Що таке файлова система комп’ютера: FAT32, NTFS та інші приклади

Чи бувало так, що ви не могли знайти потрібний документ, хоча точно пам’ятаєте, що зберігали його на комп’ютері?

Файлова система комп’ютера – це спосіб організації та зберігання даних, який визначає, як інформація розміщується, зчитується та керується на носіях.

У цій статті ми розглянемо принципи роботи файлових систем і дамо поради, як упорядкувати дані, щоб вони були доступні в будь-який момент. Ви зрозумієте, як структура папок і форматування впливають на швидкість та зручність роботи.

Завдяки файловій системі комп’ютера ми зберігаємо всю необхідну нам інформацію на своїх пристроях.

Які бувають? Є різні типи подібних накопичувачів. Від особливостей того чи іншого виду залежать спосіб шифрування даних, обсяг їхнього стиснення, а також якість самого зберігання. Найпоширеніші файлові системи – це FAT32 і NTFS.

Основні відомості про файлову систему

Основні відомості:

• Файлом називається послідовність байтів, записана на матеріальний носій (диск, карту пам’яті).
• Не завжди це послідовність у буквальному сенсі слова: іноді файли зберігаються у вигляді окремих фрагментів на різних частинах диска.
• Кожен файл має власну назву.
• Файли можна класти в папки, папки теж можна складати в папки.
• На ПК може міститися дуже багато файлів.

Для розуміння того, який файл де записаний, у комп’ютера є файлова таблиця: власний спосіб фіксувати інформацію про кожен файл.

Саме цей спосіб організації зберігання файлів і називається файловою системою комп’ютера. Файлові системи є не тільки у дисків, а й у флешок, і в інших сховищ даних. Файлова система визначає:

• граничний розмір файлів, які можна зберігати на носії;
• розмір самого диска;
• додаткові відомості про кожен файл, доступні для запису;
• можливість версіонування кожного файлу;
• способи відновлення файлу, якщо його випадково видалять;
• швидкість читання і запису даних на диск.

Якщо на носії (телефоні, ПК, роутері, фотоапараті, розумних годинниках і чайниках, приставці) є хоча б один файл, це означає, що пристрій має свою файлову систему.

Які типи файлових систем існують

Коли ми зберігаємо дані на флешці, жорсткому диску чи карті пам’яті, то навіть не замислюємось, що саме файлові системи керують тим, як ці дані записуються і читаються. Існує кілька типів таких систем, кожна з яких має свої можливості, обмеження та сферу застосування.

Особливості FAT32

FAT32 розробили фахівці Microsoft у 1977 р. Ця файлова система для персональних комп’ютерів, одна з найстаріших, призначалася для гнучких дисків.

За всі ці роки використання вийшло кілька версій FAT. Різниця між ними полягала в обсягах файлів, які можна записувати на носій, і томів.

Нинішня версія не така вже й сучасна – вона не оновлювалася з 1995 р. Максимальний том, з яким вона може працювати, важить до 32 Гб, а файл – до 4 Гб. На накопичувачі ємністю вище 8 Тб її встановити не можна. Сфера застосування цієї файлової системи сьогодні обмежена картами пам’яті (для фотоапаратів, плеєрів) і звичайними флешками.

Що стосується структури, то FAT32 розділена на три частини:

• службова (зарезервована під систему);
• таблиця покажчиків, призначена для пошуку файлів;
• простір для запису інформації.

Шифрування, журнал даних і будь-які сучасні системи захисту у FAT32 відсутні, тому вона здатна працювати швидко (однак лише з окремими файлами, а на масиви, що складаються з дрібних файлів, це не поширюється).

Ця особливість пояснюється ієрархічною структурою: доступ до даних здійснюється на кількох рівнях. Якби структура являла собою бінарне дерево, то доступ до них був би відкритий безпосередньо.

За всіх цих незручностей ця файлова система залишається дуже популярною. Свої плюси у неї теж є:

• Журналу немає, отже, накопичувач буде зношуватися повільніше.
• Флешками на FAT32 активно користуються в офісах: перенесення невеликих відео і більш легких файлів (картинок, документів, презентацій) дуже зручне.
• Флешки з цією системою можна використовувати як установчі.

