Тестирование двенадцати файловых систем в Linux

Этот материал написан посетителем сайта, и за него начислено вознаграждение.

рекомендации

Введение

В прошлый раз мы тестировали производительность файловой системы ReFS в Windows 10. Там мы затронули некоторые ФС из мира Linux, которые показали достаточно вялые результаты, поскольку из-за ограничений Windows чтение и запись были недостаточно хорошо реализованы. На сей раз подобная несправедливость будет устранена, теперь роли меняются, и файловые системы NTFS, FAT32 и exFAT уже сами становятся гостями. Методика тестирования была усовершенствована, теперь все операции выполняются специальным скриптом, с точностью до миллисекунды замеряющим время, затраченное на определенную операцию. Кроме того был изменен набор данных, вместо поочередного копирования групп различных файлов проводится копирование сразу всех файлов разных типов. Также тестирование теперь не ограничивается только жестким диском, здесь были задействованы более актуальные в настоящее время твердотельные и flash накопители.

На каждом из них для размещения тестовых данных был создан раздел объемом 4 Гб, вторым устройством для перемещения данных выступал созданный в оперативной памяти раздел объемом 2304 Мб с файловой системой TMPFS. Поскольку flash-память имеет ограниченное количество циклов перезаписи, то в оценке производительности на данном типе носителей участвовали только нежурналируемые файловые системы.

Тестовая система:

• Процессор: Xeon E5440 @ 3.4 ГГц
• GIGABYTE GA-P35-DS3L
• Оперативная память: 3584 МБ DDR2-800
• Жесткий диск: Seagate Barracuda 7200.10 3250410AS 250 ГБ
• Твердотельный накопитель: SanDisk SDSSDHII-120G-G25 120 ГБ
• MicroSD карта SanDisk Ultra 16 Гб UHS-I, поключенная с помощью адаптера MXT
• Ubuntu 16.04 x64 с последними обновлениями

Набор данных:

• 100 MP3 файлов — 681,3 Мб
• 880 JPEG изображений 268,8 Мб
• 4 видеоролика в формате MP4 — 492,7 Мб
• 1 ISO образ — 583 Мб
• Суммарный объем: ~2 Гб

Краткая характеристика участников тестирования:

EXT2 — расширенная версия первой файловой системы EXT для ОС на ядре Linux.

EXT3 — журналируемая EXT2.

EXT4 — значительно расширенная по функционалу EXT3.

BTRFS — прогрессивная файловая система, использующая СУБД-подобную структуру , а также предлагающая множество современных опций.

F2FS — файловая система от Samsung, предназначенная для использования на flash-памяти.

ReiserFS — журналируемая ФС от компании Namesys, позволяющая изменять свой размер на лету без размонтирования.

XFS

  — высокопроизводительная 64-битная журналируемая файловая система, созданная компанией Silicon Graphics.

JFS — 64-битная журналируемая ФС, разработанная IBM с прицелом на высокую производительность, надёжность и масштабируемость для многопроцессорных компьютеров.

HFS+ — файловая система, использующаяся в macOS.

NTFS — ФС для Windows NT, выросшая из HPFS, совместной разработки IBM и Microsoft для OS/2.

FAT32 — усовершенствованная версия файловой системы FAT для DOS и Windows.

exFAT — расширенная версия FAT32, предназначенная для flash-накопителей.

Результаты тестов:

Итак, для начала запишем наши данные на жесткий диск с гораздо более быстрой оперативной памяти. Считывание происходит моментально, а вот скорость записи служит характеристикой быстродействия конкретной файловой системы для данного типа накопителя.

Новая файловая система F2FS демонстрирует отличный результат, опережая своих оппонентов. За ней следуют продвинутые журналируемые ФС, в основном использующиеся в NIX системах. Гости из Windows, а также устаревшие EXT2 и EXT3 заметно отстают.

Теперь проделаем тоже самое, но уже с быстрым твердотельным накопителем.

Разрыв между первым и замыкающим участниками заметно вырос. На сей раз в лидерах созданная профессионалами Sun Microsystems система XFS, которая показала результат близкий к максимальной пропускной способности интерфейса SATA-II. BTRFS, все еще считающая в некоторых аспектах не совсем стабильной, находится в нижней части списка. Работающая в пользовательском пространстве с помощью специального драйвера, NTFS показала почти в четверо более низкий результат, чем XFS.

А теперь данные будут переноситься наоборот с дисков в ОЗУ. Так как запись происходит очень быстро, то распределение файловых систем в диаграмме будет зависеть от их производительности при считывании.

Ситуация похожа на ту, которая была продемонстрирована в первом тесте. Но тут FAT32 поднялась сразу на семь позиций, а на ее место переехала BTRFS. Устаревшие EXT2 и EXT3 снова замыкают список.

Теперь очередь за SSD.

Видно, что разница сократилась, поскольку и твердотельный накопитель и оперативная память довольно быстрые устройства, и одно лишь это устраняет различные недостатки, присущие каждой их файловых систем. XFS выдала просто ошеломительный результат, практически уперевшись в пропускную способность SATA-II. Более усложненная BTRFS на второй позиции. Несмотря на прослойку в виде FUSE, NTFS заняла довольно почетное место.

Настала очередь flash-накопителей.

exFAT обошла F2FS в тесте записи примерно на 18%. EXT2, как и в предыдущих испытаниях, плетется в конце.

Ну и, наконец, чтение с flash-памяти.

FAT32 показывает, кто здесь царь. Несмотря на почтенный возраст, она и не собирается сдавать своих позиций. К сожалению максимальный размер файла в FAT32 ограничен четырьмя гигабайтами, что совершенно не подходит для тех же фильмов в высоком качестве. Однако, ее замена в лице exFAT отменяет данный изъян ценой всего лишь десятипроцентной потери производительности.

И ради интереса был проведен еще один тест с участием только RAM-дисков (копирование ISO-образа).

Заключение

Мир Linux открывает перед пользователями Windows множество граней, одной из которых является наличие гораздо большего количества различных файловых систем. Каждая из них имеет свои достоинства и недостатки, кто-то силен в одних ситуациях, кто-то в других.

И в проведенном тестировании мы попытались выявить данное распределение сил.

В результате наших проверок выяснилось, что более новые и хорошо отлаженные файловые системы стремятся показать более высокую производительность. И наоборот, устаревшие системы уменьшают скорость выполнения операций чтения-записи. Но данное правило не всегда строго выполняется, так как характеристики конкретной файловой системы могут не всегда соответствовать определенным в текущий момент условиям использования, для которых подходит пусть менее передовая, но более подходящая система.

Разумеется в подавляющем большинстве случаев нет возможности менять файловую систему одномоментно с изменившимися критериями эксплуатации. Но в этом и не будет особой необходимости, если заранее оценить рабочее окружение и возможные сценарии использования и лишь затем принимать решение о выборе файловой системы.

Этот материал написан посетителем сайта, и за него начислено вознаграждение.

Общие сведения о файловых системах FAT, HPFS и NTFS — Windows Client

• Статья
• 10/12/2022
• Чтение занимает 10 мин

В этой статье описываются различия между таблицей распределения файлов (FAT), высокопроизводительных файловых систем (HPFS) и файловой системой NT (NTFS) в Windows NT, а также их преимущества и недостатки.

