Sektory i jednostki alokacji
Podstawowymi terminami opisującymi dyski twarde są sektory i jednostki alokacji. Dane na każdym dysku twardym zapisywane są w sektorach, po 512 bajtów każdy. Skoro rozmiary dysków przekraczają 100 GB, to na tak dużym dysku utworzonych jest około 210 milionów sektorów. Numerowanie i śledzenie tak dużej liczby sektorów może być dla systemu plików zadaniem przekraczającym jego możliwości. W celu poprawienia wydajności pracy dysku twardego, sektory zostały połączone w grupy zwane jednostkami alokacji (ang. Clusters).
Rozmiar jednostki alokacji jest równy liczbie sektorów w tej jednostce. Ponieważ jeśli plik nie zapełni całkowicie jednej lub kilku jednostek alokacji, to pozostała część powierzchni dyskowej jest tracona, to najefektywniejsze jest utworzenie jednostek alokacji o rozmiarze jednego sektora. Stopień wykorzystania dysku maleje wraz ze wzrostem rozmiaru jednostki alokacji. Z drugiej strony zwiększenie jednostki alokacji poprawia wydajność pracy dysku twardego.
FAT
Standardowy system plików FAT wykorzystuje adresowanie 16-bitowe, czyli możliwe jest zaadresowanie maksymalnie 65 535 jednostek alokacji. Rozmiar jednostki alokacji jest stały i zostaje określony na podstawie wielkości dysku podczas jego formatowania.
System FAT cechuje:
- maksymalny rozmiar partycji dysku mniejszy niż 2 GB.
- kompatybilność ze starszymi systemami operacyjnymi firmy Microsoft.
- maksymalny rozmiar jednostki alokacji mniejszy niż 64 KB.
Chociaż wielkość dysku FAT w systemie Windows XP może przekroczyć 2 GB, to ponieważ rozmiar jednostki alokacji tego dysku będzie większy niż 32 KB, systemy DOS i Windows 95 nie będą miały do niego dostępu.
FAT32
Microsoft wprowadził system plików FAT32 w Windows 95 OSR2. System ten wykorzystuje trzydziestodwubitową tablicę FAT powiększając maksymalny rozmiar dysku do około 4 GB. Wcześniejsze wersje systemów operacyjnych firmy Microsoft nie są w stanie odczytać danych zapisanych na tak sformatowanym dysku. Chociaż teoretycznie górny rozmiaru woluminu FAT32 wynosi 8 TB, praktyczne maksymalny rozmiar woluminu FAT32 dla Windows XP wynosi 32 GB, co umożliwia zapis całej tablicy FAT w pamięci podręcznej i poprawę wydajność dysku twardego.
System FAT32 cechuje:
- maksymalny rozmiar partycji dysku mniejszy niż 32 GB.
- mniejszy rozmiar tworzonych jednostek alokacji.
- rozmiar jednostki alokacji większy niż 4 KB i mniejszy niż 32 KB.
NTFS
W systemie plików NT zastosowano adresowanie 64-bitowe, co teoretyczny umożliwia utworzenie dysku o wielkości około 16 eksabajtów, ale w praktyce stosuje się ograniczenie maksymalnego rozmiaru woluminu do 2 TB.
System NTFS cechuje:
- maksymalny rozmiar partycji dysku przekraczający 32 GB.
- odporność na błędy. System Windows XP jest w stanie wykryć uszkodzone sektory, przenieść dane w inny obszar dysku i oznaczyć te sektory jako uszkodzone, co spowoduje, że nie będą dłużej używane.
- zwiększone bezpieczeństwo. Dzięki nadawaniu praw do plików oraz folderów oraz dzięki możliwości zaszyfrowania danych przechowywanych na dyskach NTFS za pomocą mechanizmu EFS (ang. Encrypting File System) informacje są chronione przed dostępem niepowołanych osób.
- zarządzanie wolnym miejscem. Na dyskach NTFS można zakładać limity ograniczające maksymalną ilość przechowywanych przez danego użytkownika danych.
