Какая файловая система должна быть на флешке

Сравнение основных видов файловых систем

Давайте теперь вкратце разберем недостатки и достоинства основных файловых систем.

Большинство этих файловых систем работают с несколькими операционными системами, как Windows, macOS, Linux и т.д. Обычно пользователи не ограничиваются только одним типом хранения данных. Если вы не располагаете большими рабочими файлами, тогда можете выбирать среди множества вариантов. Их количество возрастает, если скорость передачи не является приоритетом.

Краткий обзор разметки

В файловой системе FAT смежные секторы диска объединяются в единицы, называемые кластерами. Количество секторов в кластере равно степени двойки (см. далее). Для хранения данных файла отводится целое число кластеров (минимум один), так что, например, если размер файла составляет 40 байт, а размер кластера 4 кбайт, реально занят информацией файла будет лишь 1 % отведенного для него места. Для избежания подобных ситуаций целесообразно уменьшать размер кластеров, а для сокращения объёма адресной информации и повышения скорости файловых операций — наоборот. На практике выбирают некоторый компромисс. Так как ёмкость диска вполне может и не выражаться целым числом кластеров, обычно в конце тома присутствуют т. н. surplus sectors — «остаток» размером менее кластера, который не может отводиться ОС для хранения информации.

Пространство тома FAT32 логически разделено на три смежные области:

• Зарезервированная область. Содержит служебные структуры, которые принадлежат загрузочной записи раздела (Partition Boot Record — PBR, для отличия от Master Boot Record — главной загрузочной записи диска; также PBR часто некорректно называется загрузочным сектором) и используются при инициализации тома;
• Область таблицы FAT, содержащая массив индексных указателей («ячеек»), соответствующих кластерам области данных. Обычно на диске представлено две копии таблицы FAT в целях надежности;
• Область данных, где записано собственно содержимое файлов — то есть текст текстовых файлов, кодированное изображение для файлов рисунков, оцифрованный звук для аудиофайлов и т. д. — а также т. н. метаданные — информация относительно имен файлов и папок, их атрибутов, времени создания и изменения, размеров и размещения на диске.

В FAT12 и FAT16 также специально выделяется область корневого каталога. Она имеет фиксированное положение (непосредственно после последнего элемента таблицы FAT) и фиксированный размер в 32-хбайтных элементах, т.е. при описании в Partition Boot Record указывается именно количество 32-хбайтных элементов, каждый из которых описывает какой-либо элемент корневого каталога (будь то файл или другой вложенный каталог).

Если кластер принадлежит файлу, то соответствующая ему ячейка в таблице FAT содержит номер следующего кластера этого же файла. Если ячейка соответствует последнему кластеру файла, то она содержит специальное значение (FFFF16 для FAT16). Таким образом выстраивается цепочка кластеров файла. Неиспользуемым кластерам в таблице соответствуют нули. «Плохим» кластерам (которые исключаются из обработки, например, по причине нечитаемости соответствующей области устройства) также соответствует специальный код.

При удалении файла первый знак имени заменяется специальным кодом E516 и цепочка кластеров файла в таблице размещения обнуляется. Поскольку информация о размере файла (которая располагается в каталоге рядом с именем файла) при этом остаётся нетронутой, в случае, если кластеры файла располагались на диске последовательно и они не были перезаписаны новой информацией, возможно восстановление удалённого файла.

Что такое exFAT

ExFAT (Extended FAT) — новая, расширенная файловая система от Microsoft, которая с успехом заменяет своего предшественника на поле, когда дело доходит до больших объемов информации.

Как вы наверняка знаете, большинство современных цифровых фотокамер используют систему exFAT, поскольку она существенно легче NTFS, но, в то же время, позволяет сохранять файлы размером более 4 Гб, в отличие от FAT32.

Таким образом, копируя на Flash-накопитель с файловой системой exFAT документ размером 6 Гб, вы не столкнетесь с негативными последствиями, которые можно наблюдать, используя предшествующую версию системы.

