FAT、HPFS 和 NTFS 文件系统的概述

本文介绍文件分配表 (FAT) 、高性能文件系统 (HPFS) 与 NT 文件系统 (NTFS) 在Windows NT下的区别及其优缺点。

适用于：Windows 10 - 所有版本，Windows Server 2012 R2 原始 KB 编号： 100108

注意

仅Windows NT版本 3.1、3.5 和 3.51 支持 HPFS。 Windows NT 4.0 不支持，也无法访问 HPFS 分区。 此外，Windows 98/Windows 95 OSR2 和 Windows 2000 中也提供了对 FAT32 文件系统的支持。

FAT 是迄今为止最简单的文件系统，受Windows NT支持。 FAT 文件系统的特点是文件分配表 (FAT) ，它实际上是一个位于卷最“顶部”的表。 为了保护卷，当一个副本损坏时，将保留 FAT 的两个副本。 此外，FAT 表和根目录必须存储在固定位置，以便系统启动文件能够正确定位。

使用 FAT 格式的磁盘在群集中分配，其大小由卷的大小决定。 创建文件时，会在目录中创建一个条目，并建立包含数据的第一个群集号。 FAT 表中的此条目要么指示这是文件的最后一个群集，要么指向下一个群集。

更新 FAT 表既重要又耗时。 如果 FAT 表未定期更新，则可能导致数据丢失。 这非常耗时，因为每次更新 FAT 表时，磁盘读取头都必须重新定位到驱动器的逻辑轨道零。

FAT 目录结构没有组织，并且为文件提供了驱动器上的第一个打开位置。 此外，FAT 仅支持只读、隐藏、系统和存档文件属性。

FAT 使用传统的 8.3 文件命名约定，所有文件名都必须使用 ASCII 字符集创建。 文件或目录的名称最多可以是 8 个字符，然后一个句点 (.) 分隔符，最多可以是三个字符扩展名。 名称必须以字母或数字开头，并且可以包含除以下字符以外的任何字符：

. " / \ [ ] : ; | = ,

如果使用这些字符中的任何一个，则可能会出现意外结果。 该名称不能包含任何空格。

保留以下名称：

CON、AUX、COM1、COM2、COM3、COM4、LPT1、LPT2、LPT3、PRN、NUL

所有字符都将转换为大写。

在任何受支持的文件系统上，都无法在Windows NT下执行未删除。 未删除的实用程序尝试直接访问硬件，这是无法在Windows NT下完成的。 但是，如果该文件位于 FAT 分区上，并且系统在 MS-DOS 下重新启动，则可以取消删除该文件。 FAT 文件系统最适合于大约 200 MB 以下的驱动器和/或分区，因为 FAT 开头开销极少。 有关 FAT 优势的进一步讨论，请参阅以下内容：

Windows NT服务器“概念和规划指南”，第 5 章，标题为“选择文件系统”部分

Windows NT工作站 4.0 资源工具包，第 18 章“选择文件系统”

Windows NT服务器 4.0 资源工具包“资源指南”，第 3 章，标题为“要在哪些卷上使用哪个文件系统”部分

最好是使用超过 200 MB 的驱动器或分区时，不应使用 FAT 文件系统。 这是因为随着卷大小的增大，FAT 的性能将迅速降低。 无法对 FAT 分区的文件设置权限。

FAT 分区的大小限制为最大 4 GB (GB) Windows NT和 2 GB（在 MS-DOS 中）。

有关 FAT 的其他缺点的进一步讨论，请参阅以下内容：

Windows NT服务器“概念和规划指南”，第 5 章，标题为“选择文件系统”部分

Windows NT工作站 4.0 资源工具包，第 18 章“选择文件系统”

Microsoft Windows NT服务器 4.0 资源工具包“资源指南”，第 3 章，标题为“在哪些卷上使用哪个文件系统”

HPFS 文件系统首先引入了 OS/2 1.2，以便能够更好地访问随后出现在市场上的大型硬盘驱动器。 此外，新文件系统必须扩展命名系统、组织和安全性，以满足网络服务器市场不断增长的需求。 HPFS 维护 FAT 的目录组织，但根据文件名添加目录的自动排序。 文件名最多可扩展到 254 个双字节字符。 HPFS 还允许文件由“数据”和特殊属性组成，以便在支持其他命名约定和安全性方面提高灵活性。 此外，分配单位从群集更改为物理扇区 (512 字节) ，从而减少了磁盘空间的丢失。

