Сравнительный анализ файловых систем FAT 16 и FAT 32, достоинства и недостатки

Тип работы: Курсовая работа
Бесплатно: Антиплагиат
Объем: 22 страниц
В избранное:

Министерство образования и науки Республики Казахстан
Казахский Экономический Университет
им. Турара Рыскулова

Курсовая работа
по предмету
Операционные Системы
на тему:
Сравнительный анализ файловых систем FAT 16 и FAT 32, достоинства и
недостатки

Факультет:
Инженерно-Экономический
Группа: 209 ВтиПО
Студент: Абулов Нуратдин

г.Алматы 2007г

ВВЕДЕНИЕ 3
Файловые системы FAT и FAT32 4
Файловая система FAT 16 6
Файловая система FAT 32 7
Физическая организация FAT 16
Преимущества FAT16 23
Недостатки FAT16 23
Преимущества FAT32 24
Недостатки FAT32 24
ЗАКЛЮЧЕНИЕ 25
ЛИТЕРАТУРА 26

ВВЕДЕНИЕ

Когда FAT был изобретен, это было превосходное решение для дискового
управления, главным образом потому что гибкие диски, на которых он
использовался редко были большими, чем несколько Mb. FAT был достаточно
мал, чтобы находиться в памяти постоянно, позволял обеспечивать очень
быстрый произвольный доступ к любой части любого файла. Когда FAT был
применен на жестких дисках, он стал слишком большим для резидентного
нахождения в памяти и ухудшилась производительность системы. Кроме того,
так как информация относительно свободного дискового пространства
рассредотачивалась "поперек" большого количества секторов FAT, он был
непрактичен при распределении файлового пространства, и фрагментация файла
стала препятствием высокой эффективности.
Так называемая файловая система FAT использовалась во всех версиях
МСДОС и в первых двух выпусках OS2 (версии 1.0 и 1.1), имеет двойное
наследие. Каждый логический том имеет собственный FAT, который выполняет
две важные функции: содержит информацию распределения для каждого файла в
томе в форме списка связей модулей распределения (кластеров) и указывает,
какие модули распределения свободны.

Файловые системы FAT и FAT32

FAT (чаще всего в главе подразумевается FAT 16) представляет собой
простую файловую систему, разработанную для небольших дисков и простых
структур каталогов. Ее название происходит от названия метода, применяемого
для организации файлов — таблица размещения файлов (File Allocation Table,
FAT). Эта таблица размещается в начале тома. В целях защиты тома на нем
хранятся две копии FAT. В случае повреждения первой копии FAT дисковые
утилиты (например, Scandisk) могут воспользоваться второй копией для
восстановления тома. Таблица размещения файлов и корневой каталог должны
располагаться по строго фиксированным адресам, чтобы файлы, необходимые для
запуска системы, были размещены корректно.

По принципу построения FAT похожа на оглавление книги, т. к.
операционная система использует ее для поиска файла и определения
кластеров, которые этот файл занимает на жестком диске. Изначально компания
Microsoft разработала FAT для управления файлами на дискетах, и только
затем приняла ее в качестве стандарта для управления дисками в MS-DOS.
Сначала для дискет и небольших жестких дисков (менее 16 Мбайт)
использовалась 12-разрядная версия FAT (так называемая FAT12). В MS-DOS v.
3.0 была введена 16-разрядная версия PAT для более крупных дисков. К
настоящему моменту FAT 12 применяется на носителях очень малого объема (или
на очень старых дисках). Например, все 3,5-дюймовые дискеты емкостью 1,44
Мбайт форматируются для FAT16, а все 5,25-дюймовые — для FAT12.

Том, отформатированный под FAT12 и FAT16, размечается по кластерам.
Стандартный размер кластера, устанавливаемый по умолчанию, определяется
размером тома (более подробная информация о размерах кластеров приведена
далее в этой главе). Таблица расположения файлов и ее резервная копия
содержат следующую информацию о каждом кластере тома:

В настоящее время существует множество файловых систем. Для начала
необходимо разобраться, что же такое файловая система? И что же такое
файл? Файловая система – это способ организации файлов на диске.
Наиболее распространены такие файловые системы, как FAT, FAT32, NTFS,
Linux Ext2, Linux Swap. Каждая операционная система (далее ОС)
использует свою файловую систему. Например, для Linux это Linux Ext2 и
Linux Swap, для DOS, Windows 9598ME, Windows NT2000XP – FAT, для
Windows 95 OEM release 298MENT2000XP – FAT32 и для Windows
NT2000XP – NTFS.

