Рано или поздно начинающий пользователь компьютера сталкивается с таким понятием, как файловая система (ФС). Как правило, впервые знакомство с данным термином происходит при форматировании носителя информации: логические диски и подключаемые носители (флешки, карты памяти, внешний жесткий диск).
Перед форматированием операционная система Windows предлагает выбрать вид файловой системы на носителе, размер кластера, способ форматирования (быстрое или полное). Давайте разберемся, что же такое файловая система и для чего она нужна?
Вся информация записывается на носитель в виде , которые должны располагаться в определенном порядке, иначе операционная система и программы не смогут оперировать с данными. Этот порядок и организует файловая система с помощью определенных алгоритмов и правил размещения файлов на носителе.
Когда программе требуется файл, записанный на диске, ей нет необходимости знать, как и где он хранится. Все, что от программы требуется – это знать имя файла, его размер и атрибуты, чтобы передать эти данные файловой системе, которая обеспечит доступ к нужному файлу. То же самое происходит и при записи данных на носитель: программа передает информацию о файле (имя, размер, атрибуты) файловой системе, которая сохраняет его по своим определенным правилам.
Для лучшего понимания представьте библиотекаря, который выдает клиенту книгу по ее названию. Или в обратном порядке: клиент сдает прочитанную книгу библиотекарю, который размещает ее обратно на хранение. Клиенту совсем нет необходимости знать, где и как хранится книга, это обязанность служащего заведения. Библиотекарь знает правила каталогизации библиотеки и согласно этим правилам разыскивает издание или размещает его обратно, т.е. выполняет свои служебные функции. В данном примере библиотека – это носитель информации, библиотекарь – файловая система, клиент – программа.
Основные функции файловой системы
Основными функциями файловой системы являются:
- размещение и упорядочивание на носителе данных в виде файлов;
- определение максимально поддерживаемого объема данных на носителе информации;
- создание, чтение и удаление файлов;
- назначение и изменение атрибутов файлов (размер, время создания и изменения, владелец и создатель файла, доступен только для чтения, скрытый файл, временный файл, архивный, исполняемый, максимальная длина имени файла и т.п.);
- определение структуры файла;
- организация каталогов для логической организации файлов;
- защита файлов при системном сбое;
- защита файлов от несанкционированного доступа и изменения их содержимого.
Информация, записываемая на жесткий диск или любой другой носитель, размещается в нем на основе кластерной организации. Кластер представляют собой своего рода ячейку определенного размера, в которую помещается весь файл или его часть.
Если файл имеет размер кластера, то он занимает только один кластер. Если размер файла превышает размер ячейки, то он размещается в нескольких ячейках-кластерах. Причем свободные кластеры могут находиться не рядом с другом, а быть разбросанными по физической поверхности диска. Такая система позволяет наиболее рационально использовать место при хранении файлов. Задача файловой системы — разложить файл при записи по свободным кластерам оптимальным образом, а также собрать его при чтении и выдать программе или операционной системе.
Виды файловых систем
В процессе эволюции компьютеров, носителей информации и операционных систем возникало и пропадало большое количество файловых систем. В процессе такого эволюционного отбора, на сегодня для работы с жесткими дисками и внешними накопителями (флешки, карты памяти, внешние винчестеры, компакт диски) в основном используются следующие виды ФС:
- FAT32
- ISO9660
Последние две системы предназначены для работы с компакт дисками. Файловые системы Ext3 и Ext4 работают с операционными системами на основе Linux. NFS Plus – это ФС для операционных систем OS X, используемых в компьютерах фирмы Apple.
Самое большое распространение получили файловые системы NTFS и FAT32 и это не удивительно, т.к. они предназначены для операционных систем Windows, под управлением которых работает подавляющее большинство компьютеров в мире.
Сейчас FAT32 активно вытесняется более продвинутой системой NTFS по причине ее большей надежности к сохранности и защите данных. К тому же последние версии ОС Windows просто не дадут себя установить, если раздел жесткого диска будет отформатирован в FAT32. Программа установки потребует отформатировать раздел в NTFS.