Область действия: Windows 10 — все выпуски, Windows Server 2012 R2
Исходный номер базы знаний: 100108

Примечание.

HPFS поддерживается только в Windows NT версиях 3.1, 3.5 и 3.51. Windows NT 4.0 не поддерживает и не может получить доступ к секциям HPFS. Кроме того, поддержка файловой системы FAT32 стала доступна в Windows 98/Windows 95 OSR2 и Windows 2000.

Общие сведения о FAT

FAT является наиболее упрощенным из файловых систем, поддерживаемых Windows NT. Файловая система FAT характеризуется таблицей выделения файлов (FAT), которая на самом деле является таблицей, которая находится в самом «верхней» части тома. Для защиты тома в случае повреждения одной из них хранятся две копии FAT. Кроме того, таблицы FAT и корневой каталог должны храниться в фиксированном расположении, чтобы файлы загрузки системы могли правильно находиться.

Диск в формате FAT выделяется в кластерах, размер которого определяется размером тома. При создании файла в каталоге создается запись и устанавливается первый номер кластера, содержащий данные. Эта запись в таблице FAT указывает, что это последний кластер файла, или указывает на следующий кластер.

Обновление таблицы FAT очень важно, а также требует много времени. Если таблица FAT не обновляется регулярно, это может привести к потере данных. Это требует много времени, так как заголовки чтения диска должны быть перемещены в логическую дорожку диска при каждом обновлении таблицы FAT.

В структуре каталогов FAT нет организации, и файлам предоставляется первое открытое расположение на диске. Кроме того, FAT поддерживает только атрибуты файлов только для чтения, скрытые, системные и архивные.

Соглашение об именовании FAT

FAT использует традиционное соглашение об именовании файлов версии 8.3, и все имена файлов должны быть созданы с помощью символьного набора ASCII. Имя файла или каталога может содержать до восьми символов, разделитель точки (.) и до трех символов расширения. Имя должно начинаться с буквы или цифры и может содержать любые символы, кроме следующих:

. " / \ [ ] : ; | = ,

Если какой-либо из этих символов используется, могут возникнуть непредвиденные результаты. Имя не может содержать пробелы.

Зарезервированы следующие имена:

CON, AUX, COM1, COM2, COM3, COM4, LPT1, LPT2, LPT3, PRN, NUL

Все символы будут преобразованы в верхний регистр.

Преимущества FAT

Невозможно выполнить отмену удаления в разделе Windows NT в любой из поддерживаемых файловых систем. При отмене удаления служебные программы пытаются получить прямой доступ к оборудованию, что невозможно сделать в Windows NT. Однако если файл был расположен в секции FAT и система перезапущена в MS-DOS, файл можно отменить. Файловая система FAT лучше всего подходит для дисков и (или) секций размером около 200 МБ, так как FAT начинается с очень небольшой нагрузки. Дополнительные сведения о преимуществах FAT см. в следующих статьях:

• Windows NT Server «Основные понятия и руководство по планированию», глава 5, раздел «Выбор файловой системы»

• Windows NT рабочей станции 4.0, глава 18 «Выбор файловой системы»

• Windows NT Server 4.0 Resource Kit «Resource Guide,» Chapter 3, section titled «Which File System to Use on Which Volumes» (Какая файловая система для использования в каких томах)

Недостатки FAT

Желательно, чтобы при использовании дисков или секций размером более 200 МБ файловая система FAT не должна использоваться. Это связано с тем, что по мере увеличения размера тома производительность FAT быстро снижается. Невозможно задать разрешения для файлов, которые являются разделами FAT.

Размер разделов FAT ограничен до 4 ГБ при Windows NT и 2 ГБ в MS-DOS.

Дополнительные сведения о других недостатках FAT см. в следующих статьях:

• Windows NT Server «Основные понятия и руководство по планированию», глава 5, раздел «Выбор файловой системы»

• Windows NT рабочей станции 4.0, глава 18 «Выбор файловой системы»

• Microsoft Windows NT Server 4.0 Resource Kit «Resource Guide», chapter 3, section titled «Which File System to Use on Which Volumes» (Руководство по ресурсам Microsoft Windows NT Server 4.0— руководство по ресурсам), глава 3.

Обзор HPFS

Файловая система HPFS впервые была представлена в OS/2 1.2, чтобы обеспечить больший доступ к более крупным жестким дискам, которые затем появились на рынке. Кроме того, новой файловой системе необходимо было расширить систему именования, организацию и безопасность для растущих потребностей рынка сетевых серверов. HPFS поддерживает организацию каталогов FAT, но добавляет автоматическую сортировку каталога на основе имен файлов. Имена файлов расширяются до 254 двухбайтового символа. HPFS также позволяет файлу состоять из «данных» и специальных атрибутов, чтобы обеспечить повышенную гибкость с точки зрения поддержки других соглашений об именовании и безопасности. Кроме того, единица распределения меняется с кластеров на физические секторы (512 байт), что сокращает потерянное место на диске.

В HPFS записи каталога содержат больше сведений, чем в fat. Как и файл атрибутов, он содержит сведения об изменении, создании и дате и времени доступа. Вместо того чтобы указывать на первый кластер файла, записи каталога в HPFS указывают на FNODE. FNODE может содержать данные файла или указатели, которые могут указывать на данные файла или другие структуры, которые в конечном итоге будут указывать на данные файла.

HPFS пытается выделить как можно больше файлов в смежных секторах. Это делается для повышения скорости при последовательной обработке файла.

HPFS упорядочивают диск по 8 МБ, и по возможности файл содержится в одной из этих полос. Между этими полосами находятся точечные рисунки выделения по 2 КБ, которые отслеживают, какие секторы в диапазоне были выделены и не были выделены. Чередование повышает производительность, так как для определения места хранения файла не нужно возвращаться к логическому верхнему элементу диска (обычно это цилиндр 0), а к ближайшей растровой карте выделения полосы.

Кроме того, HPFS включает несколько уникальных специальных объектов данных:

Суперблок

Суперблок находится в логическом секторе 16 и содержит указатель на FNODE корневого каталога. Одна из основных угроз использования HPFS заключается в том, что при потере или повреждении суперблока из-за неправильного сектора содержимое секции, даже если остальная часть диска работает нормально. Можно восстановить данные на диске, скопив все на другой диск с хорошим сектором 16 и перестроив суперблок. Однако это очень сложная задача.

Запасной блок

Запасной блок находится в логическом секторе 17 и содержит таблицу «горячего исправления» и запасной блок каталога. В HPFS при обнаружении неправильного сектора запись «горячие исправления» используется для логического указания на существующий хороший сектор вместо некорректного сектора. Этот метод обработки ошибок записи называется горячим исправлением.

Горячее исправление — это метод, при котором при возникновении ошибки из-за неправильного сектора файловая система перемещает информацию в другой сектор и помечает исходный сектор как недопустимый. Все это делается прозрачно для всех приложений, которые выполняют дисковый ввод-вывод (то есть приложение никогда не знает, что с жестким диском возникли проблемы). Использование файловой системы, которая поддерживает горячее исправление, устраняет такие сообщения об ошибках, как FAT «Прерывание, повтор или сбой?» при возникновении неправильного сектора.

