Що таке файлова система? Основні типи

Файлова система - це що

Користувач зустрічається з поняттям "файлова система" (ФС, File System, FS), коли комп'ютер пропонує вибрати її тип при форматуванні носіїв, інсталяції ОС, відновлення даних. Що це таке?

Комп'ютер записує, зберігає та обробляє відомості у вигляді файлів. ОС "бачить" фізичний накопичувач як комплекс кластерів (секторів). Розмір окремого сектора складає від 512 байт. Драйвери ФС з'єднують ці кластери у файли та папки, а також відстежують вільні, використовувані та несправні сектори. Коли користувач зберігає об'ємний файл, система ділить його на фрагменти, щоб кожна частина помістилася в окремий кластер, який складається з осередків (розмір одного осередку — 1 байт).

Комп'ютер і смартфон читають практично кожну FS, крім того, користувач може самостійно вибрати відповідну систему при здійсненні певних дій. Проблеми можуть виникнути при використанні флешок у DVD-плеєрах, телевізорах, магнітолах і т. д. У цих пристроях ФС задає виробник. Тому питання відповідності слід продумати заздалегідь, перед покупкою чи записом інформації на накопичувач.

Що робить файлова система

У процесі організації файлового простору ФС робить таке:

• Зберігає інформацію про всіх фрагментах, щоб у момент запиту, зробленого користувачем чи ОС, знову об'єднати в цілий файл.
• Структурує інформацію на накопичувачі у визначеному порядку. Усі відомості зберігаються у відведених їм місцях під встановленими іменами та з наданими атрибутами. Якби FS була відсутня, то файли містилися в одному загальному масиві, і не можна було б визначити, де їх початок, а де кінець. ОС не розуміла, як відкрити потрібні дані.
• Надає файлам імена та параметри, необхідних коректного взаємодії з компонентами ПК і ОС.
• Визначає порядок та умови зберігання та читання відомостей, розмір кластерів, формат відомостей, максимально допустиму величину файлу та розділу, розмір імен файлів та набір атрибутів.
• Надає прикладному ПЗ доступ до накопичувача, причому софт не безпосередньо здійснює дії над файлами, а за допомогою ФС, надсилаючи відповідні запити. Система ж шукає, створює, читає та видаляє відомості.
• Захищає файли від випадкових пошкоджень та несанкціонованих змін, забезпечує спільну роботу користувачів.

ОС та види файлових систем

Найпопулярніші ОС («Віндовс», macOS і «Лінукс») працюють з різними видами ФС, які зазвичай встановлені і не потребують додаткових конфігурацій. У Windows всіх розділах диска застосовують NTFS, але в флешках — NTFS чи FAT32. На «Андроїд» виробник встановлює ext4 у пам'яті пристрою та FAT32 на SD-картах. Користувачі Apple зазвичай навіть не знають про різновид застосовуваної файлової системи. А власники Linux мають бути хоч трохи програмістами, щоб налаштувати певний вид FS у своїй ОС. Користувачі рідко зустрічаються з необхідністю використання альтернативної файлової системи, але іноді це відбувається. Тому розповімо докладніше про різновиди ФС.

Файлові системи Windows

FAT побачив світ у 80-х роках XX століття, коли перший найманий співробітник Microsoft Марк Макдональд створив вихідний код на особисте прохання Білла Гейтса. Пізніше випустили версії FAT12, FAT16 і FAT32. Остання зараз дуже популярна. Після певного часу випустили ще дві вдосконалені системи NTFS і ReFS.

FAT

Класична файлова система застосовується для невеликих носіїв інформації та нескладного структурування відомостей. Числа, що йдуть після абревіатури FAT, означають число бітів, які відведені для зберігання кластера. Хоча FAT32 виступає в ролі зразка, поступово поширюється найновіша варіація цієї ФС - exFAT, або FAT64. Перевага FAT32 в тому, що її можна використовувати не тільки в нових, але і застарілих моделях техніки. Недолік - система обмежує розмір файлів, що зберігаються до 4 ГБ, а всього розділу - до 8 ТБ. Тому FAT32 зазвичай застосовують у переносних USB-носіях даних.

Щоб усунути недоліки FAT32, Microsoft оновила файлову систему до версії exFAT. Серед переваг - набагато більший обсяг файлу, що зберігається, і зниження кількості перезаписів кластерів. Останній момент вкрай важливий для твердотільних накопичувачів, тому що після встановленої кількості операцій запису клітинки пам'яті зношуються. Стандарт exFAT безпосередньо працює з ОС Android, Windows, Mac. «Лінуксу» ж потрібне додаткове ПЗ.

NTFS

Версія покликана усунути виявлені недоліки FAT. Сьогодні це основна ФС для «Віндовс». Максимальний розмір файлу, що зберігається, становить 16 ГБ. Спосіб прозорого шифрування розмежовує доступ до інформації для різних користувачів і не дає останнім скористатися вмістом без відповідного дозволу. NTFS застосовує розширені імена файлів, підтримуючи багатомовність. Стандартне застосування chkdsk перевіряє носій на помилки ФС, чим збільшує надійність роботи накопичувача, але зменшує його продуктивність.