Файловая система NTFS поддерживает работу с дисками объемом в сотни терабайт и размером одного файла до 16 терабайт.
Файловая система FAT32 поддерживает диски до 8 терабайт и размер одного файла до 4Гб. Чаще всего данную ФС используют на флешках и картах памяти. Именно в FAT32 форматируют внешние накопители на заводе.
Однако ограничение на размер файла в 4Гб на сегодня уже является большим минусом, т.к. в связи с распространением высококачественного видео, размер файла с фильмом будет превышать это ограничение и его будет невозможно записать на носитель.
Поделиться.В случае экстренного отключения электропитания включённый персональный компьютер аварийно завершает свою работу. Если повезёт, то после восстановления электропитания компьютер вновь можно включить и он будет продолжать исправно работать. Но в 5 процентах случаев возникает проблема. Она связана с тем, что возникают ошибки в файловой системе жесткого диска. Такие ошибки приводят к тому, что при загрузке не получается выполнить считывание необходимых файлов. И, разумеется, компьютер не включается. Для устранения ошибок в файловой системе необходимо проверти её проверку на ошибки. И тут возникает проблема. Ведь проверка файловой системы на ошибки требует исправного компьютера. А такого в следствие той самой ошибки как раз таки и нет.
Поэтому, для выполнения проверки можно воспользоваться загрузочным диском или загрузочной флешкой. Т.е. это будет Live CD или по аналогии Live Flash. Но в том случае, когда под рукой есть еще один компьютер можно поступить проще. В последний раз методом «поступить проще» я и воспользовался. 1. извлек жесткий диск на котором возникла ошибка в файловой системе 2. подключил к работоспособному компьютеру в качестве второго накопителя 3. встроенными средствами Windows выполнил проверку жесткого диска 4. извлек жесткий диск после проверки 5. и возвратил его в целевой компьютер. Запуск показал что работоспособность системы восстановлена. Вот такой не сильно сложный способ проверки и восстановления файловой системы после появления в ней ошибок.
Проверка файловой системы штатными средствами — пошагово
Для выполнения проверки ФС выполняем операции: — заходим в «Компьютер» или «Мои компьютер» — смотря у кого какая версия операционной системы Windows — открывает контекстное меню диска, который Вы намерены проверить — выбираем в контекстном меню пункт «СВОЙСТВА» — в открывшемся диалоговом окне переходим на вкладку «СЕРВИС» — на открывшейся вкладке видим пункт «Проверка на наличие ошибок» и кнопку «ПРОВЕРИТЬ» — на обнаруженную кнопку и нажимаем. — появляется диалоговое окно, уточняющее согласие на проведение проверки диска — отвечаем утвердительно. (Важно обратить внимание на то, что на изображении отмечена опция «Проверять и восстанавливать повреждённые сектора»). В том случае, если эта опция выставлена, проверка будет состоять из 5-ти этапов, а не из трех. Проверка будет более длительной, но одним из элементов проверки станет поиск и ремап бэд блоков на жестком диске.
В том случае, если Вы проверяете системный диск, с которого была запущена Windows программа проверки на ошибки сообщит, что проверка в данный момент невозможна и для её выполнения необходима перезагрузка. Если вы согласитесь с перезагрузкой, то проверка будет выполнена при следующем включении компьютера. В том же случае, когда мы проверяем файловую систему на жестком диске, изъятом со стороннего неработоспособного компьютера и подключаем к своему работоспособному проверка необходимого логического диска на ошибки произойдет сразу после её запуска. Перезагрузка не понадобится. У новичков может возникнуть вопрос -» какой именно логический диск целевого жёсткого диска проверять, если логических дисков несколько?». Отвечаю — проверять необходимо тот, на который установлена операционная система. Здесь все логично. Если на целевом компьютере не происходит запуск ОС, то можно предположить неисправность ФС. Но ОС то находится на определенном логическом диске, значит, на нем то и проблемы с ФС. Сумбурно, но как то так. После проведения проверки ФС на наличие ошибок и их устранения велик шанс того, что компьютер вновь будет нормально работать. Если же его работоспособность не восстановилась, то либо ошибки в ФС диска фатальны и придется переустанавливать ОС, либо причина неработоспособности компьютера кроется в чём-то совсем другом, а не в жестком диске.