Примечание.

Версия HPFS, включенная в Windows NT не поддерживает горячее исправление.

Преимущества HPFS

HPFS лучше всего подходит для дисков в диапазоне от 200 до 400 МБ. Дополнительные сведения о преимуществах HPFS см. в следующих статьях:

• Windows NT Server «Основные понятия и руководство по планированию», глава 5, раздел «Выбор файловой системы»

• Windows NT рабочей станции 4.0, глава 18 «Выбор файловой системы»

• Windows NT Server 4.0 Resource Kit «Resource Guide,» Chapter 3, section titled «Which File System to Use on Which Volumes» (Какая файловая система для использования в каких томах)

Недостатки HPFS

Из-за накладных расходов, связанных с HPFS, это не очень эффективный выбор для тома менее 200 МБ. Кроме того, если объем томов превышает 400 МБ, производительность будет немного ниже. Невозможно установить безопасность в HPFS в разделе Windows NT.

HPFS поддерживается только в Windows NT версиях 3.1, 3.5 и 3.51. Windows NT 4.0 не может получить доступ к разделам HPFS.

Дополнительные недостатки HPFS см. в следующих статьях:

• Windows NT Server «Основные понятия и руководство по планированию», глава 5, раздел «Выбор файловой системы»

• Windows NT рабочей станции 4.0, глава 18 «Выбор файловой системы»

• Windows NT Server 4.0 Resource Kit «Resource Guide,» Chapter 3, section titled «Which File System to Use on Which Volumes» (Какая файловая система для использования в каких томах)

Обзор NTFS

С точки зрения пользователя NTFS продолжает упорядочивать файлы в каталоги, которые, как и HPFS, сортируются. Однако, в отличие от FAT или HPFS, на диске нет «специальных» объектов и нет зависимости от базового оборудования, например 512-байтовых секторов. Кроме того, на диске нет специальных расположений, таких как таблицы FAT или супер блоки HPFS.

NTFS обеспечивает следующие цели:

• Надежность, что особенно желательно для высокопроизводительным системам и файловым серверам

• Платформа для добавления функциональных возможностей

• Поддержка требований POSIX

• Удаление ограничений файловых систем FAT и HPFS

Надежность

Чтобы обеспечить надежность NTFS, были решены три основные области: возможность восстановления, удаление неустранимых сбоев одного сектора и горячее исправление.

NTFS — это восстанавливаемая файловая система, так как она отслеживает транзакции в файловой системе. При выполнении CHKDSK в FAT или HPFS проверяется согласованность указателей в каталоге, выделении и файловых таблицах. В NTFS журнал транзакций с этими компонентами сохраняется, поэтому CHKDSK требуется откат транзакций только до последней точки фиксации, чтобы восстановить согласованность в файловой системе.

Если в FAT или HPFS происходит сбой сектора, который является расположением одного из специальных объектов файловой системы, произойдет сбой одного сектора. NTFS позволяет избежать этого двумя способами: во-первых, не используя специальные объекты на диске и отслеживая и защищая все объекты, которые находятся на диске. Во-вторую, в NTFS хранятся несколько копий (число зависит от размера тома) главной файловой таблицы.

Как и в версиях HPFS в ОС/2, NTFS поддерживает горячее исправление.

Добавлены функциональные возможности

Одной из основных целей разработки Windows NT на каждом уровне является предоставление платформы, которую можно добавить и на основе которой можно создать, и NTFS не является исключением. NTFS предоставляет широкие и гибкие платформы для других файловых систем, которые можно использовать. Кроме того, NTFS полностью поддерживает Windows NT безопасности и несколько потоков данных. Больше не является файлом данных одним потоком данных. Наконец, в NTFS пользователь может добавить в файл собственные пользовательские атрибуты.

Поддержка POSIX

NTFS является наиболее совместимым с POSIX.1 из поддерживаемых файловых систем, так как он поддерживает следующие требования POSIX.1:

Именование с учетом регистра:

В POSIX README.TXT, Readme.txt и readme.txt файлы.

Дополнительная метка времени:

Дополнительная метка времени предоставляет время последнего доступа к файлу.

Жесткие ссылки:

Жесткое связывание — это когда два разных имени файла, которые могут находиться в разных каталогах, указывают на одинаковые данные.

Удаление ограничений

Во-первых, NTFS значительно увеличил размер файлов и томов, поэтому теперь они могут быть до 2^64 байт (16 exabytes или 18 446 744 073 709 551 616 байт). NTFS также вернул концепцию FAT кластеров, чтобы избежать проблем с HPFS фиксированного размера сектора. Это было сделано потому Windows NT что это переносимая операционная система, и в какой-то момент может возникнуть другая технология дисков. Таким образом, 512 байтов на сектор было показано как наличие большой возможности не всегда хорошо подходит для выделения. Это было выполнено за счет того, что кластер можно было определить как кратное естественному размеру выделения оборудования. Наконец, в NTFS все имена файлов основаны на Юникоде, а имена файлов 8.3 хранятся вместе с длинными именами файлов.

Преимущества NTFS

NTFS лучше всего подходит для томов объемом около 400 МБ или более. Это связано с тем, что производительность не снижается в NTFS, как и в fat, с большими размерами томов.

Возможность восстановления, разработанная в NTFS, такова, что пользователю не нужно запускать служебную программу восстановления дисков в секции NTFS. Дополнительные преимущества NTFS см. в следующих статьях:

• Windows NT Server «Основные понятия и руководство по планированию», глава 5, раздел «Выбор файловой системы»

• Windows NT рабочей станции 4.0, глава 18 «Выбор файловой системы»

• Windows NT Server 4.0 Resource Kit «Resource Guide,» Chapter 3, section titled «Which File System to Use on Which Volumes» (Какая файловая система для использования в каких томах)

Недостатки NTFS

Не рекомендуется использовать NTFS на томе размером менее 400 МБ из-за объема пространства, задействованного в NTFS. Эта нагрузка на место в виде системных файлов NTFS, которые обычно используют не менее 4 МБ дискового пространства в секции объемом 100 МБ.

В настоящее время шифрование файлов, встроенное в NTFS, отсутствует. Таким образом, кто-то может загрузиться в MS-DOS или другой операционной системе и использовать низкоуровневую программу редактирования дисков для просмотра данных, хранящихся на томе NTFS.

Форматировать гибкий диск с помощью файловой системы NTFS невозможно. Windows NT форматирует все гибкие диски с файловой системой FAT, так как накладные расходы, связанные с NTFS, не помещаются на гибкий диск.

Дополнительные сведения о недостатках NTFS см. в следующих статьях:

• Windows NT Server «Основные понятия и руководство по планированию», глава 5, раздел «Выбор файловой системы»

• Windows NT рабочей станции 4.0, глава 18 «Выбор файловой системы»

• Windows NT Server 4.0 Resource Kit «Resource Guide,» Chapter 3, section titled «Which File System to Use on Which Volumes» (Какая файловая система для использования в каких томах)

Соглашения об именовании NTFS

Имена файлов и каталогов могут содержать до 255 символов, включая любые расширения. Имена сохраняют регистр, но не учитывают регистр. NTFS не делает различий между именами файлов в зависимости от регистра. Имена могут содержать любые символы, кроме следующих:

? " / \ < > * | :

В настоящее время в командной строке можно создавать только имена файлов размером до 253 символов.

