System plików FAT i NTFS

FAT Najprostszym systemem plików jest, używany przez DOS i Windows, system oparty na tablicy alokacji plików FAT(File Allocation Table). System ten, pierwotnie stworzony na potrzeby zapisu na dyskietkach, dzięki swojej prostocie trafił do obsługi dysków sztywnych w systemach Microsoftu. System FAT początkowo traktował jako jednostkę alokacji danych pojedynczy sektor, w wyniku czego przy 16-bitowej architekturze systemu operacyjnego umożliwiał obsługę dysków o pojemnościach nie przekraczających 32 MB. Obsługę większych pojemności umożliwiło dopiero użycie większych jednostek alokacji - klastrów. Każdy zapisany plik to trochę zmarnowanej przestrzeni, średnio połowa pojemności klastra, bo przecież długość plików jest wielkością przypadkową. Oprócz kłopotów, wywołanych przez zbyt małą liczbę dostępnych jednostek alokacji, poważną wadą systemu FAT jest silna fragmentacja plików pomiędzy wiele klastrów o bardzo różnym fizycznym położeniu na dysku. Pociąga to za sobą konieczność okresowej defragmentacji przy użyciu specjalnych narzędzi programowych, a także powoduje stosunkowo duże prawdopodobieństwo powstawania błędów zapisu, polegających na przypisaniu jednego klastra dwóm plikom (tzw. crosslink), co kończy się utratą danych z jednego lub obu „skrzyżowanych” plików.  


NTFS - Ten system plików należy do podstawowych składników bezpieczeństwa Windows NT. Partycja NTFS rozpoczyna się klasycznym sektorem inicjującym. Nie jest to, jakby sugerowała nazwa, pojedynczy sektor, ale może być to nawet 16 pierwszych sektorów (zależnie od potrzeb systemu). Po sektorze inicjującym występuje tzw. nadrzędna tabela plików (MFT – Master File Table), czyli po prostu indeks plików systemowych Oprócz zaawansowanego, elastycznego systemu bezpieczeństwa jedną z bardziej interesujących cech NTFS jest mechanizm kompresji „w locie”. Jednak w odróżnieniu od rozwiązań typu DriveSpace (dla VFAT) możemy kompresować nie tylko całe wolumeny, ale nawet w standardowo niekompresowanym wolumenie pojedyncze pliki lub katalogi. To, czy dany element ma być kompresowany ustala się za pomocą klasycznego ustalania atrybutów (w ten sam sposób jak ustala się atrybut „tylko – do – odczytu” czy też „ukryty”). Jedynym ograniczeniem kompresji NTFS jest to, że rozmiar klastra nie może być większy niż 4 KB.

Sektor i klaster dyskowy

Sektor – najmniejsza logiczna jednostka zapisu danych na dyskach twardych, dyskietkach i innych nośnikach danych naśladujących dyski. Sektor jest zapisywany i czytany zawsze w całości. Wielkość sektora wynosi 512 bajtów. Na nośnikach magnetycznych w momencie formatowania nośnika na dysku zapisywane są znaczniki początków sektorów, za którymi zapisywane są dane. Znaczniki i dane sektora poprzedzone są zapisanym sygnałem synchronizującym, a zakończone danymi umożliwiającymi rozpoznanie poprawności odczytu (CRC). W związku z upowszechnieniem się systemu plików NTFS i innych, w których jednostką alokacji plików jest 4 kB, od 2011 roku dyski komputerowe będą formatowane z użyciem sektorów o pojemności 4kB, zmiana ta ma umożliwić poprawę współpracy dysku z komputerem. Starsze wersje systemów operacyjnych mogą nie obsługiwać nowego formatu dysków. Systemy plików, z powodu ograniczeń związanych z maksymalną liczbą bloków na dysku, łączą sektory w bloki zwane klastrami.

 Klaster dyskowy - w systemie plików podstawowa jednostka przechowywania danych, składająca się z jednego lub kilku sektorów nośnika danych. Obszar jednego klastra można wypełnić danymi należącymi tylko do jednego pliku. Klastry wprowadzono, aby zwiększyć pojemność partycji dla danego systemu plików oraz w celu usprawnienia przepływu danych – większe klastry zmniejszają fragmentację i liczbę operacji dyskowych, co w rezultacie powoduje zwiększenie transferu. W niektórych systemach plików narzędzia sztucznie ograniczają maksymalną liczbę klastrów, a co za tym idzie, wielkość partycji. Przykładem może być FAT32, w którym nie jest zalecanie tworzenie partycji większych niż 32 GB, gdyż wydajność tego systemu zaczyna znacznie spadać (według twórcy, czyli Microsoftu).