Що таке NTFS і чим вона відрізняється

NTFS – новіша технологія, яку створювали спеціально для усунення недоліків, властивих FAT32.

Ця файлова система для комп’ютера побудована як бінарне дерево. Тобто, доступ до файлів відкривається за запитом, а шукати їх можна прямо за назвою. У системі є каталог назв, відсортованих за алфавітом.

Алгоритм пошуку такий: ділимо масив даних навпіл, виключаємо ту половину, де потрібного файлу точно немає, потім так само чинимо з половиною, що залишилася, і повторюємо цю процедуру, доки не знайдемо шуканий файл.

Ця ФС має кілька відмінних особливостей:

• Максимальна довжина імені файлу – 255 символів.
• Є логування. Операція з файлом або виконується до кінця, або взагалі не починається. Якщо щось пішло не так (наприклад, вимкнулася електрика в процесі копіювання), то під час наступного ввімкнення ФС перевірить за журналом, чи всі файли встигли цілком скопіюватися. Недокопійовані дані видаляються.
• Інформація захищена шифруванням.
• Підтримує томи ємністю 8 ПБ (петабайт дорівнює 1015 байтам), здатна оперувати з чотирма і більше мільярдами файлів.

Це робить NTFS зручним і сучасним рішенням для користувачів. Цю файлову систему можна встановлювати на великі жорсткі диски, розділені на сегменти, і твердотільні накопичувачі.

Інші файлові системи (exFAT, ext4, ReFS, ZFS, HFS+)

Власна ФС розроблена для мобільних пристроїв на ОС Android – це ext2/ext4. Втім, підтримуються знімні носії на FAT32.

• Існує модифікований варіант FAT32 – система exFAT. Вона може оперувати файлами, більшими за 4 Гб, і пошук файлів влаштований більш динамічно. Але використовувати її можна тільки в рамках ліцензійної угоди
• Microsoft нещодавно розробила для восьмої і десятої версій Windows (Enterprise і Pro), призначених для робочих станцій, файлову систему ReFS. У Windows 10 Fall Creators
• Update 2017 було прибрано можливість створювати том. Цю файлову систему для комп’ютерів вирізняє висока надійність зберігання інформації та її просте відновлення під час аварій і збоїв.
• Ще одна система зберігання інформації називається ZFS. Вона дуже відмовостійка. Файл, з яким ви працюєте в цей момент, копіюється в службову область носія (тому обсяг файлу не повинен перевищувати величину області зберігання).
• В Apple є цілих дві авторські файлові системи: це Apple Xsan і HFS+.
• Дистрибутиви Linux використовують до десятка різних файлових систем. Але тут все залежить від призначення гаджета. Що стосується користувацьких пристроїв, то серед них популярні Ext2, Ext3, Ext4.

Чому іноді не працює файлова система

З майже 100 %-вою впевненістю можна сказати, що подібні проблеми характерні для флешок на FAT32. Працювати з ними швидко і зручно, але максимальний обсяг файлу, який можна покласти на таку флешку, обмежений чотирма гігабайтами.

Ось звідки взялося це обмеження:

• Щоб записати адресу будь-якого файлу, системі потрібно 32 вільних біти.
• 2 у 32 ступені і становлять 4 Гб.
• 4 Гб – гранична відстань між адресами файлів у таблиці.

Якщо спробувати закинути файл вагою 8 Гб на флешку з системою FAT32, то ФС спробує виділити місце в таблиці під новий файл, але, записавши перші 4 Гб, виявить, що це ще не все і потрібне додаткове місце. А його у FAT32 немає, ця система не підтримує великі файли. З’явиться сповіщення про помилку.

Принцип роботи файлових систем

Якщо у вас був досвід встановлення операційної системи на комп’ютер, то ви знаєте, що навіть перед форматуванням диск або його частини обов’язково діляться. І тільки після цього на нього можна ставити будь-яку операційну систему.

Усі виробники комп’ютерів, включно з Microsoft, дотримуються традиційного підходу: на їхню думку, одного жорсткого диска достатньо, він має бути єдиним. Думки користувачів ніхто не питає, а вона часто протилежна. Уже стало тенденцією розбивання дискового простору на томи або логічні диски, і це не просто гарний тон.