Формат exFAT набирает все большую популярность и используется преимущественно с высокоемкими картами памяти SDXC. Основной причиной тому является небольшой размер файловой системы и, как ранее описывалось, возможность сохранять документы объемом более 4 Гб.

Интересным будет факт, что Microsoft хранит патент США 8321439, позволяющий быстро найти файл при помощи хэша имени. Благодаря данной функции, любой документ можно найти в разы быстрее.

Стоит отметить, что для файловой системы exFAT не было выпущено всех доступных дополнений в общий доступ. Для их приобретения поставщики обязаны приобрести ограниченную лицензию от Microsoft.

Данное действие было предпринято для того, чтобы поставщики не пытались монетизировать продукт Microsoft, отмечая себя частью компании, поскольку они имели бы в наличии исходный код файловой системы.

Поскольку Microsoft неизменны в своем упрямстве, многие пользователи занялись созданием собственными модификациями exFAT, одной из которых стала exfat-fuse. Она обеспечивает операции чтения и записи для дистрибутивов Linux, включая FreeBSD.

Созданная в 2006 году файловая система exFAT, имеющая общий предел объема информации, что и NTFS, является более легкой, поскольку не содержит в себе всевозможных дополнений, как вторая.

ExFAT поддерживает функции чтения, записи и совместима с операционными системами Mac, Android и Windows. Для Linux понадобится вспомогательное программное обеспечение.

Файловая система NTFS

И эту файловую систему подарила нам компания Microsoft. NTFS и по сей день используется как современный аналог системы FAT 32. 

Если вы установите данную файловую систему на свой съемный носитель данных, то скорость передачи информации значительно снизиться. Все дело в том, что при копировании данных задействуется кэш.  Копирование происходить сделующим образом:

Первым делом, копируемая информация сохраняется в кэше, а скорость при этом может быть порядка 100 мб в секунду. Но в виду того, что кэш на съемном носителе совсем маленький, то при его полном заполнении, скорость моментально падает. 

Что касается компьютеров и ноутбуков, то такой процесс работам немного по-другому. Ведь объем кэша намного больше, а значит и передача будет происходить в разы быстрее. О том что такое кэш я рассказывал в этой статье.

Обзор распространенных файловых систем

Вот краткий обзор некоторых из наиболее распространенных файловых систем, с которыми вы столкнетесь. Он не является исчерпывающим – существует много других файловых систем для специальных задач:

• FAT32: является одной из наиболее старых файловых систем Windows, но он всё ещё используется на съемных носителях – небольших по объему. Большие внешние жесткие диски объемом 1 ТБ или более будут, в любом случае, отформатированы с помощью NTFS. FAT32 имеет смысл использовать только с небольшими устройствами хранения или для совместимости с другими устройствами, такими как цифровые камеры, игровые консоли, приставки и другие устройства, которые поддерживают только FAT32, но NTFS.
• NTFS: современная версия файловой системы Windows – используется начиная с Windows XP. Внешние диски могут быть отформатированы с помощью FAT32 или NTFS.
• HFS+: Mac использует HFS+ для своих внутренних разделов, ей же форматирует внешние диски – для использования внешнего жесткого диска с Time Machine требуется, чтобы атрибуты файловой системы можно было добавлять в резервную копию. Маки также могут читать и записывать файлы в файловые системы FAT32, но Вам понадобится стороннее программное обеспечение для записи в файловые системы NTFS с Mac.
• Ext2 / Ext3 / Ext4: Вы будете часто видеть файловые системы ext2, ext3 и ext4 в Linux. Ext2 является более старой файловой системой, и она не имеет важных функций, таких как ведение журнала – если питание гаснет или компьютер аварийно завершает работу во время записи на диск ext2, данные могут быть потеряны. Ext3 добавляет эти характеристики робастности за счет некоторой скорости. Ext4 является более современным и быстрым вариантом – это файловая система используется по умолчанию на большинстве дистрибутивов Linux. Windows и Mac не поддерживают эти файловые системы – вам понадобится сторонний инструмент для доступа к файлам в таких файловых системах. Вместе с тем, Linux может читать и записывать как в FAT32, так и в NTFS.
• Btrfs: это новая файловая система Linux, которая всё ещё находится в разработке. На данный момент он не является стандартным для большинства дистрибутивов Linux, но, вероятно, однажды заменит Ext4. Цель состоит в том, чтобы предоставить дополнительные функции, которые позволяют Linux масштабировать до больших объемов хранения.
• Swap: в Linux файловая система «swap», на самом деле, не является файловой системой. Раздел, отформатированный как «swap», может быть использован в качестве пространства подкачки операционной системы – как файл подкачки Windows, но требует специальный раздел.