В файловых системах FAT, FAT32, NTFS файлы хранятся в, так называемых,
кластерах. Кластер – это минимальная единица распределения в файловых
системах FAT, FAT32, NTFS. Один кластер состоит из фиксированного числа
дисковых секторов. Причем, при помощи специальных утилит размер кластера
можно задавать самому. Кластер не может быть по размеру меньше, чем один
дисковый сектор (в большинстве современных винчестеров - 512 байт).

Если провести обзор файловых систем, то можно выяснить их плюсы
минусы. Поэтому целью этой курсовой работы будет являться выявление
плюсов и минусов файловых систем, а также сравнение их возможностей и
показателей производительности. В качестве задачи этого курсового
проекта можно рассматривать советы по установки оптимальной файловой
системы на компьютер.

Файловая система FAT 16

Файловая система FAT (File Allocation Table) использовалась во всех
версиях ОС Ms-DOS, а также в OS2 (в версиях 1.0 и 1.1) и первых релизах
Windows 95. Указанная файловая система вполне удовлетворяла требованиям
своего времени в основном благодаря тому, что сама по себе очень
компактна и проста. Благодаря этому она с лекгостью использовалась на
гибких носителях. Для хранения файла в FAT может использоваться один или
несколько кластеров. Каждому кластеру диска в таблице FAT соответствует
отдельная запись, которая либо указывает на следующий кластер файла, либо
содержит метку конца файла. В составе каждого каталога хранятся имена
входящих в него файлов. Вместе с именем файла хранится указатель на первый
кластер этого файла. Помимо этого в каталоге хранится дата создания файла,
его размер и атрибуты. Атрибуты могут указывать на то, что файл является
скрытым, зарезервированным для использования операционной системой, требует
архивирования (резервного копирования) или предназначен только для чтения.
Казалось бы, при такой организации хранения данных, система должна быть
достаточно быстрой и надежной.

Давайте же рассмотрим ее недостатки. Самый первый и главный недостаток,
с которым мы сталкиваемся при использовании FAT – это слишком сильная
ограниченность максимального размера тома FAT. Цифра 16 в названии FAT 16
означает, что таблица размещения файлов FAT идентифицирует записи,
соответствующие дисковым кластерам, при помощи 16-разрядных чисел. Таким
образом, в таблице можно разместить не более 65 536 записей (2 в 16-ой
степени). А если учитывать то, что максимальный размер кластера – 32
Кбайта, то выходит, что максимальный раздел дискового тома - 2 Гбайта.

Естественно, что эта система не удовлетворяет современным винчестерам,
имеющим объемы в десятки гигабайт Второй недостаток заключается в том, что
для хранения всех файловых аттрибутов система FAT использует всего 1 байт!
Много ли можно поместить в один байт? Следовательно, просто не
представляется возможности хранить данные о правах доступа к файлу, о его
владельце и т.д.

Недостаток номер 3 – при использовании большего размера тома мы
вынуждены использовать больший размер кластера. Однако, в FAT один файл
занимает как минимум один кластер. Например, при размере кластера в 32
Кбайта мы имеем файл, размером 2 Кбайта – в результате файл занимает
весь кластер и мы теряем 30 Кбайт. Таким образом, получается, что
физически файл занимает не 2, а все 32 Кбайта!

Четвертый недостаток – сведения о физическом расположении файлов
хранятся в одном месте – таблице размещения файлов FAT. Это приводит к
следующему:
увеличивается вероятность повреждения и потери всей информации
снижается скорость поиска, т.к. для поиска определенного файла нужно
обработать всю таблицу.

Подводя итог вышесказанному, можно сделать вывод, что использовать FAT
16 в настоящее время неэффективно. Но стоит заметить, что FAT
создавалась довольно давно и удовлетворяла требованиям того времени.

Файловая система FAT 32

Эта файловая система пришла на смену FAT 16, начиная с Windows 95 OEM
release 2. Основное ее отличие от FAT 16 заключается в том, что таблица
размещения файлов FAT идентифицирует записи, соответствующие дисковым
кластерам, при помощи 32-разрядных чисел. В соответствии с этим
максимальное количество записей становится равным 4 294 967 296 (2 в
32-ой степени). Следовательно, существенно увеличивается максимальный
размер тома (до 2 Тбайт). Но в остальном система осталась практически
такой же. Однако необходимость работать с огромными по размеру томами и
документами прямо указывает на недостатки FAT 32. Итак, рассмотрим их по
порядку.