ReFS

Найсучасніший продукт "Майкрософт" для серверів "Віндовс" 8 і 10. Файлова система майже не знає відмов у роботі завдяки оснащенню новим функціоналом:

• Copy-on-Write (CoW) — всі метадані підлягають зміні лише після копіювання.
• Запис інформації відбувається на вільний простір накопичувача, а не замість раніше збережених файлів.
• Модифікуючи метадані, система зберігає нову копію в порожніх кластерах, а потім створює посилання на неї зі старих метаданих.

Ці кошти дозволяють надійніше зберігати інформацію, і навіть оперативно відновлювати відомості.

Файлові системи macOS 

У своїй продукції Apple використовує спеціальні файлові системи. Це HFS+ та її вдосконалена версія APFS. Файлову систему HFS+ використовують у всіх «яблучних» продуктах. У деяких серверних розробках використовують ФС Apple Xsan.

Файлові системи Linux

У ОС Linux можна використовувати кілька файлових систем, причому кожна вирішує конкретні завдання. FS працюють з файлами, зберігають відомості в ОЗП та надають доступ до конфігурації ядра.

У дистрибутивах Linux зазвичай використовують такі FS:

• Ext – стандартна ФС. Підтримує вичерпний обсяг функцій та відрізняється високою стабільністю завдяки тому, що код змінюється вкрай рідко. Версію ext4 на сьогоднішній день застосовують у всіх дистрибутивах.
• JFS — альтернатива ext. Відрізняється високостабільною роботою та низьким споживанням ресурсів (що важливо для комп'ютерів із кількома процесорами). Метадані, що зберігаються в журналах, дозволяють відновити попередні версії даних після збоїв.
• ReiserFS — випущена як альтернатива ext3 (тільки для Лінукс). Запаковує кілька маленьких файлів в окремий блок. Дані не фрагментують, чим оптимізують дії з невеликим обсягом інформації. Вразливе місце - можлива втрата відомостей при відключенні електроживлення.
• XFS швидко працює з громіздкими файлами, підтримує накопичувачі до 2 ТБ. Серед слабких місць – не можна зменшити розмір файлу, складно відновити втрачену інформацію, яку можна втратити при вимкненні живлення.
• Btrfs — стабільна та високопродуктивна ФС. Нею легко керувати. За замовчуванням застосовується в SUSE Linux та OpenSUSE.

В «Лінукс» можна використовувати і файлові системи, створені для інших ОС, але кореневу ФС на них встановити неможливо.

Приклад використання файлових систем

У мобільних пристроях переносними носіями інформації виступають твердотільні накопичувачі microSD, які спочатку працюють у FAT32. Це не дає записати на них програми для подальшої інсталяції. Як виправити ситуацію? Створити на SD-карті розділ ext, куди можна переносити відомості із внутрішньої пам'яті разом із атрибутами файлів. Це дозволить будь-якому софту функціонувати так, ніби його запустили із вбудованої пам'яті пристрою. «Віндовс» з цим не впорається, тому що не зможе зробити на флеш-карті більше одного розділу. Звертаємося за допомогою до «Лінукс» (цю ОС можна запустити віртуально). Також можна застосувати спеціальний софт, наприклад, MiniTool Partition Wizard Free.

Або інший приклад. SD-карти та флеш-накопичувачі вмирають досить часто. Причина — постійний перезапис тих самих кластерів. Рішення – переформатувати накопичувач у NTFS. Ця досить "стресостійка" файлова система записує маленькі файли в основну таблицю, а копії та розширення - в різні сектори пам'яті.

Якщо правильно використовувати функціонал ФС, можна вирішити багато проблем, пов'язані з обробкою інформації.

Файл занадто великий для кінцевої файлової системи на флешці — як виправити

Іноді, копіюючи дані на накопичувач, користувач бачить на екрані повідомлення про те, що файл занадто великий для кінцевої файлової системи. Причина помилки в тому, що дані, які копіюються на відформатований у FAT32 носій, займають більше 4 ГБ пам'яті (наприклад, відео або образ ISO розміром 5 ГБ). І навіть якщо флешка має 8 або 16 ГБ пам'яті (або більше), ця ФС обмежує розмір файлу, тому і видає повідомлення про проблему. Існує два способи вирішення помилки: переформатувати флешку в іншу файлову систему або розкласти файли на дрібніші фрагменти, які ФС дозволить без проблем записати на згадку. 

Висновок

Отже, файлова система визначає, в якому порядку та форматі зберігати інформацію на носії, та контролює цей процес. Також вона надає програмам доступ до структурованих відомостей. Короткий опис найбільш поширених ФС допоможе вам краще розібратися з проблемами, що виникають, і правильно налаштувати комп'ютерні пристрої. 

Якщо виникнуть питання, фахівці компанії «Львів Сервіс» нададуть грамотну консультацію. Допоможуть налаштувати комп'ютерне обладнання для безвідмовної роботи вашої організації.