Все, что вы хотели знать о файловых системах, но стеснялись спросить

В этом обсуждении рассматриваются основы и сложности файловых систем, что дает информацию, ценную не только для ИТ-энтузиастов, но и для обычных пользователей. Начиная с фундаментальных концепций, мы переходим к более сложным темам, которые могут быть практически применены в повседневной жизни. Например, понимание того, как отформатировать флэш-накопитель или внешний твердотельный накопитель для обеспечения совместимости между устройствами, считается особенно полезным знанием.

Файл - это компьютерный объект, используемый для хранения данных, информации, настроек или команд для программ. Компьютеры подразделяют файлы на файлы приложений, файлы данных и системные файлы. В графических интерфейсах, таких как Microsoft Windows, каждый файл отображается в виде значка, представляющего соответствующую программу, которая открывает его по умолчанию (например, PDF-файлы в Adobe Acrobat). Файлы могут быть открыты в других программах с помощью таких опций, как "Открыть с помощью". Они создаются с помощью специального программного обеспечения — будь то системный или пользовательский контент, такой как текстовые документы с помощью редакторов или фотографии с камер.

Хранение файлов эволюционировало от простых методов к продвинутым системам, позволяющим пользователям хранить данные на внутренних или внешних накопителях. Даже устаревшие носители, такие как гибкие диски, сыграли значительную роль в формировании современных технологий. Несмотря на кажущуюся устареваемость, эти устройства повлияли на то, как сегодня работают приложения на смартфонах.

Файлы на компьютерах идентифицируются либо по их расширениям, либо по данным. Например, ".exe" означает исполняемый файл, а ".dll" - динамическую библиотеку. Различные типы носителей имеют определенные расширения, например, JPEG для изображений или DOC для текстовых документов. В современных версиях Windows расширения файлов по умолчанию скрыты, но их можно просмотреть в столбце "тип файла" без дополнительной информации о связанных программах. В более ранних системах были более строгие соглашения об именовании с ограниченным количеством символов; теперь в большинстве операционных систем длина имен файлов может достигать 255 символов.

В разных операционных системах существуют особые правила именования файлов, включая ограничения на использование определенных символов. Например, Windows запрещает использование таких символов, как \ / : * ? " < > | из-за их функциональных ролей в системе. Аналогичным образом, системы на базе Unix ограничивают использование только нескольких символов, таких как null (\0) и косая черта (/), которые зарезервированы для внутренних операций. Эти ограничения обеспечивают надлежащее функционирование, предотвращая конфликты или неправильное толкование в процессе обработки файлов.

Значки файлов служат в качестве визуальных ярлыков, которые автоматически назначаются, чтобы помочь пользователям быстро идентифицировать типы файлов и связанные с ними программы без необходимости проверять расширения или столбцы. Хотя эти значки можно настраивать в соответствии с конкретными потребностями, настроек по умолчанию, как правило, достаточно, чтобы с первого взгляда отличить текстовые файлы от изображений.

Папка, также известная как каталог, представляет собой область на компьютере, содержащую другие папки или файлы, которые помогают поддерживать организацию. Файлы в этих каталогах хранят информацию, используемую операционной системой или различными программами. Это различие объясняет, как файлы отличаются от папок в управлении данными.

Роль и значение файловых систем Файловые системы организуют данные на компьютерах, обеспечивая эффективное хранение и поиск. Без них данные отображались бы в виде больших фрагментов без разделения файлов. По мере увеличения объема хранилища эффективная организация файлов становится критически важной для обеспечения доступности. Различные операционные системы поддерживают различные типы файловых систем, адаптированных к конкретным потребностям или платформам.

Структура и гибкость в хранении файлов Файловые системы хранят такие метаданные, как размер, дата создания, местоположение, в иерархической структуре каталогов, напоминающей перевернутое дерево с корневыми каталогами наверху. Разделы диска действуют как отдельные диски (например, C:, D:), которые могут быть отформатированы по—разному для обеспечения гибкости или безопасности - разделение операций повышает производительность и защищает от сбоев в работе одного раздела, влияющих на другие.

Файловые системы могут ограничивать доступ определенных пользователей к определенным частям хранилища, что имеет решающее значение в таких средах совместного использования, как рабочие места или семейные компьютеры. Пользователи могут настраивать разрешения на чтение или запись файлов, обеспечивая конфиденциальность и контроль над данными. Однако эта система эффективно разделяет локальных пользователей на одном компьютере; она не защищает от внешних угроз. Для защиты от таких рисков необходимо использовать шифрование.

