Файлова система - це ... Файлові системи: що таке FAT і NTFS. Файлова система Android

Файли на комп'ютері створюються і розміщуються на базі системних принципів. Завдяки їх реалізації, користувач отримує можливість комфортно звертатися до потрібної інформації, не замислюючись про складні алгоритмах доступу до неї. Яким чином організована робота файлових систем? Які з них найпопулярніші сьогодні? Які відмінності між файловими системами, адаптованими для ПК? І тими, що використовуються в мобільних пристроях - смартфонах або планшетах?

Файлові системи: визначення

Згідно з поширеним визначенням, файлова система - це сукупність алгоритмів і стандартів, задействуемих з метою організації ефективного доступу користувача ПК до даними, розміщеними на комп'ютері. Деякі фахівці вважають її частиною операційної системи. Інші IT-експерти, визнаючи той факт, що вона безпосередньо пов'язана з ОС, вважають, що файлова система - незалежний компонент управління комп'ютерними даними.

Файлова система це

Яким чином використовувалися комп'ютери до того, як була винайдена файлова система? Інформатика - як наукова дисципліна - зафіксувала той факт, що довгий час керування даними здійснювалося за допомогою структурування в рамках алгоритмів, закладених в конкретних програмах. Таким чином, один з критеріїв файлової системи - це наявність стандартів, однакових для більшості програм, що використовують доступ до даних.

Принципи роботи файлових систем

Файлова система - це, насамперед, механізм, який передбачає задіяння апаратних ресурсів комп'ютера. Як правило, мова тут йде про магнітні або лазерних носіях - жорстких дисках, CD, DVD, флешках, що ще не встигли застаріти дискетах. Для того щоб зрозуміти, як відповідна система працює, визначимося з тим, що ж таке власне сам файл.

Згідно загальноприйнятій в середовищі IT-експертів визначенням, це область даних фіксованої величини, що виражається в базових одиницях виміру інформації - байтах. Розташовується файл на дисковому носії, як правило, у вигляді кількох пов'язаних між собою блоків, що мають конкретний "адреса" доступу. Файлова система визначає ці самі координати і "повідомляє" їх, у свою чергу, ОС. Яка зрозумілим чином транслює відповідні дані користувачеві. Відбувається звернення до даних з метою зчитування їх, модифікування, створення нових. Конкретний алгоритм роботи з "координатами" файлів може бути різним. Він залежить від типу комп'ютера, ОС, специфіки збережених даних та інших умов. Тому, є різні види файлових систем. Кожна з них оптимізована для використання в конкретній ОС або для роботи з певними типами даних.

Адаптування дискового носія до використання за допомогою алгоритмів конкретної файлової системи називається форматуванням. Відповідні апаратні елементи диска - кластери - підготовляються до подальшого запису на них файлів, а також читання їх у відповідності зі стандартами, закладеними в тій чи іншій системі управління даними. Як поміняти файлову систему? У більшості випадків це можна зробити, тільки переформатувавши носій даних. Як правило, файли при цьому стираються. Однак є варіант, при якому, задіюючи спеціальні програми, все ж можна, хоча це, як правило, вимагає великої кількості часу, поміняти систему управління даними, залишивши останні недоторканими.

Файлові системи працюють не без помилок. Можливі деякі збої в організації роботи з блоками даних. Але вони в більшості випадків не критичні. Як правило, немає проблем з тим, як виправити файлову систему, усунути помилки. В ОС Windows для цього, зокрема, передбачені вбудовані програмні рішення, доступні для будь-якого користувача. Такі як, наприклад, програма "Перевірка диска".

Різновиди

Які види файлових систем можна назвати найпоширенішими? Ймовірно, в першу чергу ті, що використовуються найпопулярнішою ОС для ПК у світі - Windows. Основні файлові системи Windows - це FAT, FAT32, NTFS і їх різні модифікації. Поряд з комп'ютерами популярність здобули смартфони і планшети. Більшість з них, якщо говорити про глобальний ринок і не розглядати відмінності в технологічних платформах, управляється ОС Android і iOS. Ці ОС задіють свої алгоритми роботи з даними, відмінні від тих, якими характеризуються файлові системи Windows.