Существуют и другие файловые системы, особенно в Linux и других Unix-подобных системах.

Типичный пользователь компьютера не должен знать большую часть этого материала – но знание основ поможет Вам понять такие вопросы, как: «почему этот диск в формате Mac не работает с моим ПК на Windows?» и «должен ли я отформатировать этот жесткий диск USB как FAT32 или NTFS?».

Особенности

Технические характеристики, особенности и требования файловой системы exFAT включают в себя следующие:

• Предельный размер файла 16 EIB — 1 байт ( в противном случае ограничивается максимальным размером объема 128 ПИБ — 1 байт), повышен с 4 Гб — 1 байт в стандартном FAT32 . Таким образом, для типичного пользователя обеспечили полную совместимость между платформами Windows и OS X для файлов свыше 4 Гб.
• Масштабируемость до больших размеров диска: ок 128 PiB максимум, 512 TiB рекомендуется максимум, поднятый из 32-битного значения (2 TiB для размера сектора 512 байт) стандартных FAT32 разделов.
• Поддержка до 2,796,202 файлов в каталоге. Microsoft документы предел 65534 файлов в подкаталоге для их реализации с файловой системой FAT32, но и другие операционные системы не имеют специального ограничения на количество файлов в директории с файловой системой FAT32 , Реализации с файловой системой FAT32 в других операционных системах позволяют неограниченное количество файлов до количества доступных кластеров (то есть до 268,304,373 файлов на томах без длинных имен файлов ).
• Максимальное количество файлов на томе 232 — 11 ( по сравнению с примерно 228 — 11 в стандартной файловой системе FAT32)
• Свободное распределение пространства и удаление улучшена производительность за счет введения свободного пространства растрового изображения .
• Отметка зернистость 10 мс для создания и модифицированными раз (но не так хорошо , как 0,1 мс файловой системой NTFS).
• Отметка зернистость для времени последнего доступа к двойной секунд (FAT была только дата)
• Дополнительная поддержка UTC меток времени (начиная с Vista SP2 ).
• Дополнительная поддержка списков контроля доступа ( в настоящее время не поддерживается в ОС Windows Desktop / Server версий).
• Дополнительная поддержка TexFAT , стандарт транзакционной файловой системы (необязательно WinCE активирована функция, функция не поддерживается в версиях / Server Windows Desktop).
• Граница выравнивания смещения для таблицы FAT
• Граница выравнивания смещения для области данных
• Проводка для OEM Определяемые параметры для настройки файловой системы для конкретных характеристик устройства.
• На диске хранения длины файла правильные данные (VDL) за счет использования двух различных длин полей, которые могут быть использованы для предварительно выделить файл.
• Кластер размером до 32 Мбайт.
• Целостности метаданных с контрольными суммами
• Шаблон на основе структуры метаданных
• Удаление физического «.» и «..» элементы каталога, которые появляются в подкаталогах
• EXFAT не поддерживает короткие (формат 8.3) имена файлов
• Windows XP требует обновления KB955704 для установки и Windows Vista требуется установить его SP2.
• Windows Vista не может использовать EXFAT приводы для ReadyBoost . Windows 7 снимает это ограничение, позволяя ReadyBoost кэширует больше 4 Гб.
• Стандартная реализация EXFAT не Журнализированная и использует только одну таблицу размещения файлов и свободного пространства карты. FAT файловой системы используется вместо чередуя таблицы, как это допускается восстановление файловой системы, если носитель был извлечен во время записи (который часто встречается на практике со сменными носителями). Необязательный TexFAT компонент добавляет поддержку для дополнительных таблиц резервного копирования и карты, но может не поддерживаться.

