая копия получила повреждение. Кроме того, загрузочный сектор FAT32 был расширен по сравнению с FAT16 и содержит резервные копии жизненно важных структур данных.