在 HPFS 下，目录条目包含的信息多于 FAT。 除了属性文件，这还包括有关修改、创建和访问日期和时间的信息。 HPFS 下的目录条目指向 FNODE，而不是指向文件的第一个群集。 FNODE 可以包含文件的数据或指针，这些指针可能指向文件的数据或最终指向文件数据的其他结构。

HPFS 尝试在连续扇区中分配尽可能多的文件。 这样做是为了在对文件进行顺序处理时提高速度。

HPFS 将驱动器组织成一系列 8 MB 的带，并且只要可能，其中一个带中包含一个文件。 其中每个带之间都有 2K 个分配位图，用于跟踪带内哪些扇区已分配且尚未分配。 由于驱动器头不必返回逻辑顶部 (通常) 磁盘的圆柱形 0，而是要返回到最接近的带分配位图来确定要存储文件的位置，因此带状增加性能。

此外，HPFS 包括几个唯一的特殊数据对象：

超级块位于逻辑扇区 16 中，包含指向根目录的 FNODE 的指针。 使用 HPFS 的最大危险之一是，如果超级块由于扇区不正确而丢失或损坏，分区的内容也是如此，即使驱动器的其余部分都正常。 可以通过将所有内容复制到具有良好扇区 16 的另一个驱动器并重新生成超级块来恢复驱动器上的数据。 但是，这是一项非常复杂的任务。

备用块位于逻辑扇区 17 中，包含“热修补程序”表和备用目录块。 在 HPFS 下，当检测到不良行业时，“热修补程序”条目用于从逻辑上指向现有的好行业，以代替不良行业。 这种处理写入错误的方法称为热修复。

热修补是一种技术，如果由于部门错误而出错，则文件系统会将信息移动到其他扇区，并将原始扇区标记为错误。 对于执行磁盘 I/O (的任何应用程序，这一切都是透明的，也就是说，应用程序永远不知道硬盘驱动器) 存在任何问题。 使用支持热修补的文件系统将消除错误消息，例如在遇到错误扇区时出现的 FAT“中止、重试或失败？” 错误消息。

注意

Windows NT随附的 HPFS 版本不支持热修补程序。

HPFS 最适合 200-400 MB 范围内的驱动器。 有关 HPFS 优点的详细讨论，请参阅以下内容：

Windows NT服务器“概念和规划指南”，第 5 章，标题为“选择文件系统”部分

Windows NT工作站 4.0 资源工具包，第 18 章“选择文件系统”

Windows NT服务器 4.0 资源工具包“资源指南”，第 3 章，标题为“要在哪些卷上使用哪个文件系统”部分

由于 HPFS 涉及的开销，对于大约 200 MB 的卷来说，这不是一个非常有效的选择。 此外，如果卷大于约 400 MB，性能也会降低。 不能在Windows NT下设置 HPFS 的安全性。

仅Windows NT版本 3.1、3.5 和 3.51 支持 HPFS。 Windows NT 4.0 无法访问 HPFS 分区。

有关 HPFS 的其他缺点，请参阅以下内容：

Windows NT服务器“概念和规划指南”，第 5 章，标题为“选择文件系统”部分

Windows NT工作站 4.0 资源工具包，第 18 章“选择文件系统”

Windows NT服务器 4.0 资源工具包“资源指南”，第 3 章，标题为“要在哪些卷上使用哪个文件系统”部分

从用户的角度来看，NTFS 继续将文件组织到目录中，这些目录与 HPFS 一样进行排序。 但是，与 FAT 或 HPFS 不同，磁盘上没有“特殊”对象，并且不依赖于基础硬件，例如 512 字节扇区。 此外，磁盘上没有特殊位置，例如 FAT 表或 HPFS 超级块。

NTFS 的目标是提供：

可靠性尤其适合高端系统和文件服务器

用于添加功能的平台

支持 POSIX 要求

删除 FAT 和 HPFS 文件系统的限制

为了确保 NTFS 的可靠性，解决了三个主要方面：可恢复性、消除致命的单个部门故障和热修复。

NTFS 是一个可恢复的文件系统，因为它会跟踪针对文件系统的事务。 在 FAT 或 HPFS 上执行 CHKDSK 时，将检查目录、分配和文件表中的指针一致性。 在 NTFS 下，维护针对这些组件的事务日志，以便 CHKDSK 只需将事务回滚到最后一个提交点，才能恢复文件系统中的一致性。