Уважно дивіться, якими латинськими літерами позначено швидкості: якщо це велика B, то вона означає байти, мала ж b – біти. Так, у дисків SATA 1.0 пропускна спроможність вимірюється в гігабітах (1.5 Гб/сек), а в сучасніших SATA 2.0 – у мегабайтах (300МБ/сек). Як же зрозуміти, хто швидший? Порахуємо:

300 × 1,048,576 × 8 біт = 2.34 Гб/сек

На інформаційних накопичувачах встановлено файлові системи, через які здійснюється доступ до програмної оболонки, що дає змогу оперувати даними (читати, записувати, видаляти, редагувати, тощо).

Для ОС будь-який накопичувач – це величезна сукупність кластерів, заповнених даними. Величина кластерів залежить від файлової системи. У процесі запису інформації файл розбивається на частини відповідно до розміру кластера, структурується, і кожен фрагмент записується на окремий кластер у певному порядку.

Якщо програмі потрібен доступ до того чи іншого файлу, що міститься на носії, то у ФС запитуються його ім’я, атрибути, розмір. Під час запису процес зворотний: усі ці відомості надсилають у файлову систему, яка вже на власний розсуд розподіляє інформацію по кластерах.

Чи зможе ваш гаджет прочитати SD-карту або флешку з тією чи іншою файловою системою, залежить від ОС, встановленої на ньому. Персональні комп’ютери читають носії з майже будь-якими файловими системами, причому ФС навіть можна визначити перед форматуванням. Популярні ОС – Mac OS, IOS, Linux, Windows, Android – у цьому сенсі універсальні і працюють з різними типами ФС.

Набагато складніше справа йде з побутовою технікою – магнітолами, DVD-плеєрами, телевізорами з USB-роз’ємом. Здатність пристрою читати флешки, наприклад, на NTFS, залежить від налаштувань, заданих його виробником. Перед купівлею такого обладнання або записом інформації на флешку для нього обов’язково перевірте, які файлові системи взагалі підтримує пристрій.

Що цікаво, у минулому термін «файлова система» позначав опис способів зберігання паперових документів. І лише в 1961 р. він потроху став застосовуватися до комп’ютерів, причому в тому ж значенні.

Файлові системи додатків

Говорячи про файлові системи персонального комп’ютера чи інших накопичувачів, необхідно пам’ятати про багаторівневість таких систем.

Перший компонент – трансформатор, завдяки якому система взаємодіє з тим чи іншим ПЗ: він перетворює запит до інформації в електронному вигляді в потрібний формат, потім його розпізнають драйвери. Завдяки цьому забезпечується ефективна робота з файлами – вони стають доступні користувачеві.

Сучасні додатки, що працюють за стандартом «клієнт-сервер», висувають дуже високі вимоги до файлових систем: доступ до всіх електронних одиниць, незалежно від їхнього типу, має бути максимально швидким; мають підтримуватися дуже місткі носії; цілісність даних, що записуються, має забезпечуватися в будь-якій ситуації.

Настає момент у житті будь-якого користувача-початківця, коли йому доводиться знайомитися з поняттям файлової системи комп’ютера. Зазвичай це трапляється, коли необхідно відформатувати той чи інший носій інформації, чи то флешку, чи то карту пам’яті, чи то зовнішній жорсткий диск, чи то логічний диск вінчестера.

Перед початком процедури форматування в Windows можна вибрати, яким способом ви це робитимете (повне форматування або швидке), яка ємність кластера, який тип файлової системи на носії. Щоб налаштувати все правильно, необхідно розуміти суть файлових систем і принципи їхньої роботи. Про які ми й розповіли.

Висновки

Для повсякденного використання варто керуватися простими правилами: FAT32 ідеально підходить для невеликих флешок і карт пам’ті, які використовуються в різних пристроях, а NTFS – оптимальний вибір для жорстких дисків комп’ютерів та великих зовнішніх накопичувачів. Якщо ви працюєте з файлами більше 4 ГБ, FAT32 вже не підійде.