Запуск проверки жесткого диска на ошибки через командную строку
Если Вам не хочется запускать проверку диска графическими средствами ОС, то её можно запустить и средствами командной строки. Для этого — запускаем — Пуск — Выполнить — и в окне командной строки пишем команду «cmd» — выполнить. Если у Вас Windows 8.0 или Windows 8.1 то окошка «выполнить» Вам не отыскать. И окно командной строки можно запустить через сочетание горячих клавиш — «Windows + R».
Для запуска проверки введена команда — CHKDSK D: /F /R
Как видно из команды на проверку поставлен диск «D». Далее следуют команды: /F
— команда исправления ошибок на диске /R
— команда поиска повреждённых секторов и восстановления уцелевшей информации Если Вы намерены более детально изучить все возможности команды проверки диска «CHKDSK», то можно через командную строку Windows вывести параметры данной команда — для этого используем команду chkdsk /?
NTFS
и FAT32
- не единственные файловые системы, которые способна видеть и читать Windows 10. Она также поддерживает работу с устаревшей FAT
, расширенной exFAT
, новой ReFS
, виртуальной CDFS
, а также частично с используемыми в Linux
EXT2
и EXT3
. При работе с дисками, в том числе съёмными, у вас может возникнуть необходимость определить текущую файловую систему носителя или логического раздела. В Windows 10 сделать это можно разными способами.
Самый простой - это открыть свойства диска и посмотреть, что указано в параметре .
Однако подходит этот способ только для тех дисков, которые имеют букву и явно «родную» файловую систему, если же носитель или раздел будет отформатирован в EXT3 или вследствие сбоя определится как RAW , в Проводнике он будет недоступен. В этом случае для определения файловой системы следует использовать оснастку или консольную утилиту .
Нажатием Win + X откройте меню кнопки Пуск, запустите оснастку и посмотрите содержимое колонки .
В оснастке будут отображаться даже те диски и разделы, которые не имеют буквы. Другой способ посмотреть ФС носителя это воспользоваться утилитой . Откройте командную строку и выполните в ней две таких команды:
list volume
Первая команда запускает утилиту, вторая выводит список всех логических разделов. Нужную вам информацию найдёте в колонке ФС . Альтернатива - консоль . Чтобы узнать тип файловой системы для всех дисков, запустите её от имени администратора и выполните команду get-volume . Искомые значения будут перечислены в колонке FileSystemType .
Увы, у всех описанных выше способов есть общий недостаток, а именно некорректное распознавание линуксовых файловых систем CDFS и EXT2/3/4 .
Так, в нашем примере определил CDFS как Unknown (неизвестный) и оснастка управления дисками определили CDFS правильно, но не смогли распознать EXT3 , определив её как RAW , то есть как отсутствие файловой системы. Правильные результаты штатные инструменты стали показывать только после установки - утилиты и драйвера для обеспечения доступа к носителям EXT2/3/4 из-под Windows.
И раз уж речь зашла об EXT2/3/4 , заодно стоит также упомянуть о файловых системах HFS или HFS+ , используемых в маках. Будучи подключёнными к компьютеру с Windows, они также не будут определяться и, чтобы иметь возможность с ними работать, необходимо установить драйвер Paragon HFS+ либо MacDrive .
Тема таблиц разделов дисков GPT и MBR стала актуальной после распространения компьютеров и ноутбуков с предустановленной Windows 10 и 8. В этой инструкции - два способа узнать, какую таблицу разделов, GPT или MBR имеет диск (HDD или SSD) - средствами операционной системы, а также при установке Windows на компьютер (т.е. без загрузки ОС). Все способы можно использовать в Windows 10, 8 и Windows 7.