- epsze wykorzystanie przestrzeni dysku. Jednostki alokacji na dysku tej samej wielkości sformatowanym w systemie NTFS są średnio cztery razy mniejsze niż w przypadku sformatowania dysku w systemie FAT32.
Czym jest system plików NT?
Podstawową funkcją systemu plików jest lokalizacja plików. Wraz z systemem DOS pojawiła się tablica alokacji plików — FAT, która określa strukturę plików i ich rozmieszczenie na dysku. Tablicę FAT można sobie wyobrazić jako mapę wskazującą, które jednostki alokacji są w użyciu, a które nie i w której jednostce alokacji zapisany jest dany plik.
NTFS prezentuje całkowicie odmienne rozwiązanie, oparte na hierarchicznej bazie danych, tzw. główną tablicę plików (ang. Master File Table — MFT). Pliki i foldery są reprezentowane w MFT przez rekordy zawierające komplet informacji o każdym pliku. Ponieważ MFT jest raczej bazą danych, a nie prostą mapą jednostki alokacji, zapisane w niej jest więcej informacji niż w tablicy FAT (np. dane o prawach poszczególnych użytkowników do pliku).
MFT składa się z rekordów o stałej długości 1 KB, zapisanych w postaci tablicy. W każdym rekordzie zapisany jest zestaw atrybutów, które wzięte razem, jednoznacznie identyfikują położenie i zawartość odpowiadających im plików lub folderów.
Konwersja systemu plików
Podczas instalacji systemu mamy możliwość wyboru systemu plików dla poszczególnych dysków komputera. Jeżeli którykolwiek z dysków (w tym dyski: rozruchowy i systemowy) zostały sformatowane w systemie FAT lub FAT32, można je skonwertować do systemu NTFS.
Operacja odwrotna jest niemożliwa. Jedynym sposobem przywrócenia stanu poprzedniego jest ponowne sformatowanie dysku i odtworzenie danych z kopii zapasowej. Przed konwersją koniecznie trzeba wykonać archiwizację systemu, ponieważ system może pracować niestabilnie lub nie wystartować ponownie.
Konwersji dokonuje się uruchamiając program Convert z wiersza poleceń. Aby skonwertować dysk sformatowany w systemie FAT lub FAT32 do systemu NTFS:
- Z menu Start wybierz polecenie Uruchom...
- W polu Otwórz wpisz cmd i naciśnij Enter. Zostanie wywołany wiersz polecenia.
- Wpisz polecenie convert litera_dysku: /fs:ntfs i naciśnij klawisz Enter.
Jeżeli konwertujesz dysk rozruchowy, zostanie wyświetlony komunikat informujący o tym, że konwersja wymaga wyłącznego dostępu do dysku i zostanie przeprowadzona podczas pierwszego restartu systemu.
- Uruchom ponownie komputer.
Aby wyświetlić pomoc kontekstową programu Convert, wystarczy wpisać Convert /?. Wykonanie polecenia pokazanego w dolnym wierszu spowodowałoby skonwertowanie dysku E
Algorytm konwersji NTFS
Algorytm używany do konwersji woluminów FAT lub FAT32 do NTFS jest zaprojektowany tak, by zachowywał integralność FAT, aż do zakończenia konwersji. Wszystkie pomocnicze dane tymczasowe są zapisywane w wolnym obszarze woluminu. Rekordy metadanych MFT również zapisywane są w wolnym obszarze dysku. Jedyną przyczyną awarii systemu przy ponownym uruchomieniu może być uszkodzenie sektora startowego. W tym przypadku pozostaje nam uruchomić system z instalacyjnej płyty CD i spróbować przywrócić sprawność systemu poprzez wybranie opcji Napraw.
Microsoft podaje, że do przeprowadzenia konwersji potrzeba jest przynajmniej 5% wolnego miejsca na wybranym dysku. Z doświadczenia autora wynika, że ilość wolnego miejsca nie powinna być mniejsza niż 10% powierzchni dysku. ;