在 FAT 或 HPFS 下，如果作为文件系统特殊对象之一位置的扇区失败，则会发生单个扇区故障。 NTFS 通过两种方式避免此问题：第一，在磁盘上不使用特殊对象，跟踪和保护磁盘上的所有对象。 其次，在 NTFS 下，多个副本 (数取决于主文件表的卷大小) 。

与 OS/2 版本的 HPFS 类似，NTFS 支持热修补程序。

每个级别Windows NT的主要设计目标之一是提供一个可添加到和构建的平台，NTFS 也不例外。 NTFS 提供了一个丰富灵活的平台，供其他文件系统使用。 此外，NTFS 完全支持Windows NT安全模型，并支持多个数据流。 数据文件不再是单个数据流。 最后，在 NTFS 下，用户可以将自己的用户定义属性添加到文件。

NTFS 最符合受支持的文件系统 POSIX.1，因为它支持以下 POSIX.1 要求：

区分大小写的命名：

在 POSIX 下，README.TXT、Readme.txt 和readme.txt都是不同的文件。

其他时间戳：

额外的时间戳提供上次访问文件的时间。

硬链接：

硬链接是当两个不同的文件名（可位于不同的目录中）指向相同的数据时。

首先，NTFS 大大增加了文件和卷的大小，因此它们现在最多可以是 2^64 字节 (16 个 16 个扩展或 18，446，744，073，709，551，616 个字节) 。 NTFS 还已返回到群集的 FAT 概念，以避免具有固定扇区大小的 HPFS 问题。 这样做是因为Windows NT是一个可移植的操作系统，并且可能会在某些时候遇到不同的磁盘技术。 因此，每个部门有512个字节被视为极有可能并不总是适合分配。 这通过允许将群集定义为硬件自然分配大小的倍数来实现。 最后，在 NTFS 中，所有文件名都基于 Unicode，8.3 文件名与长文件名一起保留。

NTFS 最适合用于大约 400 MB 或更高版本的卷。 这是因为 NTFS 下的性能不会降低，就像 FAT 下的性能一样，体积较大。

设计为 NTFS 的可恢复性使用户永远不必在 NTFS 分区上运行任何类型的磁盘修复实用工具。 有关 NTFS 的其他优势，请参阅以下内容：

Windows NT服务器“概念和规划指南”，第 5 章，标题为“选择文件系统”部分

Windows NT工作站 4.0 资源工具包，第 18 章“选择文件系统”

Windows NT服务器 4.0 资源工具包“资源指南”，第 3 章，标题为“要在哪些卷上使用哪个文件系统”部分

不建议在小于约 400 MB 的卷上使用 NTFS，因为 NTFS 涉及的空间开销量。 此空间开销采用 NTFS 系统文件的形式，通常在 100 MB 分区上使用至少 4 MB 的驱动器空间。

目前，NTFS 中没有内置的文件加密。 因此，某人可以在 MS-DOS 或其他操作系统下启动，并使用低级别磁盘编辑实用工具查看存储在 NTFS 卷上的数据。

无法使用 NTFS 文件系统设置软盘格式;Windows NT使用 FAT 文件系统设置所有软盘的格式，因为 NTFS 中涉及的开销不适合软盘。

有关 NTFS 缺点的进一步讨论，请参阅以下内容：

Windows NT服务器“概念和规划指南”，第 5 章，标题为“选择文件系统”部分

Windows NT工作站 4.0 资源工具包，第 18 章“选择文件系统”

Windows NT服务器 4.0 资源工具包“资源指南”，第 3 章，标题为“要在哪些卷上使用哪个文件系统”部分

文件和目录名称最多可以是 255 个字符，包括任何扩展名。 名称保留大小写，但不区分大小写。 NTFS 不会根据大小写区分文件名。 名称可以包含除以下字符以外的任何字符：

? " / \ * | :

目前，在命令行中，只能创建最多 253 个字符的文件名。

注意

基础硬件限制可能会在任何文件系统中施加额外的分区大小限制。 特别是，启动分区的大小只能为 7.8 GB，分区表中存在 2 TB 的限制。

有关Windows NT支持的文件系统的详细信息，请参阅Windows NT资源工具包。