Стандарти, відкриті для всіх

Відзначимо, що останнім часом на світовому ринку електроніки спостерігається деяка уніфікація стандартів в аспекті роботи ОС з різними типами даних. Це простежується у двох аспектах. По-перше, на різних пристроях під управлінням двох несхожих типів ОС часто використовується одна і та ж файлова система, однаковою мірою сумісна з кожної ОС. По-друге, сучасні версії ОС, як правило, здатні розпізнавати не тільки типові для себе файлові системи, а й ті, що традиційно використовуються в інших ОС - як за допомогою вбудованих алгоритмів, так і за допомогою стороннього програмного забезпечення. Наприклад, сучасні версії Linux, як правило, без проблем розпізнають відмічені файлові системи для Windows.

Структура файлової системи

Незважаючи на те що види файлових систем представлені в досить великій кількості, працюють вони в цілому по дуже схожим принципам (загальну схему ми виклали вище) і в рамках східних структурних елементів або об'єктів. Розглянемо їх. Які основні об'єкти файлової системи?

Один з ключових - це каталог. Він являє собою ізольовану область даних, в якій можуть розміщуватися файли. Структура каталогів - ієрархічна. Що це означає? Один або кілька каталогів можуть розміщуватися в іншому. Який, у свою чергу, входить до складу "вищестоящого". "Найголовнішим" вважається кореневої каталог. Якщо говорити про принципи, на базі яких працює файлова система Windows - 7, 8, XP або ж іншою версією, - кореневим каталогом вважається логічний диск, що позначається буквою - як правило, C, D, E (але можна налаштувати будь-яку, що є в англійському алфавіті). Що стосується, наприклад, ОС Linux, то там кореневим каталогом виступає магнітний носій в цілому. В цій операційній системі та інших ОС, заснованих на її принципах - до таких належить Android - логічні диски не використовуються. Чи можна зберігати файли без каталогів? Так. Але це не дуже зручно. Власне, комфорт в користуванні ПК - одна з причин впровадження в файлових системах принципу розподілу даних по каталогах. Називатися, до речі, вони можуть по-різному. У Windows каталоги іменуються папками, в Linux - в основному так само. Але традиційне, що використовується протягом багатьох років назва каталогів в цій ОС - "директорії". Як і в попередніх Windows і Linux ОС - DOS, Unix.

Об'єкти файлової системи

У середовищі IT-фахівців немає однозначної думки щодо того, чи вважати файл структурним елементом відповідної системи. Ті, хто вважає, що це не зовсім коректно, аргументують свою точку зору тим, що система цілком може існувати і без файлів. Нехай це з практичної точки зору і марне явище. Навіть якщо на диску ніяких файл не записано, відповідна система все одно може бути присутнім. Як правило, магнітні носії, що продаються в магазинах, не містять будь-яких файлів. Але на них вже присутня відповідна система. Відповідно до іншої точки зору, файли потрібно вважати невід'ємною складовою систем, якими вони керуються. Чому? А тому, що, як вважають експерти, алгоритми їх задіяння адаптовані насамперед під роботу саме з файлами в рамках тих чи інших стандартів. Ні для чого іншого розглядаються системи не призначені.

Ще один елемент, присутній в більшості файлових систем - це ярлик. Він являє собою область даних, що містять відомості про розміщення конкретного файлу в певному місці. Тобто розмістити ярлик можна в одному місці диска, проте при цьому можливе забезпечення доступу до потрібної області даних, яка розташовується в іншій частині носія. Вважати, що ярлики - це повноцінні об'єкти файлової системи, можна, якщо умовитися, що такими є також і файли.