Возможно, вам также окажутся полезными материалы, имеющие отношение к конвертации диска из одной таблицы разделов в другую и решению типичных проблем, вызванных не поддерживаемой при текущей конфигурации таблицы разделов: (и наоборот), про ошибки при установке Windows: , .
Для использования этого способа вы можете либо в ОС Windows, либо нажать клавиши Shift+F10 (на некоторых ноутбуках Shift+Fn+F10) во время установки Windows с диска или флешки, чтобы открылась командная строка.
В командной строке по порядку введите команды:
- diskpart
- list disk
- exit
Обратите внимание на последний столбец в результатах выполнения команды list disk. Если там стоит отметка (звездочка), то этот диск имеет стиль разделов GPT, те диски, которые такой отметки не имеют - MBR (как правило MBR, так как могут быть и иные варианты, например, системе не удается определить, что это за диск).
Как узнать, MBR или GPT диск в Windows PowerShell
Ещё один способ - использовать Windows PowerShell и команду для получения информации о накопителях: (от Администратора или нет - не важно) и введите команду:
Get-Disk | ft -Auto
В результате в таблице вы получите сведения о дисках компьютера или ноутбука, в том числе о структуре разделов в последней колонке:
Косвенные признаки для определения структуры разделов на дисках
Ну и некоторые дополнительные, не дающие гарантий, но полезные в качестве дополнительной информации признаки, позволяющие узнать, GPT или MBR диск используется на вашем компьютере или ноутбуке.
Файловая система позволяет систематизировать программы и данные и организовать упорядоченное управление этими объектами.
На операционные системы персональных компьютеров наложила глубокий отпечаток концепция файловой системы, лежащей в основе ОС Unix. В ОС Unix подсистема ввода-вывода унифицирует способ доступа как к файлам, так и к периферийным устройствам. Под файлом при этом понимают набор данных на диске, терминале или каком-либо другом устройстве.
Файловая система — это функциональная часть операционной системы, обеспечивающая выполнение операций над файлами. Файловая система позволяет работать с файлами и директориями (каталогами) независимо от их содержимого, размера, типа и т. д.
Файловая система – это система управления данными.
Система управления данными – система, пользователи которой освобождаются от большинства операций по физическому манипулированию файлами и могут сосредоточить внимание главным образом на логических свойствах данных.
Файловые системы ОС создают для пользователей некоторое виртуальное представление внешних запоминающих устройств, позволяя работать с ними не на низком уровне команд управления физическими устройствами, а на высоком уровне наборов и структур данных.
Файловая система (назначение):
- скрывает картину реального расположения информации во внешней памяти;
- обеспечивает независимость программ от особенностей конкретной конфигурации компьютера (логический уровень работы с файлами);
- обеспечивает стандартные реакции на ошибки, возникающие при обмене данными.
Файловая структура
Вся совокупность файлов на диске и взаимосвязей между ними называется файловой структурой. Развитые операционные системы имеют иерархическую — многоуровневую файловую структуру, организованную в виде дерева.
Используется древовидная структура каталогов – дерево каталогов . Заимствована у Unix. Иерархическая структура – структура системы, части (компоненты) которой связаны отношениями включения или подчинения.
Иерархическая структура изображается ориентированным деревом, в котором вершины соответствуют компонентам, а дуги – связям.
дерево каталогов диска G
Ориентированное дерево – это граф с выделенной вершиной (корнем), в котором между корнем и любой вершиной существует единственный путь. При этом возможны два варианта ориентации: либо все пути ориентированы от корня к листьям, либо все пути ориентированы от листьев к корню.
Деревья используются при описании и проектировании иерархических структур.
Корень – начальная позиция, листья – заключительная позиция.
Разделы
Любой жесткий или магнитооптический диск в процессе форматирования можно разделить на несколько частей и работать с ними как с отдельными (самостоятельными) дисками. Эти части называются разделами или логическими дисками . Разбиение диска на несколько логических дисков может быть необходимо из-за того, что ОС не могут работать с дисками, размер которых превышает определенную величину. Очень удобно хранить данные и пользовательские программы отдельно от системных программ (ОС), ведь ОС может «слететь с компьютера».
