磁碟檔案系統NTFS、FAT、EXFAT功能說明－kasim的部落格

檔案系統概念

電腦的檔案系統是一種儲存與組識電腦資料的方法，使用檔案和樹形目錄的抽象邏輯概念代替硬碟和光碟等物理裝置是使用資料塊的概念，使得使用者對其存取和尋找變得容易，硬碟上的儲存空間管理（分配和釋放）功能由檔案系統自動完成，使用者只需要記住資料被寫入到何處。嚴格地說，檔案系統是一套實作資料的儲存、分級組織、存取和獲取等操作的抽象資料型別（Abstract data type）。檔案系統格式有FAT、exFAT、NTFS、HFS、HFS+、ext2、ext3、ext4、ISO 9660、ODS-5和UDF。其中由微軟推出的檔案系統格式有FAT12、FAT16、FAT32、NTFS、exFAT

檔案系統通常使用硬碟和光碟這樣的儲存裝置，並維護檔案在裝置中的物理位置。但是，實際上檔案系統也可能僅僅是一種存取資料的介面而已，實際的資料是透過網路協議（如：NFS、SMB、9P等）提供的或者內存上，甚至可能根本沒有對應的檔案（如：proc檔案系統）。

FAT檔案系統

檔案配置表(File Allocation Table，i.e. FAT)是一種由微軟發明並擁有部份專利的檔案系統，供MS-DOS使用，也是所有非NT核心的微軟視窗使用的檔案系統。

FAT檔案系統考慮當時電腦效能有限，所以未被複雜化，因此幾乎所有個人電腦的作業系統都支援。這特性使它成為理想的軟碟和記憶卡檔案系統，也適合用作不同操作系統中的資料交流。

FAT有一個嚴重的缺點：當檔案刪除後寫入新資料，FAT不會將檔案整理成完整片段再寫入，長期使用後會使檔案資料變得逐漸分散，而減慢讀寫速度。磁碟重組是一種解決方法，但必須經常重組來保持FAT檔案系統的效率。

各個檔案系統的特色如下：

FAT12

1.軟碟的文件系統

2.不支援分層性結構

3.叢集定址12位元，最多只支援2^12/1024*8=32M檔案容量。

FAT16

1.每個分割最多只能有65,525個叢集。

2.讀取速度最快的檔案系統格式

3.單一檔案大小上限 2GB

4.大容量支援性最差

5.檔案數量限制為65517個：若檔案超過65517個，即使磁區還有可用空間，仍無法使用

6.200MB的容量限制：FAT16理論上可達4GB的容量，但磁區如果超過200MB，存取效率會明顯變差

FAT32

1.32GB容量限制：理論上最大硬碟分割8TB，但微軟只支援到32GB分割容量，若要分割大於32GB的容量，必須使用分割軟體，如pfdisk、Gdisk 或 Partition Magic，但讀取已分割的FAT32檔案系統則可讀到8TB

2.使用的叢集比FAT16小，可節約硬碟空間，最小磁區大小為32MB。

3.最大單一檔案大小為 2^32 位元組= 4GB

4.在USB流動式儲存裝置上應用時，速度較為理想

5.結構和功能相對NTFS簡單

6.不支援視窗的檔案安全權限和壓縮等功能

7.讀取速度其次的檔案系統格式

8.讀取方式沒有快取(cache table)，搜尋資料從頭開始，速度非常慢，所以支援「熱插拔」，即在沒有退出磁碟的情況下，資料亦不會損壞

exFAT(FAT64)

exFAT(Extended File Allocation Table)又名FAT64，是一種特別適合於快閃記憶體的檔案系統，最先從微軟的Windows Embedded CE 6.0導入這種檔案系統，後來再延伸到Windows Vista Service Pack 1作業系統中。由於NTFS檔案系統的一些資料格式規定所限，對快存記憶體而言exFAT顯得更具優勢。

1.單一檔案最大容量為 2^64 位元組=16 EB（1 EB = 1,048,576 TB）

2.在單一資料夾支援超過32768個檔案

3.讀取大容量檔案時獲得更理想的速度

4.最大磁碟分割為256TB

5.跨系統相容性佳，如Windows、Mac OS X與Linux

6.採用空餘空間尋址，空間分配和刪除的效能得以改進

7.支援存取控制清單（但在Windows Vista SP1中尚未支援）

8.支援Transaction-Safe FAT檔案系統 (TFAT)（在WinCE中可選的功能）

9.某些設備（如PDA、DC）將無法使用exFAT格式的記憶卡

10. 使用exFAT的設備將不能用Windows Vista的ReadyBoost功能。（Windows 7中新的exFAT系統支援ReadyBoost）

11. Windows XP可以安裝修改更新KB955704來支援exFAT，Linux作業系統需要透過未完成的exFAT工具來支援exFAT，Mac OS X可透過升級至10.6.5來全面支援exFAT

NTFS檔案系統

NTFS(New Technology File System)是Windows NT以及之後的Windows 2000、Windows XP、Windows Server 2003、Windows Server 2008、Windows Vista、Windows 7、Windows Server 2012和Windows 8的標準檔案系統。

NTFS取代檔案分配表檔案系統，為Microsoft的Windows系列作業系統提供檔案系統。NTFS改進FAT和HPFS（高效能檔案系統），例如，支援後設資料，並且使用高階資料結構，以便於改善效能、可靠性和磁碟空間利用率，並提供若干附加擴充功能，如存取控制列表和檔案系統日誌。該檔案系統的詳細定義屬於商業秘密，Microsoft已經將其註冊為智慧財產權產品。

1.讀取速度其次的檔案系統格式，但是利於大容量硬碟

2.單一檔案上限 16TB

3.有讀寫快取(cache table)，資料搜尋速度較FAT快，但不支援「熱插拔」，即未退出磁碟下拔除硬碟會造成資料損壞

4.2TB的容量限制：NTFS原理上可達16TB的容量，但是受到主要開機磁區MBR的限制，最多只能分割到2TB，如果想要使用大於2TB的磁區，微軟建議使用GPT的檔案系統格式或 NTFS 動態磁碟，雖然支援單一個檔案高達16TB，但仍受限於有多大的可用空間才能放多大的檔案

5.磁區小於400MB時檔案虛耗空間：相同的檔案在此狀況下會佔用更多空間

6.日誌式的讀寫機制，對寫入次數有限的快閃記憶體並非好事

7.安全性檔案系統：提供視窗系統的檔案安全權限(用戶只能按照系統賦予的權限進行操作)、檔案壓縮、檔案連結與檔案加密管理等功能

8.更小的叢集：可以更有效率地管理磁碟空間、降低磁碟空間浪費與減少磁碟碎片(fragment)產生的可能性。

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