Примечание.

Базовые аппаратные ограничения могут накладывать дополнительные ограничения на размер секций в любой файловой системе. В частности, размер загрузочного раздела может быть всего 7,8 ГБ, а в таблице секций есть ограничение в 2 терабайта.

Дополнительные сведения о поддерживаемых файловых системах для Windows NT см. в Windows NT Resource Kit.

Введение в файловые системы

В настоящее время компьютерный рынок предлагает огромное разнообразие возможностей для хранения информации в цифровом виде. Существующие устройства хранения включают внутренние и внешние жесткие диски, карты памяти фото/видеокамер, USB-накопители, RAID-массивы и другие сложные хранилища. Части данных хранятся на них в виде файлов, таких как документы, изображения, базы данных, сообщения электронной почты и т. д., которые должны быть эффективно организованы на диске и легко извлекаться при необходимости.

В следующей статье дается общий обзор файловой системы, основного средства управления данными в любом хранилище, и описываются особенности ее различных типов.

Содержание:

• Что такое файловая система?
• Файловые системы Windows
• файловые системы macOS
• Файловые системы Linux
• BSD, Solaris, файловые системы Unix
• Кластерные файловые системы

---

Что такое файловая система?

Любой компьютерный файл хранится на носителе данных заданной емкости. Фактически каждое хранилище представляет собой линейное пространство для чтения или чтения и записи цифровой информации. Каждый байт информации в нем имеет свое смещение от начала хранения, известное как адрес , и на него ссылается этот адрес. Хранилище может быть представлено в виде сетки с набором  пронумерованных ячеек  (каждая ячейка представляет собой один байт). Любой элемент, сохраненный в хранилище, получает свои собственные ячейки.

Как правило, компьютерные хранилища используют пару секторов и смещения внутри сектора для ссылки на любой байт информации в хранилище. Сектор  – это группа байтов (обычно  512 байт  ), минимальная адресуемая единица физического хранилища. Например, , байт 1040 на жестком диске будет обозначаться как сектор #3  и  смещение в секторе 16 байт  ([сектор]+[сектор]+[16 байт]). Эта схема применяется для оптимизации адресации хранилища и использования меньшего числа для обращения к любой части информации, расположенной в хранилище.

Чтобы опустить вторую часть адреса (смещение внутри сектора), файлы обычно хранятся , начиная с начала сектора , а занимают целые сектора (например: 10-байтовый файл занимает весь сектор, 512-байтовый файл также занимает весь сектор, в то время как 514-байтный занимает целых два сектора).

Каждый файл хранится в « неиспользуемых» секторах и может быть прочитан позже по известному положению и размеру. Однако как узнать, какие сектора заняты, а какие свободны? Где хранится размер, положение и имя файла? Именно за это отвечает файловая система   .

В целом, файловая система (часто сокращенно FS) представляет собой структурированное представление данных и набор метаданных  с описанием этих данных. Применяется к хранилищу во время операции форматирования. Эта структура служит для целей всего хранилища, а также является частью изолированного сегмента хранилища — раздела диска . Обычно он работает в блоках , а не в секторах. Блоки FS — это группы секторов, которые оптимизируют адресацию хранилища. Современные типы обычно используют блоки размером от 1 до 128 секторов (512-65536 байт). Файлы обычно хранятся в начале блока и занимают целые блоки.

Константа операции записи/удаления  в хранилище вызывают его фрагментацию . Таким образом, файлы не сохраняются как целые единицы, а разбиваются на фрагменты. Например, объем полностью занят файлами размером около 4 блоков каждый (например, коллекция фотографий). Пользователь хочет сохранить тот, который займет 8 блоков, и поэтому удаляет первый и последний файлы. Тем самым он освобождает место в 8 блоков, однако первый сегмент располагается ближе к началу хранилища, а второй – к концу хранилища. В этом случае файл из 8 блоков разбивается на две части (по 4 блока в каждой части) и занимает свободное пространство «дырками». Информация об обоих фрагментах как о его частях хранится в файловой системе.

В дополнение к данным пользователя, файловая система также содержит собственные параметры (например, размер блока), файловые дескрипторы (включая его размер, местоположение, фрагменты и т. д.), имена и иерархию каталогов. . Он также может хранить информацию о безопасности, расширенные атрибуты и другие параметры.

Чтобы соответствовать различным требованиям пользователей, таким как производительность, стабильность и надежность хранения, разработано множество типов (или форматов) файловых систем, которые могут более эффективно служить различным целям.

Файловые системы Windows

В Microsoft Windows используются две основные файловые системы: NTFS , основной формат, используемый большинством современных версий этой ОС по умолчанию, и FAT , унаследованная от старой DOS и имеющая exFAT в качестве более позднего расширения. ReFS также был представлен Microsoft как формат нового поколения для серверных компьютеров, начиная с Windows Server 2012. HPFS , разработанный Microsoft совместно с IBM, можно найти только на очень старых машинах под управлением Windows NT до 3.5.

ЖИР

FAT  (Таблица размещения файлов) — один из самых простых типов файловых систем, который существует с 1980-х годов. Он состоит из FS дескрипторного сектора (загрузочный сектор или суперблок), таблицы размещения блоков (называемой таблицей размещения файлов) и простого пространства для хранения для хранения данных. Файлы в FAT хранятся в каталогах. Каждый каталог представляет собой массив из 32-байтовых записей , каждый из которых определяет файл или его расширенные атрибуты (например, длинное имя). Запись атрибутирует первый блок файла. Любой следующий блок можно найти в таблице распределения блоков, используя ее как связанный список.

Таблица размещения блоков содержит массив дескрипторов блоков. нулевое значение указывает на то, что блок не используется, а ненулевое относится к следующему блоку файла или специальному значению его конца.

Числа в FAT12 , FAT16 , FAT32 обозначают количество битов, используемых для адресации блока FS. Это означает, что FAT12 может использовать до 4096 различных ссылок на блоки, а FAT16 и FAT32 могут использовать до 65536 и 4294967296 соответственно. Фактическое максимальное количество блоков еще меньше и зависит от реализации FS драйвера .

FAT12 и FAT16 раньше применялись к старым дискетам и в настоящее время не находят широкого применения. FAT32 до сих пор широко используется для карт памяти и USB-накопителей . Формат поддерживается смартфонами, цифровыми камерами и другими портативными устройствами.

FAT32  может использоваться на совместимых с Windows внешних накопителях или разделах диска размером  до 32 ГБ при форматировании с помощью встроенного инструмента этой ОС или до 2 ТБ при использовании других средств форматирования хранилище. Файловая система также не позволяет создавать файлы, размер которых превышает 4 ГБ . Для решения этой проблемы был представлен формат exFAT , который не имеет реальных ограничений по размеру и часто используется на современных внешних жестких дисках и твердотельных накопителях.