Раздел – область диска. Под логическим диском(разделом) в компьютере понимается любой носитель информации, с которым операционная система работает как с единым целым объектом.
Имя диска – обозначение логического диска; запись в корневом каталоге.
Логические диски (разделы) обозначаются латинскими буквами A, B, C, D, E, … (32 буквы от A до Z).
Буквы A, B зарезервированы для обозначения дискет.
С – жесткий диск, обычно с которого производится загрузка ОС.
Остальные буквы – логические диски, компакт-диски и т.д. Максимальное количество логических дисков для ОС Windows – бесконечное.
В таблице разделов указывается расположение начала и конца этого раздела и число секторов в этом разделе (место и размер).
Файловая структура логического диска
Чтобы обратиться к информации на диске, находящейся в файле, надо знать физический адрес первого сектора (№ поверхности + № дорожки + № сектора), общее количество кластеров, занимаемое данным файлом, адрес следующего кластера, если размер файла больше, чем размер одного кластера
Элементы файловой структуры:
стартовый сектор (начальной загрузки, Boot-сектор);
таблица размещения файлов (FAT – File Allocation Table);
корневой каталог (Root Directory);
область данных (оставшееся свободным дисковое пространство).
Boot -сектор
Boot -сектор – первый (начальный) сектор диска. Находится на 0- стороне, 0-дорожке.
Boot-сектор содержит служебную информацию:
размер кластера диска (кластер – блок, объединяющий в группу несколько секторов для сокращения размера FAT-таблицы);
местоположение FAT-таблицы (в вoot-секторе находится указатель на то, где расположена FAT-таблица);
размер FAT-таблицы;
количество FAT-таблиц (всегда есть как минимум 2 копии таблицы для обеспечения надежности и безопасности, т.к. разрушение FAT ведет к потере информации и трудно восстанавливается);
адрес начала корневой директории и ее максимальный размер.
В вoot-секторе находится блок начальной загрузки (загрузчик) – загрузочная запись Boot Record.
Загрузчик – обслуживающая программа, которая помещает выполняемую программу в оперативную память и приводит ее в состояние готовности к исполнению.
FAT (таблица размещения файлов)
FAT (File Allocation Table) – таблица размещения файлов. В ней определено, какие участки диска относятся к каждому файлу.Область данных диска представлена в ОС как последовательность пронумерованных кластеров.
FAT – это массив элементов, адресующих кластеры области данных диска. Каждому кластеру области данных соответствует один элемент FAT. Элементы FAT служат в качестве цепочки ссылок на кластеры файла в области данных.
Структура таблицы размещения файлов:
FAT состоит из элементов длиной 16 /32/64 бита. Всего в таблице может быть до 65520 таких элементов, каждый из них (кроме первых двух) соответствует кластеру диска. Кластер является той единицей, в которой распределяется пространство в области данных на диске для файлов и каталогов. Первые два элемента таблицы (с номерами 0 и 1) зарезервированы, а каждый из остальных элементов таблицы описывает состояние кластера диска с тем же номером. Элемент может указывать, что кластер свободен, что кластер дефектный, что кластер принадлежит файлу и является последним кластером в файле. Если кластер принадлежит файлу и не является его последним кластером, то элемент таблицы содержит номер следующего кластера в этом файле.
FAT – крайне важный элемент файловой структуры. Нарушения в FAT могут привести к полной или частичной потери информации на всем логическом диске. Именно поэтому, на диске хранится две копии FAT. Существуют специальные программы, которые контролируют состояние FAT и исправляют нарушения.
Для разных ОС необходимы разные версии FAT
Windows 95 FAT 16, FAT 32
Windows NT (XP) NTFS
Novell Netware TurboFAT
UNIX NFS,ReiserFS
Логическая структура носителя информации