Поиск данных файла.

В данной подглаве рассматривается именно поиск информации. Доступ к
самим данным (фрагментированы они или нет) здесь уже не рассматривается,
так как этот процесс одинаков для всех систем. Речь идет о тех лишних
действиях, которые придется выполнять системе перед доступом к реальным
данным файлов. Этот параметр влияет на скорость доступа к произвольному
фрагменту файла, показывает насколько сильно сама файловая система страдает
от фрагментации файлов. И FAT 32 показывает себя здесь не лучшим образом.
Из-за большой области самой таблицы размещения будет испытывать огромные
трудности, если фрагменты файла разбросаны по всему диску. Дело в том, что
таблица размещения файлов (FAT) представляет собой мини-образ диска, куда
включен каждый его кластер. Для доступа к фрагменту файла в системе FAT32
(как и в FAT 16) приходится обращаться к соответствующей частичке FAT. Если
файл, к примеру, расположен в трех фрагментах - в начале диска, в середине,
и в конце - то в системе FAT нам придется обратиться к фрагменту FAT также
в его начале, в середине и в конце. Если в FAT16, где максимальный размер
области FAT составляет 128 Кбайт, это не составляет проблемы (вся область
FAT просто хранится в памяти, или же считывается с диска целиком за один
проход и буферизируется), то в FAT32, которая имеет типичный размер области
FAT порядка сотен килобайт (а на больших дисках - даже несколько мегабайт),
это составляет достаточно серьезную проблему. Если файл расположен в разных
частях диска - это вынуждает систему совершать движения головок винчестера
столько раз, сколько групп фрагментов в разных областях имеет файл, а это
очень и очень сильно замедляет процесс поиска фрагментов файла.
Следовательно, FAT32 испытывает огромные трудности, вплоть до чтения лишних
сотен килобайт из области FAT, если файл разбросан разным областям диска.
Работа с внушительными по размеру файлами на FAT32 в любом случае сопряжена
с огромными трудностями - понять, в каком месте на диске расположен тот или
иной фрагмент файла, можно лишь изучив всю последовательность кластеров
файла с самого начала, обрабатывая за один раз один кластер (через каждые 4
Кбайт файла в типичной системе). Стоит отметить, что если файл
фрагментирован, но лежит компактной кучей фрагментов - FAT32 всё же не
испытывает больших трудностей, так как физический доступ к области FAT
будет также компактен и буферизован.

Поиск свободного места.

Эта операция производится в том случае, если необходимо создать файл с
нуля, либо скопировать его на диск. Поиск места под физические данные
файла зависит от того, как хранится информация о занятых участках диска.

Этот параметр влияет на скорость создания больших файлов (при создании
малых файлов разница в скорости различных файловых систем практически
незаметна). Также влияет на сохранение или создание больших мультимедийных
файлов, копирование больших объемов информации и т.д.
Этот параметр показывает, насколько быстро система может найти место для
записи на диск новых данных и какие операции для этого придется ей
проделать. Как уже указывалось выше таблица размещения файлов FAT как бы
мини-образ диска, куда включен каждый его кластер. Следовательно, чтобы
системе на основе FAT 32 (как впрочем и FAT 16) определить свободен данный
кластер или нет, ей необходимо просмотреть одну запись в FAT,
соответствующую этому кластеру. Размер одной записи в FAT 32 составляет 32
бита. Для поиска свободного места на диске может потребоваться просмотреть
почти весь FAT, а он в свою очередь может достигать нескольких Мегабайт
(!!!), что ведет к катастрофическому замедлению работы. Поэтому для
нахождения свободного метода применяются методы оптимизации, в результате
чего достигается приемлемая скорость. Одно можно сказать наверняка - поиск
свободного места при работе в DOS на FAT32 - катастрофический по скорости
процесс, поскольку никакая оптимизация невозможна без поддержки хоть сколь
серьезной операционной системы.

Работа с каталогами и файлами.

Каждая файловая система выполняет элементарные операции с файлами:
доступ, удаление, создание, перемещение и т.д. Скорость работы этих
операций зависит от принципов организации хранения данных об отдельных
файлах и от устройства структур каталогов. Этот параметр влияет на скорость
любых операций с файлом, в том числе на скорость любой операции доступа к
файлу, особенно в каталогах с большим числом файлов (несколько тысяч). FAT
32 имеет очень компактные каталоги, размер каждой записи которых предельно
мал. Более того, из-за сложившейся исторически системы хранения длинных
имен файлов (более 11 символов), в каталогах систем FAT используется не
очень эффективная и на первый взгляд неудачная, но зато очень экономная
структура хранения этих самих длинных имен файлов.