Так чи інакше не буде помилкою сказати, що всі три типи даних - файли, ярлики і каталоги - є елементами відповідних систем. Принаймні, ця теза буде відповідати одній з поширених точок зору. Найважливіший аспект, що характеризує те, як працює файлова система - це принципи іменування файлів і каталогів.

Імена файлів і каталогів в різних системах

Якщо домовитися, що файли - це все ж складові елементи відповідних їм систем, то варто розглянути їх базову структуру. Що можна відзначити в першу чергу? Для зручності організації доступу до них в більшості сучасних систем управління даними передбачена дворівнева структура іменування файлів. Перший рівень - це назва. Другий - розширення. Візьмемо для прикладу музичний файл Dance.mp3. Dance - це назва. Mp3 - розширення. Перше покликане розкривати для користувача суть змісту файлу (а для програми бути орієнтиром для швидкого доступу). Друге позначає тип файлу. Якщо він Mp3, то неважко здогадатися, що мова йде про музику. Файли з розширенням Doc - це, як правило, документи, Jpg - картинки, Html - веб-сторінки.

Види файлових систем

Каталоги, в свою чергу, мають однорівневу структуру. У них є тільки назва, розширення немає. Якщо говорити про відмінності між різними видами систем управління даними, то перше, на що слід звернути увагу - це як раз-таки реалізовані в них принципи іменування файлів і каталогів. Відносно ОС Windows специфіка наступна. У найпопулярнішою в світі операційною системою файли можуть мати назву на будь-якій мові. Максимальна довжина, правда, при цьому обмежена. Конкретний її інтервал залежить від використовуваної системи управління даними. Зазвичай це значення в межах 200-260 символів.

Загальне правило для всіх ОС і відповідних їм систем управління даними - в одному каталозі не можуть знаходитися файли з однаковими найменуваннями. В Linux при цьому присутня якась "лібералізація" цього правила. В одному каталозі можуть бути файли з однаковими буквами, але в різному регістрі. Наприклад, Dance.mp3 і DANCE.mp3. В ОС Windows це неможливо. Ці ж правила встановлені також і в аспекті розміщення каталогів усередині інших.

Адресація файлів і каталогів

Адресація файлів і каталогів - найважливіший елемент відповідної системи. В ОС Windows її користувальницький формат може виглядати так: C: / Documents / Music / - це доступ до каталогу Music. Якщо нас цікавить якийсь конкретний файл, то адреса може виглядати так: C: /Documents/Music/Dance.mp3. Чому "користувальницький"? Справа в тому, що на рівні програмно-апаратного взаємодії компонентів комп'ютера структура доступу до файлів набагато складніша. Файлова система визначає місце розташування файлових блоків і взаємодіє з ОС здебільшого в рамках прихованих від користувача операцій. Однак у користувача ПК вкрай рідко виникає необхідність користуватися іншими форматами "адрес". Практично завжди доступ до файлів здійснюється в зазначеному стандарті.

Порівняння файлових систем для Windows

Ми вивчили загальні принципи функціонування файлових систем. Розглянемо тепер особливості найпоширеніших їх видів. У Windows найчастіше використовуються такі файлові системи, як FAT, FAT32, NTFS, а також exFAT. Перша в цьому ряду вважається застарілою. Вона, разом з тим, довгий час була таким собі флагманом індустрії, але у міру зростання технологічності ПК її можливості перестали задовольняти запитам користувачів і потребам в ресурсах з боку програмного забезпечення.

Файлова система визначає

Покликана замінити FAT файлова система - це FAT32. Як вважають багато IT-експерти, зараз вона найпопулярніша, якщо говорити про ринок ПК під управлінням Windows. Вона найчастіше використовується при зберіганні файлів на жорстких дисках і флешках. Також можна відзначити, що ця система управління даними досить регулярно використовується в модулях пам'яті різних цифрових пристроїв - телефонах, фотоапаратах. Основна перевага FAT32, яке виділяють IT-експерти, таким чином, це універсальність. Незважаючи на те що створена була дана файлова система компанією Microsoft, працювати з даними в рамках закладених в ній алгоритмів можуть більшість сучасних ОС, включаючи ті, що інстальовані на зазначені типи цифрової техніки.