Katalog

Katalog – logiczna struktura organizacji danych na nośnikach danych. Katalog może zawierać pliki i kolejne katalogi. Można powiedzieć, że katalog to pojemnik na pliki (lub inne katalogi), pozwalający je katalogować, zamiast składować bezpośrednio w katalogu głównym systemu plików.


 Różnica między katalogiem a folderem: Katalog jest nieodłącznie związany z systemem plików i jest on fizycznie przechowywany na dysku. Folder natomiast może być wirtualny i istnieć tylko w obrębie danego systemu operacyjnego. Przykładami folderów w systemie Windows są okno Mój komputer czy Panel sterowania, które jednak nie istnieją na dysku, lecz jedynie w systemowym rejestrze. Ponadto jeden plik może być przechowywany tylko w jednym katalogu, ale już w kilku różnych folderach jednocześnie.
Czasami nazwą folder lub katalog jest określany pojedynczy plik zawierający inne pliki, w szczególności wiadomości internetowe (poczty elektronicznej lub grup dyskusyjnych).
Foldery umożliwiają uporządkowanie informacji zapisanych w plikach na dysku, ich tematyczne pogrupowanie oraz oddzielenie plików powstałych w różnych aplikacjach.

Plik i rozszerzenia

Plik– uporządkowany zbiór danych o skończonej długości, posiadający szereg atrybutów i stanowiący dla użytkownika systemu operacyjnego całość. Nazwa pliku nie jest częścią tego pliku, lecz jest przechowywana w systemie plików.  

Rozszerzenie pliku - sposób oznaczania typu pliku za pomocą krótkiego ciągu znaków, występującego po kropce. W systemie DOS rozszerzenie jest stałym elementem nazewnictwa plików – zaimplementowanym w systemie plików. Systemy Uniksowe nie posługują się mechanizmem rozszerzeń plików w taki sposób. Ponieważ nazwa pliku może zawierać dowolne znaki, czyli także kropki, rozszerzenie jest tu jedynie częścią nazwy pliku. Część ta nie jest ani obowiązkowa, ani nie musi mieć określonej długości. Rozszerzenia służą tu raczej informowaniu użytkownika niż programów i nie są tak istotne jak na systemach opartych na DOS – nie wymagają rozszerzeń.

Najpopularniejsze rozszerzenia plików w systemie Windows

 Pliki archiwów ZIP, RAR
Pliki audio WAV, MP3, Ogg
Pliki tekstowe TXT, DOC, RTF
Pliki graficzne JPEG, GIF, BMP
Pliki wideo AVI, MPEG

Systemy plików

Każdy system operacyjny jest wyposażony w moduł obsługujący system plików. System plików to struktura danych umieszczonych na dysku, która pomaga logicznie uporządkować dane, dzieląc je na pliki i grupując w folderach (katalogach, teczkach).

  Rodzaje systemów plików: - dyskowy system plików (każdy system operacyjny posiada swój własny system plików), - systemy księgujące (systemy z mechanizmem księgującym zwiększającym bezpieczeństwo danych), - sieciowy system plików (jest to protokół umożliwiający przesyłanie poleceń do serwera przez sieć oraz wykonywanie operacji na odległość), - specjalne systemy plików (wirtualne systemy plików – nie umożliwiają zarządzania danymi), - systemy baz danych (systemy plików, w których pliki są identyfikowane na podstawie swojej charakterystyki jak w bazach danych)

. Popularne systemy plików Windows: - FAT 32 (maksymalny rozmiar partycji 32 GB, maksymalny rozmiar pliku 4 GB, kompatybilność z wcześniejszymi systemami Windows), - NTFS (maksymalny rozmiar partycji 256 TB, maksymalny rozmiar pliku 16 EB, szyfrowanie plików i katalogów, kompresja danych "w locie", prawa dostępu dla grup i użytkowników, transakcyjność - od Windows Vista).

 Popularne systemy plików Linux: - Ext3 (tryby księgowania, kompatybilność z systemami wstecz), - Ext4 (obsługa woluminów do 1PB, rezerwacja obszarów dla nowych plików – obniżenie ryzyka fragmentacji danych).  

Popularne systemy plików Apple Mac OS X: - HFS / HFS+ / HFSX (system stosowany również w urządzeniach przenośnych firmy Apple: iPhone, iPad).