NTFS

NTFS (файловая система новой технологии)  была представлена ​​в 1993 году вместе с Windows NT и в настоящее время является наиболее распространенной файловой системой для компьютеров конечных пользователей на базе Windows. Большинство операционных систем линейки Windows Server также используют этот формат.

Этот тип файловой системы достаточно надежен благодаря журналированию и поддерживает множество функций, в том числе контроль доступа , шифрование, и т. д. Каждый файл в NTFS хранится в виде дескриптора в Master File Table и его содержимого данных. Таблица основных файлов содержит записи со всей информацией о них: размер, распределение, имя и т. д. Первые 16 записей таблицы сохраняются для BitMap, в котором ведется учет всех свободных и используемых кластеров, журнал, используемый для ведения журнала. записи и BadClus, содержащие информацию о плохих кластерах. Первый и последний сектора файловой системы содержат его настройки (загрузочная запись или суперблок ). Этот формат использует значения 48 и 64 бита для ссылок на файлы, что позволяет поддерживать хранилища данных с чрезвычайно большой емкостью.

РеФС

ReFS (Resilient File System) — это последняя разработка Microsoft, представленная вместе с Windows 8 и теперь доступная для Windows 10. Его архитектура полностью отличается от других форматов Windows и в основном организована в форме0040 B+-дерево . ReFS  имеет высокую устойчивость к сбоям благодаря включенным в него новым функциям. Среди них наиболее примечательным является Copy-on-Write (CoW): никакие метаданные не изменяются без копирования; данные не записываются поверх существующих данных — они помещаются в другую область на диске. После любых модификаций новая копия метаданных сохраняется в свободной области хранилища, а затем система создает ссылку из более старых метаданных на более новую копию. Таким образом, значительное количество старых резервных копий хранится в разных местах, что обеспечивает простоту восстановления данных, если только это пространство хранения не будет перезаписано.

HPFS

HPFS (высокопроизводительная файловая система)  была создана Microsoft в сотрудничестве с IBM и представлена ​​в OS/2 1.20 в 1989 году как файловая система для серверов, которая могла обеспечить гораздо более высокую производительность по сравнению с FAT. В отличие от FAT, которая просто выделяет любой первый свободный кластер на диске для фрагмента файла, HPFS стремится расположить файл в непрерывных блоках или, по крайней мере, гарантировать, что его фрагменты (обозначаемые как экстентов ) располагаются максимально близко друг к другу. В начале HPFS есть три управляющих блока, занимающих 18 секторов: загрузочный блок , суперблок и запасной блок . Оставшееся пространство хранения разделено на части смежных секторов, называемых полосами , занимающими по 8 МБ каждая. У бэнда есть своя битовая карта распределения секторов , показывающая, какие сектора в нем заняты (1 — занято, 0 — свободно). У каждого файла и каталога есть собственный  F-узел , расположенный рядом с ним на диске — эта структура содержит информацию о расположении файла и его расширенных атрибутах. Для хранения каталогов используется специальная полоса каталогов , расположенная в центре диска, а сама структура каталогов представляет собой сбалансированное дерево с алфавитными записями.

Подсказка: Информацию о перспективах восстановления данных типов ФС, используемых Windows, можно найти в статьях об особенностях восстановления данных разных ОС и шансах на восстановление данных. Подробные инструкции и рекомендации можно найти в руководстве, посвященном восстановлению данных из Windows.

Файловые системы macOS

В macOS от Apple применяются два типа FS: HFS+ , расширение их устаревшей HFS, используемой на старых компьютерах Macintosh, и APFS, формат, используемый современными компьютерами Mac под управлением macOS 10. 14 и более поздних версий.

ГФС+

HFS+ раньше был основным форматом Apple для настольных продуктов, включая компьютеры Mac, iPod, а также продукты Apple X Server, прежде чем он был заменен на APFS в macOS High Sierra. Усовершенствованные серверные продукты также используют Apple Xsan,  9Кластерная файловая система 0030 , полученная от StorNext и CentraVision.

HFS+ использует B-деревья для размещения и поиска файлов. Тома разбиваются на сектора, обычно размером 512 байт, затем группируются в блоки размещения, количество которых зависит от размера всего тома. Информация о свободных и использованных блоках размещения хранится в файле размещения. Все блоки распределения, назначенные каждому файлу в качестве расширений, записываются в файл расширений переполнения. И, наконец, все атрибуты файла перечислены в файле Attributes. Надежность данных повышается за счет журналирования, что позволяет отслеживать все изменения в системе и быстро возвращать ее в рабочее состояние в случае непредвиденных событий. Среди других поддерживаемых функций — жесткие ссылки на каталоги, шифрование логических томов, контроль доступа, сжатие данных и т. д.

АПФС

Файловая система Apple направлена ​​на решение фундаментальных проблем, присутствующих в ее предшественнике, и была разработана для эффективной работы с современными флэш-накопителями и твердотельными накопителями. Этот 64-битный формат использует метод копирования при записи для повышения производительности, что позволяет копировать каждый блок до того, как в него будут внесены изменения, и предлагает множество функций целостности данных и экономии места. Все содержимое и метаданные о файлах, папках и других структурах APFS хранятся в контейнере APFS. Суперблок Контейнера  хранит информацию о количестве блоков в Контейнере, размере блока и т. д. Информация обо всех выделенных и свободных блоках Контейнера управляется с помощью растровых структур. Каждый том в Контейнере имеет собственный Volume Superblock , который предоставляет информацию об этом томе. Все файлы и папки тома записываются в B-дерево файлов и папок , а B-дерево экстентов отвечает за экстенты — ссылки на содержимое файла (начало файла, его длину в блоках).

Подсказка: Подробно о возможности восстановления данных с этих типов ФС можно прочитать в статьях об особенностях восстановления данных в зависимости от операционной системы и шансах на восстановление данных. Если вас интересует практическая сторона процедуры, обратитесь к руководству по восстановлению данных из macOS.

Файловые системы Linux

Linux с открытым исходным кодом нацелен на внедрение, тестирование и использование различных типов файловых систем. Наиболее популярные форматы для Linux включают в себя:

доб.

Ext2, Ext3, Ext4 — это просто разные версии «родной» файловой системы Linux Ext. Этот тип подпадает под активные разработки и усовершенствования. Ext3 — это просто расширение Ext2 , которое использует операции записи транзакционных файлов с журналом . Ext4  – это дальнейшее развитие Ext3, расширенное за счет поддержки оптимизированной информации о размещении файлов (экстентов) и расширенных атрибутов файлов. Этот FS часто используется в качестве  «root » для большинства установок Linux.

РайзерFS

ReiserFS — альтернативная файловая система Linux, оптимизированная для хранения огромного количества мелких файлов . Он имеет хорошие возможности поиска и позволяет компактно размещать файлы, сохраняя их хвосты или просто очень маленькие элементы вместе с метаданными, чтобы избежать использования больших блоков FS для этой цели. Однако этот формат более активно не развивается и не поддерживается.