Сравнение с FAT32

При тестировании на Windows 7 показала такую же производительность, как и FAT32, однако NTFS все таки немного быстрее. Заменит ли exFAT FAT32? Вероятно, это произойдёт только после массового переходу на Windows 7 или более новые версии Windows. Для потребителей же основное преимущество exFAT будет заключаться в преодолении файловых ограничений FAT32 (увеличение размера файла в exFat).
Нужно не забывать так же, что файловая система exFAT требует более новой версии ОС (может потребоваться апгрейд железа), а также тот факт, что на старых устройствах (фотоаппараты, mp3-плееры) exFAT может просто не поддерживаться.

Сравнение с NTFS

ExFAT можно считать конкурентом NTFS на системах с ограниченной вычислительной мощности и памяти. Кроме того файловую систему NTFS на флэш-картах использовать очень неудобно и неэффективно (падает скорость работы и уменьшается срок службы флеш памяти), и именно ExFAT будет идеальной файловой системой для таких устройств.

Поддержка операционными системами

Спецификации файловой системы NTFS закрыты. Это создаёт определённые трудности при реализации её поддержки в продуктах, не принадлежащих фирме Microsoft, например, разработчикам драйверов для свободных операционных систем приходится заниматься обратной разработкой файловой системы NTFS.

В данный момент полноценная поддержка NTFS присутствует только в ОС семейства Windows NT от фирмы Microsoft. Существующие средства доступа к разделам NTFS для других ОС перечислены ниже.

MS-DOS

Драйвер «NTFSDOS» от Марка Руссиновича (англ. Mark Russinovich). Стандартная версия поддерживает чтение разделов NTFS. Версия «Professional» поддерживает запись на разделы NTFS. С июля 2006 года права на утилиты Марка Руссиновича принадлежат фирме Microsoft. На сайте фирмы Microsoft информации об этом продукте нет, но его без труда можно найти в сети.

Windows 9x

• Драйвер «NTFS for Windows 98» от Марка Руссиновича. Поддерживает чтение с разделов NTFS. Для записи можно использовать драйвер DOS. На сайте фирмы Microsoft информация об этом драйвере отсутствует, но его легко можно отыскать на сторонних сайтах.

Linux

Проект «Linux-NTFS». Включает модуль ядра и набор утилит для выполнения различных операций с файловой системой NTFS (проверка целостности, восстановление удалённых файлов, изменение размера и др.). Именно этот драйвер включается в ядро Linux ещё с версии 2.2 (с тех пор он был практически полностью переписан). Модулем ядра поддерживается практически только чтение; запись возможна лишь в существующие файлы без изменения их размера. Недавно в рамках проекта появилась утилита ntfsmount, использующая FUSE и позволяющая монтировать разделы NTFS с возможностью записи (с некоторыми ограничениями). Это был первый полностью свободный продукт, имеющий такую возможность.

Проект «NTFS-3G». Возник как ответвление от проекта «Linux-NTFS». Отличается более полной поддержкой записи на разделы NTFS. 21 февраля 2007 года была выпущена версия 1.0, названная стабильной. Обеспечивает высокий уровень надёжности и производительности. В настоящее время проект активно развивается.

Проект «Captive NTFS» (). Создавался как «обёртка» для использования оригинального драйвера из ОС Windows NT в ОС Linux. Запись поддерживается, но драйвер работает крайне медленно и имеет некоторые технические ограничения. На официальном сайте проекта помещено объявление о прекращении разработки.

Драйвер «NTFS for Linux» от фирмы Paragon Software. Драйвер поддерживает чтение и запись с NTFS. Кроме драйвера проект поставляет ряд утилит для создания файловой системы NTFS и выполнения некоторых операций с разделами NTFS. Доступен бесплатно для домашних пользователей.

OpenSolaris/Solaris

Проект «NTFS File System Reader (недоступная ссылка)». Поддерживает чтение с NTFS.