Є у системи FAT32 і ряд недоліків. Насамперед можна відзначити обмеження на розмір одного взятого файлу - він не може бути більше 4 Гб. Також у системі FAT32 не можна вбудованими засобами Windows задати логічний диск, розмір якого був би більше 32 Гб. Але це можна зробити, встановивши додаткове спеціалізоване ПЗ.

Інша популярна система управління файлами, що розроблена Microsoft - це NTFS. Як вважають деякі IT-експерти, за більшістю параметрів вона перевершує FAT32. Але ця теза справедлива, якщо мова йде про роботу комп'ютера під управлінням Windows. NTFS не настільки універсальна, як FAT32. Особливості її функціонування роблять використання даної файлової системи не завжди комфортним, зокрема, в мобільних пристроях. Одне з ключових переваг NFTS - надійність. Наприклад, у тих випадках, коли у жорсткого диска раптово відключається живлення, ймовірність того, що файли ушкодяться, зводиться до мінімуму, завдяки передбаченим у NTFS алгоритмам дублювання доступу до даних.

Одна з новітніх файлових систем від Microsoft - exFAT. Найкращим чином вона адаптована для флешок. Базові принципи роботи в ній ті ж, що і в FAT32, але присутній також і значуща модернізація в деяких аспектах: наприклад, немає ніяких обмежень за розміром одиничного файлу. Разом з тим система exFAT, як відзначають багато IT-експерти, в числі тих, що мають низьку універсальністю. На комп'ютерах під управлінням ОС, відмінних від Windows, робота з файлами при використанні exFAT може бути утруднена. Більше того, навіть в деяких версіях самої Windows, таких як XP, дані на дисках, відформатованих за алгоритмами exFAT, можуть не читатися. Потрібно установка додаткового драйвера.

Відзначимо, що з причини задіяння достатньо широкого спектра файлових систем в ОС Windows у користувача можуть виникати періодичні складності в аспекті сумісності різних пристроїв з комп'ютером. У ряді випадків, наприклад, потрібно встановити драйвер файлової системи WPD (Windows Portable Devices - технології, яка використовується при роботі з переносними пристроями). Іноді його може не виявитися під рукою у користувача, внаслідок чого зовнішній носій ОС може не розпізнати. Файлова система WPD може зажадати додаткових програмних засобів адаптації до операційному середовищі на конкретному комп'ютері. У ряді випадків користувач буде змушений звертатися до IT-фахівцям для вирішення проблеми.

Як визначити, яка саме файлова система - exFAT або NTFS, а може бути, FAT32 - оптимальна для використання в конкретних випадках? Рекомендації IT-фахівців в цілому наступні. Можна задіяти два основні підходи. Відповідно до першого слід розмежовувати типові файлові системи жорстких дисків, а також ті, що краще адаптовані до флеш-накопичувачів. FAT і FAT32, як вважають багато фахівців, краще підходять для "флешок", NTFS - для вінчестерів (в силу технологічних особливостей роботи з даними).

В рамках другого підходу значення має величина носія. Якщо мова йде про використання порівняно невеликого обсягу диска або флешки, відформатувати їх можна в системі FAT32. Якщо диск більшого розміру, то можна спробувати exFAT. Але тільки в тому випадку, якщо не передбачається використання носіїв на інших комп'ютерах, особливо тих, де стоять не самі свіжі версії Windows. Якщо мова йде про великих жорстких дисках, в тому числі і зовнішніх, то їх доцільно форматувати в NTFS. Приблизно такі критерії, за якими може бути обрана оптимальна файлова система - exFAT або NTFS, FAT32. Тобто використовувати будь-яку з них слід, враховуючи розмір носія, його тип, а також версію ОС, на якому накопичувач переважно використовується.