СФС

XFS — надежная файловая система журналирования, изначально созданная Silicon Graphics и используемая серверами IRIX компании. В 2001 году он попал в ядро ​​Linux и теперь поддерживается большинством дистрибутивов Linux, некоторые из которых, например Red Hat Enterprise Linux, даже используют его по умолчанию. Этот тип файловой системы оптимизирован для хранения очень больших файлов и томов на одном хосте.

JFS

JFS — файловая система, разработанная IBM для мощных вычислительных систем компании. JFS1 обычно означает JFS , JFS2 — это второй выпуск. В настоящее время этот проект имеет открытый исходный код и реализован в большинстве современных версий Linux.

БТРФС

Btrfs — файловая система, основанная на принципе копирования при записи (COW), разработанная Oracle и поддерживаемая основным ядром Linux с 2009 года.0040 диспетчер логических томов, может охватывать несколько устройств и предлагает гораздо более высокую отказоустойчивость, лучшую масштабируемость, более простое администрирование и т. д., а также ряд дополнительных возможностей.

Ф2ФС

F2FS — файловая система Linux, разработанная компанией Samsung Electronics и адаптированная к специфике устройств хранения на базе флэш-памяти NAND , широко используемых в современных смартфонах и других вычислительных системах. Этот тип работает на основе лог-структурированного подхода FS (LFS) и учитывает такие особенности флэш-памяти, как постоянное время доступа и ограниченное количество циклов перезаписи данных. Вместо того, чтобы создавать один большой фрагмент для записи, F2FS собирает блоки в отдельные фрагменты (до 6), которые записываются одновременно.

Концепция « жестких ссылок », используемая в операционных системах такого типа, делает большинство типов Linux FS похожими в том смысле, что имя файла не рассматривается как атрибут файла, а скорее определяется как псевдоним для файла в определенном каталоге. Файловый объект может быть связан из многих местоположений , даже из одного и того же каталога под разными именами. Это может привести к серьезным и даже непреодолимым трудностям при восстановлении имен файлов после их удаления или логического повреждения.

Подсказка: Информацию о возможности успешного восстановления данных из указанных типов ФС можно найти в статьях, описывающих особенности восстановления данных из разных операционных систем и шансы на восстановление данных. Чтобы понять, как должна выполняться процедура, воспользуйтесь инструкцией по восстановлению данных из Linux.

Файловые системы BSD, Solaris, Unix

Наиболее распространенной файловой системой для этих операционных систем является UFS (файловая система Unix), также часто называемая FFS  (Быстрая файловая система).

В настоящее время UFS (в различных редакциях) поддерживается всеми операционными системами семейства Unix и является основной файловой системой ОС BSD и ОС Sun Solaris. Современные компьютерные технологии, как правило, заменяют UFS в различных операционных системах ( ZFS для Solaris, JFS и производные форматы для Unix и т.  д.).

Подсказка: Информацию о вероятности успешного восстановления данных с этих типов ФС можно найти в статьях об особенностях восстановления данных ОС и шансах на восстановление данных. Сам процесс описан в инструкции, посвященной восстановлению данных из Unix, Solaris и BSD.

Кластерные файловые системы

Кластерные файловые системы используются в компьютерных кластерных системах и поддерживают распределенное хранилище.

Типы распределенных FS включают:

• ZFS — компания Sun « Zettabyte File System » — формат, разработанный для распределенных хранилищ ОС Sun Solaris.

• Apple Xsan — эволюция CentraVision, а затем StorNext компанией Apple.

• VMFS — «Файловая система виртуальной машины », разработанная компанией VMware для своего сервера VMware ESX.

• GFS — Red Hat Linux « Глобальная файловая система ».

• JFS1 — исходный (устаревший) дизайн IBM JFS , используемый в старых системах хранения AIX.

Общие свойства этих файловых систем включают поддержку распределенных хранилищ, расширяемость и модульность.

Чтобы узнать о других технологиях, используемых для хранения и обработки данных, обратитесь к разделу «Технологии хранения».

Последнее обновление: 10 августа 2022 г.

Если вам понравилась эта статья, вы можете поделиться ею в социальных сетях:

Введение в файловые системы

В настоящее время компьютерный рынок предлагает огромное разнообразие возможностей для хранения информации в цифровом виде. Существующие устройства хранения включают внутренние и внешние жесткие диски, карты памяти фото/видеокамер, USB-накопители, RAID-массивы и другие сложные хранилища. Части данных хранятся на них в виде файлов, таких как документы, изображения, базы данных, сообщения электронной почты и т. д., которые должны быть эффективно организованы на диске и легко извлекаться при необходимости.

В следующей статье дается общий обзор файловой системы, основного средства управления данными в любом хранилище, и описываются особенности ее различных типов.

Содержание:

• Что такое файловая система?
• Файловые системы Windows
• файловые системы macOS
• Файловые системы Linux
• BSD, Solaris, файловые системы Unix
• Кластерные файловые системы

---

Что такое файловая система?

Любой компьютерный файл хранится на носителе данных заданной емкости. Фактически каждое хранилище представляет собой линейное пространство для чтения или чтения и записи цифровой информации. Каждый байт информации в нем имеет свое смещение от начала хранения, известное как адрес , и на него ссылается этот адрес. Хранилище может быть представлено в виде сетки с набором  пронумерованных ячеек  (каждая ячейка представляет собой один байт). Любой элемент, сохраненный в хранилище, получает свои собственные ячейки.

Как правило, компьютерные хранилища используют пару секторов и смещения внутри сектора для ссылки на любой байт информации в хранилище. Сектор  – это группа байтов (обычно  512 байт  ), минимальная адресуемая единица физического хранилища. Например, , байт 1040 на жестком диске будет обозначаться как сектор #3  и  смещение в секторе 16 байт  ([сектор]+[сектор]+[16 байт]). Эта схема применяется для оптимизации адресации хранилища и использования меньшего числа для обращения к любой части информации, расположенной в хранилище.

Чтобы опустить вторую часть адреса (смещение внутри сектора), файлы обычно хранятся , начиная с начала сектора , а занимают целые сектора (например: 10-байтовый файл занимает весь сектор, 512-байтовый файл также занимает весь сектор, в то время как 514-байтный занимает целых два сектора).

Каждый файл хранится в « неиспользуемых» секторах и может быть прочитан позже по известному положению и размеру. Однако как узнать, какие сектора заняты, а какие свободны? Где хранится размер, положение и имя файла? Именно за это отвечает файловая система   .

В целом, файловая система (часто сокращенно FS) представляет собой структурированное представление данных и набор метаданных  с описанием этих данных. Применяется к хранилищу во время операции форматирования. Эта структура служит для целей всего хранилища, а также является частью изолированного сегмента хранилища — раздела диска . Обычно он работает в блоках , а не в секторах. Блоки FS — это группы секторов, которые оптимизируют адресацию хранилища. Современные типы обычно используют блоки размером от 1 до 128 секторов (512-65536 байт). Файлы обычно хранятся в начале блока и занимают целые блоки.