Работа с каталогами FAT производится достаточно быстро, так как в
подавляющем числе случаев каталог (файл данных каталога) не фрагментирован
и находится на диске в одном месте. Единственная
проблема, которая может существенно понизить скорость работы каталогов FAT
- большое количество файлов в одном каталоге (порядка тысячи или более).
Система хранения данных - линейный массив - не позволяет организовать
эффективный поиск файлов в таком каталоге, и для нахождения данного файла
приходится перебирать большой объем данных (в среднем половину файла
каталога). Из выше сказанного видно, что FAT 32 не может эффективно
работать с каталогами, содержащими большое количество файлов.

Кэширование.

Очень многие данные современных файловых систем кэшируются или
буферизируются в памяти компьютера, что позволяет избежать лишних
операций физического чтения данных с диска. Для достаточно
высокопроизводительной работы системы в кэше приходится хранить
следующие данные:

Данные о физическом местоположении всех открытых файлов. Это, прежде
всего, позволит обращаться к системным файлам и библиотекам, доступ к
которым идет буквально постоянно, без чтения служебной (не относящейся к
самим файлам) информации с диска. Это же относится к тем файлам, которые
исполняются в данный момент - т.е. к выполняемым модулям (.exe и .dll)
активных процессов в системе. В эту категорию попадают также файлы системы,
с которыми производится работа (прежде всего реестр и виртуальная память,
различные .ini файлы, а также файлы документов и приложений).

Наиболее часто используемые каталоги. К таковым можно отнести рабочий
стол, меню "пуск", системные каталоги, каталоги кэша интернета, и т.п.

Данные о свободном месте диска - т.е. та информация, которая позволит
найти место для сохранения на диск новых данных.

В случае, если этот базовый объем информации не будет доступен прямо в
оперативной памяти, системе придется совершать множество ненужных операций
еще до того, как она начнет работу с реальными данными.

И тут перед нами встает вопрос: каким же объемом свободной оперативной
памяти надо располагать, чтобы эффективно работать с файловой системой? FAT
32 имеет очень мало данных, отвечающих за организацию файловой системы
(как, впрочем, и FAT 16). Из служебных областей можно выделить саму саму
область FAT (если в FAT 16 она не могла превышать 128 Кбайт, то в FAT 32 на
томах порядка 5-10 Гбайт область FAT может занимать объем в несколько
Мбайт). Это, пожалуй, единственный внушительный объем данных FAT 32,
надежно кэшировать который не представляется возможным.

Каталоги FAT очень компактны и редко занимают более одного кластера.
Следовательно, на кэширование фрагментов области FAT, отвечающих за
местоположение рабочих файлов, необходимо несколько Мбайт свободной
оперативной памяти, что довольно таки немного по сравнению с той же NTFS.
Однако лично я бы не стал использовать FAT 32 на дисках, объемом более 30
Гбайт, так как сама таблица FAT будет иметь просто огромный размер.

Оптимальный вариант для использования FAT 32 – машины с малыми и
средними винчестерами (до 10 Гбайт) и машинами, имеющими менее 64 Мбайт
оперативной памяти. На остальных машинах лучше использовать NTFS.

Быстродействие накопителя.

Итак, влияют ли физические параметры вашего накопителя на
быстродействие файловой системы? Да, влияют. Не сильно, но влияют (в данном
случае не имеются ввиду отличия ATA-66 от ATA-100, а возможность файловой
системы использовать те или иные плюсы винчестеров). Рассмотрим параметры
винчестеров, влияющие на быстродействие системы:
Время случайного доступа (random seek time). Благодаря простоте
организации файловой системы FAT 32 (и FAT 16), для доступа к системным
областям на типичном диске не приходится совершать много движений
головками диска, что является достаточно большим плюсом в пользу FAT.

Наличие Bus Mastering. Bus Mastering – специальный режим работы
драйвера и контроллера, при использовании которого обмен с диском
происходит без участия процессора. В настоящее время большинство IDE-
контроллеров идут с системой Bus Mastering. Конечно такая система будет
работать немного быстрее, но на быстродействие FAT ... продолжение

Вы можете абсолютно на бесплатной основе полностью просмотреть эту работу через наше приложение.