Файлові системи для Mac

Інша популярна програмно-апаратна платформа на світовому ринку комп'ютерної техніки - Macintosh від Apple. ПК даної лінійки працюють під управлінням операційної системи Mac OS. Які особливості організації роботи з файлами в комп'ютерах Mac? У найсучасніших ПК від Apple використовує файлову систему Mac OS Extended. Раніше в комп'ютерах Mac робота з даними управлялася відповідно до стандартів HFS.

Файлова система Mac OS

Головне, що можна відзначити в аспекті її характеристик: на диску, яким управляє файлова система Mac OS Extended, можуть розміщуватися файли дуже великого обсягу - мова може йти про кілька мільйонів терабайт.

Файлова система в Android-пристроях

Найпопулярніша ОС для мобільних пристроїв - вигляді електронної техніки, яка не поступається за популярністю ПК, - це Android. Яким чином здійснюється управління файлами на девайсах відповідного типу? Зазначимо передусім, що дана операційна система - фактично "мобільна" адаптація ОС Linux, яка, завдяки відкритому програмному коду, може бути модифікована з перспективою використання на самому широкому спектрі пристроїв. Тому управління файлами в мобільних девайсах під управлінням Android здійснюється в цілому за тими ж принципами, що і в Linux. Деякі з них ми зазначили вище. Зокрема, управління файлами в Linux здійснюється без поділу носія на логічні диски, як це відбувається в Windows. Що ще цікавого містить в собі файлова система Android?

Файлова система Android

Кореневим каталогом в Android, як правило, виступає область даних, іменована / mnt. Відповідно, адресу потрібного файлу може виглядати приблизно так: /mnt/sd/photo.jpg. Крім того, є ще одна особливість системи управління даними, що реалізована в даній мобільної ОС. Справа в тому, що флеш-пам'ять девайса, як правило, класифікована на кілька розділів, таких як, наприклад, System або Data. При цьому, спочатку заданий розмір кожного з них змінити не можна. Приблизну аналогію стосовно даного технологічного аспекту можна виявити, згадавши, що не можна (якщо не використовувати спеціального ПЗ) міняти розмір логічних дисків в Windows. Він повинен бути фіксованим.

Ще одна цікава особливість організації роботи з файлами в Android - відповідна операційна система, як правило, записує нові дані в конкретну область диска - Data. Робота, наприклад, з розділом System при цьому не здійснюється. Тому, коли користувач задіє функцію скидання програмних налаштувань смартфона або планшета до рівня "заводських", то на практиці це означає, що ті файли, що записані в область Data, попросту стираються. Розділ System ж, як правило, залишається незмінним. Більш того, будь-які коригування вмісту в System користувач, не володіючи спеціалізованим ПЗ, здійснювати не може. Процедура, пов'язана з оновленням системної області носія в Android-пристрої, називається перепрошивкой. Це не форматування, хоча обидві операції часто здійснюються одночасно. Як правило, перепрошивка застосовується з метою встановлення на мобільний пристрій більш нової версії ОС Android.

Файлова система exFAT або NTFS

Таким чином, ключові принципи, на базі яких працює файлова система Android - відсутність логічних дисків, а також жорстке розмежування доступу до системних і призначених для користувача даних. Не можна сказати, що даний підхід принципово відрізняється від того, що реалізований в Windows, проте, як вважають багато IT-експерти, в ОС від Microsoft для користувачів присутня дещо більша свобода в роботі з файлами. Втім, як вважають деякі фахівці, це не можна вважати однозначним перевагою Windows. "Ліберальний" режим в аспекті управління файлами задіють, звичайно ж, не тільки користувачі, але й комп'ютерні віруси, до яких Windows дуже сприйнятлива (на відміну від Linux і її "мобільного" реалізації у вигляді Android). У цьому, як вважають експерти, полягає одна з причин того, що вірусів для Android-пристроїв настільки небагато - чисто з технологічної точки зору вони не можуть повною мірою функціонувати в операційному середовищі, що працює за принципами суворого контролю доступу до файлів.