Константа операции записи/удаления  в хранилище вызывают его фрагментацию . Таким образом, файлы не сохраняются как целые единицы, а разбиваются на фрагменты. Например, объем полностью занят файлами размером около 4 блоков каждый (например, коллекция фотографий). Пользователь хочет сохранить тот, который займет 8 блоков, и поэтому удаляет первый и последний файлы. Тем самым он освобождает место в 8 блоков, однако первый сегмент располагается ближе к началу хранилища, а второй – к концу хранилища. В этом случае файл из 8 блоков разбивается на две части (по 4 блока в каждой части) и занимает свободное пространство «дырками». Информация об обоих фрагментах как о его частях хранится в файловой системе.

В дополнение к данным пользователя, файловая система также содержит собственные параметры (например, размер блока), файловые дескрипторы (включая его размер, местоположение, фрагменты и т. д.), имена и иерархию каталогов. . Он также может хранить информацию о безопасности, расширенные атрибуты и другие параметры.

Чтобы соответствовать различным требованиям пользователей, таким как производительность, стабильность и надежность хранения, разработано множество типов (или форматов) файловых систем, которые могут более эффективно служить различным целям.

Файловые системы Windows

В Microsoft Windows используются две основные файловые системы: NTFS , основной формат, используемый большинством современных версий этой ОС по умолчанию, и FAT , унаследованная от старой DOS и имеющая exFAT в качестве более позднего расширения. ReFS также был представлен Microsoft как формат нового поколения для серверных компьютеров, начиная с Windows Server 2012. HPFS , разработанный Microsoft совместно с IBM, можно найти только на очень старых машинах под управлением Windows NT до 3.5.

ЖИР

FAT  (Таблица размещения файлов) — один из самых простых типов файловых систем, который существует с 1980-х годов. Он состоит из FS дескрипторного сектора (загрузочный сектор или суперблок), таблицы размещения блоков (называемой таблицей размещения файлов) и простого пространства для хранения для хранения данных. Файлы в FAT хранятся в каталогах. Каждый каталог представляет собой массив из 32-байтовых записей , каждый из которых определяет файл или его расширенные атрибуты (например, длинное имя). Запись атрибутирует первый блок файла. Любой следующий блок можно найти в таблице распределения блоков, используя ее как связанный список.

Таблица размещения блоков содержит массив дескрипторов блоков. нулевое значение указывает на то, что блок не используется, а ненулевое относится к следующему блоку файла или специальному значению его конца.

Числа в FAT12 , FAT16 , FAT32 обозначают количество битов, используемых для адресации блока FS. Это означает, что FAT12 может использовать до 4096 различных ссылок на блоки, а FAT16 и FAT32 могут использовать до 65536 и 4294967296 соответственно. Фактическое максимальное количество блоков еще меньше и зависит от реализации FS драйвера .

FAT12 и FAT16 раньше применялись к старым дискетам и в настоящее время не находят широкого применения. FAT32 до сих пор широко используется для карт памяти и USB-накопителей . Формат поддерживается смартфонами, цифровыми камерами и другими портативными устройствами.

FAT32  может использоваться на совместимых с Windows внешних накопителях или разделах диска размером  до 32 ГБ при форматировании с помощью встроенного инструмента этой ОС или до 2 ТБ при использовании других средств форматирования хранилище. Файловая система также не позволяет создавать файлы, размер которых превышает 4 ГБ . Для решения этой проблемы был представлен формат exFAT , который не имеет реальных ограничений по размеру и часто используется на современных внешних жестких дисках и твердотельных накопителях.

NTFS

NTFS (файловая система новой технологии)  была представлена ​​в 1993 году вместе с Windows NT и в настоящее время является наиболее распространенной файловой системой для компьютеров конечных пользователей на базе Windows. Большинство операционных систем линейки Windows Server также используют этот формат.

Этот тип файловой системы достаточно надежен благодаря журналированию и поддерживает множество функций, в том числе контроль доступа , шифрование, и т. д. Каждый файл в NTFS хранится в виде дескриптора в Master File Table и его содержимого данных. Таблица основных файлов содержит записи со всей информацией о них: размер, распределение, имя и т. д. Первые 16 записей таблицы сохраняются для BitMap, в котором ведется учет всех свободных и используемых кластеров, журнал, используемый для ведения журнала. записи и BadClus, содержащие информацию о плохих кластерах. Первый и последний сектора файловой системы содержат его настройки (загрузочная запись или суперблок ). Этот формат использует значения 48 и 64 бита для ссылок на файлы, что позволяет поддерживать хранилища данных с чрезвычайно большой емкостью.

РеФС

ReFS (Resilient File System) — это последняя разработка Microsoft, представленная вместе с Windows 8 и теперь доступная для Windows 10. Его архитектура полностью отличается от других форматов Windows и в основном организована в форме0040 B+-дерево . ReFS  имеет высокую устойчивость к сбоям благодаря включенным в него новым функциям. Среди них наиболее примечательным является Copy-on-Write (CoW): никакие метаданные не изменяются без копирования; данные не записываются поверх существующих данных — они помещаются в другую область на диске. После любых модификаций новая копия метаданных сохраняется в свободной области хранилища, а затем система создает ссылку из более старых метаданных на более новую копию. Таким образом, значительное количество старых резервных копий хранится в разных местах, что обеспечивает простоту восстановления данных, если только это пространство хранения не будет перезаписано.

HPFS

HPFS (высокопроизводительная файловая система)  была создана Microsoft в сотрудничестве с IBM и представлена ​​в OS/2 1.20 в 1989 году как файловая система для серверов, которая могла обеспечить гораздо более высокую производительность по сравнению с FAT. В отличие от FAT, которая просто выделяет любой первый свободный кластер на диске для фрагмента файла, HPFS стремится расположить файл в непрерывных блоках или, по крайней мере, гарантировать, что его фрагменты (обозначаемые как экстентов ) располагаются максимально близко друг к другу. В начале HPFS есть три управляющих блока, занимающих 18 секторов: загрузочный блок , суперблок и запасной блок . Оставшееся пространство хранения разделено на части смежных секторов, называемых полосами , занимающими по 8 МБ каждая. У бэнда есть своя битовая карта распределения секторов , показывающая, какие сектора в нем заняты (1 — занято, 0 — свободно). У каждого файла и каталога есть собственный  F-узел , расположенный рядом с ним на диске — эта структура содержит информацию о расположении файла и его расширенных атрибутах. Для хранения каталогов используется специальная полоса каталогов , расположенная в центре диска, а сама структура каталогов представляет собой сбалансированное дерево с алфавитными записями.

Подсказка: Информацию о перспективах восстановления данных типов ФС, используемых Windows, можно найти в статьях об особенностях восстановления данных разных ОС и шансах на восстановление данных. Подробные инструкции и рекомендации можно найти в руководстве, посвященном восстановлению данных из Windows.

Файловые системы macOS

В macOS от Apple применяются два типа FS: HFS+ , расширение их устаревшей HFS, используемой на старых компьютерах Macintosh, и APFS, формат, используемый современными компьютерами Mac под управлением macOS 10.14 и более поздних версий.

ГФС+

HFS+ раньше был основным форматом Apple для настольных продуктов, включая компьютеры Mac, iPod, а также продукты Apple X Server, прежде чем он был заменен на APFS в macOS High Sierra. Усовершенствованные серверные продукты также используют Apple Xsan,  9Кластерная файловая система 0030 , полученная от StorNext и CentraVision.