Проект «NTFS-3G». Необходимо установить дополнительные пакеты.

BeOS-совместимые операционные системы

Для операционных систем BeOS, Zeta и Haiku существуют следующие проекты.

Системный драйвер. Поддерживает только чтение с NTFS.

Экспериментальный драйвер. Поддерживает чтение и запись с NTFS.

KolibriOS

Драйвер, поставляемый в составе ОС KolibriOS начиная с версии 0.6.5, написан на языке ассемблера, поддерживает чтение с разделов NTFS и запуска программ.

ReactOS

Реализована поддержка NTFS «на чтение» через свободный драйвер собственного производства.
Также есть экспериментальная поддержка записи,включаемая через реестр.

Mac OS X

В ОС Mac OS X встроенный драйвер NTFS по умолчанию работает в режиме чтения. После официального выхода ОС «Mac OS X 10.6 Snow Leopard» была найдена возможность включения поддержки записи на NTFS.

Драйвер «NTFS for Mac OS X» от фирмы Paragon Software.

Драйвер «NTFS-3G».

Драйвер «MacFUSE» версии 2.0.

Таблица расширенного размещения файлов (exFAT)

Файловая система exFAT была введена в 2006 году и была добавлена к более старым версиям Windows с обновлениями для Windows XP и Windows Vista. exFAT – это оптимизированная для флэш-накопителей файловая система – разработанная, чтобы сохранить совместимость FAT32, но без лишних функций NTFS и без ограничений FAT32.

Как и NTFS, exFAT имеет очень большие ограничения на размер файлов и разделов, что позволяет хранить файлы гораздо больше, чем 4 ГБ, разрешенных в FAT32.

Хотя exFAT не совсем соответствует совместимости FAT32, он более широко совместима, чем NTFS. Даже OS Mac предлагает полную поддержку exFAT для чтения и записи. exFAT диски могут быть доступны на Linux после установки соответствующего программного обеспечения. С другими устройствами немного сложнее: PlayStation 4 поддерживает exFAT; PlayStation 3 не поддерживает; Xbox One поддерживает, а Xbox 360 – нет.

• Совместимость: работает со всеми версиями Windows и на современных версиях Mac X, но требует дополнительного программного обеспечения на Linux. Больше устройств поддерживают exFAT, но некоторые – особенно старые – работают только с FAT32.
• Ограничения: нереалистичный предельный размер файлов и разделов.
• Идеальное использование: используйте её, когда Вам нужно хранить файлы большого размера и когда Вам нужна широкая совместимость. Предполагая, что каждое устройство, которое вы хотите использовать, поддерживает exFAT, вы должны отформатировать свое устройство с помощью exFAT вместо FAT32.

NTFS идеально подходит для внутренних накопителей, в то время как exFAT обычно идеально подходит для флэш-накопителей. Однако, иногда может потребоваться отформатировать внешний диск с помощью FAT32, если exFAT не поддерживается на устройстве, с которым необходимо его использовать.

Ограничения на размер файлов в файловых системах

Файловая система FAT32 была разработана достаточно давно и основывается на предыдущих версиях FAT, изначально применявшейся в ОС DOS. Дисков с сегодняшними объемами в то время не существовало, а потому каких-то предпосылок для того, чтобы обеспечить поддержку файлов размером более 4Гб файловой системой не было. На сегодняшний день, многим пользователям приходится сталкиваться с проблемами из-за этого. Ниже вы можете посмотреть сравнение файловых систем по размерам поддерживаемых файлов и разделов.

Современные файловые системы расширили ограничения на размер файлов до пределов, которые пока трудно представить (посмотрим, что будет лет через 20).

Каждая новая система выигрывает у FAT32 по размерам отдельных файлов и отдельного раздела диска. Таким образом, возраст FAT32 сказывается на возможности ее применения для различных целей. Одно из решений — использование файловой системы exFAT, поддержка которых появляется во многих операционных системах. Но, так или иначе, для обычной USB флешки, если на ней не хранятся файлы размером более 4 Гб, FAT32 будет самым лучшим выбором, а флешка будет прочитана практически где угодно.