Файловые системы различаются в зависимости от их структуры и логических функций, адаптированных к различным операционным системам. Основными операционными системами для компьютеров являются Microsoft Windows, macOS от Apple и Linux; для смартфонов преобладают Android и iOS. Каждая система поддерживает определенные форматы файлов, которые определяют, как следует форматировать устройства хранения или эффективно использовать их.

FAT (Таблица размещения файлов) - это простая и надежная файловая система, первоначально разработанная в 1977 году для гибких дисков. Позже она была адаптирована для жестких дисков, и от 8-разрядной версии перешла к более продвинутым форматам, таким как FAT12, FAT16 и до сих пор используемый FAT32. Несмотря на свою простоту и надежность, она по нескольким параметрам отстает от современных систем.

Файловая система exFAT является преемницей FAT32, сохраняя большую часть своей простоты и в то же время предлагая значительные усовершенствования. Будучи 64-разрядной файловой системой, она поддерживает большие устройства хранения и файлы, что делает ее подходящей для современных приложений, требующих интенсивной обработки данных. Его масштабируемость обеспечивает адаптивность к меняющимся технологическим изменениям.

Файловая система NTFS (New Technology File System), также известная как файловая система NT, является файловой системой по умолчанию для Windows, начиная с версии NT 3.1. Она предлагает значительные улучшения по сравнению с системами FAT, включая повышенную производительность, поддержку метаданных и эффективное использование ресурсов. В то время как Linux поддерживает это с помощью бесплатных приложений с открытым исходным кодом, macOS по умолчанию может читать файлы только на диске NTFS; для записи требуется дополнительное программное обеспечение.

ReFS, представленный в Windows Server 2012 и доступный в некоторых версиях Windows 10 Pro, был разработан для устранения таких ограничений NTFS, как масштабируемость и производительность. Однако он требует значительных ресурсов для работы и не решает все проблемы с NTFS. С другой стороны, файловые системы Ext разрабатывались для Linux начиная с ext в 1992 году; ext4 развивает свои предшественники, добавляя возможности ведения журнала для снижения рисков повреждения данных при одновременном повышении надежности, производительности и масштабируемости. Она остается основной системой, широко используемой в таких дистрибутивах Linux, как Ubuntu и Debian.

GFS, или Глобальная файловая система, - это файловая система на базе Linux, разработанная для общих дисковых сред. Она обеспечивает прямой доступ к общему блочному хранилищу и может также функционировать как локальная файловая система. JFS2 представляет собой улучшенную версию оригинальной JFS с такими усовершенствованиями, как обновленная система управления метаданными.

Иерархическая файловая система (HFS), представленная как свободное программное обеспечение, была разработана для операционных систем Mac и дебютировала в 1985 году. Изначально предназначенная для гибких дисков и жестких дисководов, она заменила более раннюю файловую систему MFS. Она также поддерживала компакт-диски, но со временем уступила место macOS Extended.

Файловая система Apple APFS (Apple File System) стала файловой системой по умолчанию для компьютеров Mac, начиная с macOS 10.13, и также используется на устройствах iOS, iPadOS, tvOS и watchOS. В нем были реализованы такие ключевые функции, как мгновенные снимки, надежное шифрование, возможность совместного использования пространства и быстрый расчет размера каталога. Оптимизирован в первую очередь для флэш-памяти на компьютерах Mac, но совместим с традиционными жесткими дисками и внешними устройствами хранения данных, такими как жесткие диски или твердотельные накопители SSD.

Universal Disk Format (UDF) - это файловая система, не зависящая от производителя и предназначенная для оптических носителей информации. Она заменяет файловую систему ISO 9660 и служит официальным стандартом для видео- и аудиоформатов DVD. UDF также совместим с дисками Blu-ray, что делает его универсальным для различных современных технологий производства оптических дисков.

Файловые системы различаются в зависимости от совместимости с операционной системой. Для компьютеров Apple оптимальной является APFS, поскольку она поддерживает как внутренние, так и внешние диски. Пользователям Windows выгодна NTFS, в то время как пользователям Mac и Windows следует обратить внимание на exFAT из-за его кроссплатформенной функциональности. Такая универсальность упрощает обмен файлами между различными системами.

В ходе обсуждения была представлена важная информация о файловых системах, в которой с ностальгией вспоминались старые системы и объяснялись их функциональные возможности. В нем были представлены практические рекомендации для пользователей, которые, возможно, не очень хорошо разбираются в этой теме, а также рекомендации, адаптированные к различным потребностям компьютера. Заключение поощряло участие посредством комментариев и отзывов о предпочитаемых файловых системах.