HFS+ использует B-деревья для размещения и поиска файлов. Тома разбиваются на сектора, обычно размером 512 байт, затем группируются в блоки размещения, количество которых зависит от размера всего тома. Информация о свободных и использованных блоках размещения хранится в файле размещения. Все блоки распределения, назначенные каждому файлу в качестве расширений, записываются в файл расширений переполнения. И, наконец, все атрибуты файла перечислены в файле Attributes. Надежность данных повышается за счет журналирования, что позволяет отслеживать все изменения в системе и быстро возвращать ее в рабочее состояние в случае непредвиденных событий. Среди других поддерживаемых функций — жесткие ссылки на каталоги, шифрование логических томов, контроль доступа, сжатие данных и т. д.

АПФС

Файловая система Apple направлена ​​на решение фундаментальных проблем, присутствующих в ее предшественнике, и была разработана для эффективной работы с современными флэш-накопителями и твердотельными накопителями. Этот 64-битный формат использует метод копирования при записи для повышения производительности, что позволяет копировать каждый блок до того, как в него будут внесены изменения, и предлагает множество функций целостности данных и экономии места. Все содержимое и метаданные о файлах, папках и других структурах APFS хранятся в контейнере APFS. Суперблок Контейнера  хранит информацию о количестве блоков в Контейнере, размере блока и т. д. Информация обо всех выделенных и свободных блоках Контейнера управляется с помощью растровых структур. Каждый том в Контейнере имеет собственный Volume Superblock , который предоставляет информацию об этом томе. Все файлы и папки тома записываются в B-дерево файлов и папок , а B-дерево экстентов отвечает за экстенты — ссылки на содержимое файла (начало файла, его длину в блоках).

Подсказка: Подробно о возможности восстановления данных с этих типов ФС можно прочитать в статьях об особенностях восстановления данных в зависимости от операционной системы и шансах на восстановление данных. Если вас интересует практическая сторона процедуры, обратитесь к руководству по восстановлению данных из macOS.

Файловые системы Linux

Linux с открытым исходным кодом нацелен на внедрение, тестирование и использование различных типов файловых систем. Наиболее популярные форматы для Linux включают в себя:

доб.

Ext2, Ext3, Ext4 — это просто разные версии «родной» файловой системы Linux Ext. Этот тип подпадает под активные разработки и усовершенствования. Ext3 — это просто расширение Ext2 , которое использует операции записи транзакционных файлов с журналом . Ext4  – это дальнейшее развитие Ext3, расширенное за счет поддержки оптимизированной информации о размещении файлов (экстентов) и расширенных атрибутов файлов. Этот FS часто используется в качестве  «root » для большинства установок Linux.

РайзерFS

ReiserFS — альтернативная файловая система Linux, оптимизированная для хранения огромного количества мелких файлов . Он имеет хорошие возможности поиска и позволяет компактно размещать файлы, сохраняя их хвосты или просто очень маленькие элементы вместе с метаданными, чтобы избежать использования больших блоков FS для этой цели. Однако этот формат более активно не развивается и не поддерживается.

СФС

XFS — надежная файловая система журналирования, изначально созданная Silicon Graphics и используемая серверами IRIX компании. В 2001 году он попал в ядро ​​Linux и теперь поддерживается большинством дистрибутивов Linux, некоторые из которых, например Red Hat Enterprise Linux, даже используют его по умолчанию. Этот тип файловой системы оптимизирован для хранения очень больших файлов и томов на одном хосте.

JFS

JFS — файловая система, разработанная IBM для мощных вычислительных систем компании. JFS1 обычно означает JFS , JFS2 — это второй выпуск. В настоящее время этот проект имеет открытый исходный код и реализован в большинстве современных версий Linux.

БТРФС

Btrfs — файловая система, основанная на принципе копирования при записи (COW), разработанная Oracle и поддерживаемая основным ядром Linux с 2009 года.0040 диспетчер логических томов, может охватывать несколько устройств и предлагает гораздо более высокую отказоустойчивость, лучшую масштабируемость, более простое администрирование и т. д., а также ряд дополнительных возможностей.

Ф2ФС

F2FS — файловая система Linux, разработанная компанией Samsung Electronics и адаптированная к специфике устройств хранения на базе флэш-памяти NAND , широко используемых в современных смартфонах и других вычислительных системах. Этот тип работает на основе лог-структурированного подхода FS (LFS) и учитывает такие особенности флэш-памяти, как постоянное время доступа и ограниченное количество циклов перезаписи данных. Вместо того, чтобы создавать один большой фрагмент для записи, F2FS собирает блоки в отдельные фрагменты (до 6), которые записываются одновременно.

Концепция « жестких ссылок », используемая в операционных системах такого типа, делает большинство типов Linux FS похожими в том смысле, что имя файла не рассматривается как атрибут файла, а скорее определяется как псевдоним для файла в определенном каталоге. Файловый объект может быть связан из многих местоположений , даже из одного и того же каталога под разными именами. Это может привести к серьезным и даже непреодолимым трудностям при восстановлении имен файлов после их удаления или логического повреждения.

Подсказка: Информацию о возможности успешного восстановления данных из указанных типов ФС можно найти в статьях, описывающих особенности восстановления данных из разных операционных систем и шансы на восстановление данных. Чтобы понять, как должна выполняться процедура, воспользуйтесь инструкцией по восстановлению данных из Linux.

Файловые системы BSD, Solaris, Unix

Наиболее распространенной файловой системой для этих операционных систем является UFS (файловая система Unix), также часто называемая FFS  (Быстрая файловая система).

В настоящее время UFS (в различных редакциях) поддерживается всеми операционными системами семейства Unix и является основной файловой системой ОС BSD и ОС Sun Solaris. Современные компьютерные технологии, как правило, заменяют UFS в различных операционных системах ( ZFS для Solaris, JFS и производные форматы для Unix и т. д.).

Подсказка: Информацию о вероятности успешного восстановления данных с этих типов ФС можно найти в статьях об особенностях восстановления данных ОС и шансах на восстановление данных. Сам процесс описан в инструкции, посвященной восстановлению данных из Unix, Solaris и BSD.

Кластерные файловые системы

Кластерные файловые системы используются в компьютерных кластерных системах и поддерживают распределенное хранилище.

Типы распределенных FS включают:

• ZFS — компания Sun « Zettabyte File System » — формат, разработанный для распределенных хранилищ ОС Sun Solaris.

• Apple Xsan — эволюция CentraVision, а затем StorNext компанией Apple.

• VMFS — «Файловая система виртуальной машины », разработанная компанией VMware для своего сервера VMware ESX.

• GFS — Red Hat Linux « Глобальная файловая система ».

• JFS1 — исходный (устаревший) дизайн IBM JFS , используемый в старых системах хранения AIX.

Общие свойства этих файловых систем включают поддержку распределенных хранилищ, расширяемость и модульность.

Чтобы узнать о других технологиях, используемых для хранения и обработки данных, обратитесь к разделу «Технологии хранения».

Последнее обновление: 10 августа 2022 г.