Das Dateisystem ist die Grundlage zum Speichern und Organisation von Dateien. Eine Formatierung ist notwendig um den freien Speicherplatz eines Datenträgers in nutzbare Einheiten zu unterteilen. Die nutzbaren Einheiten nennt man auch Datenblöcke.
Zudem wird während der Formatierung, der Datenträger zur Verwendung eines spezifischen Betriebssystem vorbereitet, viele Betriebssysteme nutzen ihre eigens entwickelte Dateisysteme. So z.B. Microsoft Windows verwendet heutzutage NTFS, früher in den 1990 war FAT der Standard bei MS Systeme. USB Sticks oder USB Festplatten sind oft mit exFAT vorformatiert. ExFAT wird von den meisten Betriebssystemen (Beispiele sind: Windows, Linux, BSD, MacOS) und Geräte (wie z.B. Fernseher) gelesen und beschrieben werden. Hier schreibe ich ein bisschen zu Dateisystemen.
FAT Systeme
- FAT heißt: File Allocation Table.
- Erstveröffentlichung 1977 von Microsoft.
- Gilt heute als Industriestandard und wird für den austausch von Daten über Betriebssystemgrenzen Hinweg verwendet.
Heute gibt es diverse FAT Versionen. Die erste Version von FAT von 1977 ist eine 8Bit Version (also FAT8) für 8080-Prozessoren. Mir ist diese Version weder als Jugendlicher noch im Beruf unter den Augen gekommen.
FAT gibt es mittlerweile in vielen Versionen und wurde bis heute weiterentwickelt, aufgrund des Industriestandard.
- FAT12
- 12Bits je Cluster in der Zuordnungstabelle
- Maximale Dateigröße 4GiB-1B
- Maximale Anzahl der Cluster: 4084
- FAT16
- 16Bits je Cluster in der Zuordnungstabelle
- Maximale Dateigröße 4GiB-1B
- Maximale Anzahl der Cluster: 4085 – 65.524
- FAT32
- 32Bits je Cluster in der Zuordnungstabelle
- Maximale Dateigröße 4GiB-1B
- Maximale Anzahl der Cluster: 65.525 – 268.435.444
- exFAT
- 32Bits je Cluster in der Zuordnungstabelle
- Maximale Dateigröße 16EiB-1B
- Maximale Anzahl der Cluster: 4.294.967.296
Besonderheiten bei exFAT(Extended File Allocation Table):
exFAT wurde für Flashspeicher im Rahmen der Einführung von Windows CE 6.0 veröffentlicht. Es wurde eingeführt um die Beschränkung von FAT32 zu umgehen, wo aber die Verwendung von NTFS schwer zu Implementieren ist. Ab MACOS X Snow Leopard wird exFAT vollständig unter MACs unterstützt.
HPFS
- HPFS heißt: High Performance File System
- Erstveröffentlichung 1989 für OS/2 1.2 von Microsoft.
- Maximale Dateigröße 2GiB, Dateisystem 64GiB
Im Unterschied zu dem damaligen FAT16 unterstütze HPFS eine theoretische Partitionsgröße von 2 TiB, allerdings waren in der Praxis die Partitionen hauptsächlich 64GiB groß.
Die Dateinamen durften hier bis zu 255 Zeichen lang sein, zudem konnten erweiterte Attribute an einer Datei angehängt werden. Bei Heutigen Systemen (wie Windows, Linux oder MacOs) kann man im jeweiligen Explorer schon anhand eines Icons sehen was für Dateien das sind und mit welchen Programmen diese geöffnet werden. (Dies ist z.B. ein Attribut -Eigenschaft-)
MSR (Microsoft Reserved Partition)
Diese Partition wird auf GPT-Datenträgern, also GUID Partition Table erstellt und reserviert. Der Speicherplatz wird für die zukünftige nutzung der Betriebssystem Software verwendet.
Die MSR-Partition ist notwendig, um sicherzustellen, dass bestimmte Softwarekomponenten, die früher versteckte Sektoren verwendet haben, jetzt Teile der MSR für komponentenspezifische Partitionen zuweisen können3. Diese Partition ist also ein wichtiger Bestandteil der Festplattenverwaltung und sollte nicht gelöscht werden.
NTFS
- Proprietäres Dateisystem von Microsoft.
- NTFS heißt: New Technology File System
- Erstveröffentlichung war 1993 mit Windows NT 3.1
NTFS ist der Standard für Microsoft Windows. Da Microsoft Windows heutzutage sehr verbreitet ist, beschreibe ich dieses Dateisystem etwas mehr.
Im Beitrag Unterschiede Schnell- und Vollformatierung beschrieb ich das bei der Schnellformatierung nur die Ordner entfernt werden, die Dateien aber „unsichtbar“ und physikalisch noch auf dem formatierten Datenträger vorhanden sind. Anhand des NTFS lässt es sich auch schön Beschreiben.
NTFS besitzt ein MFT (Master File Table), dies ist wie die Inhaltsangabe eines Buches zu sehen. Dort steht wie in einer Tabelle in welchen Blöcken sich eine Datei befindet. Hier ist wichtig zu wissen das eine Datei auch Fragmentiert sein kann, also in unterschiedlichen Bereichen der Festplatte aufgeteilt sein kann. Daher ist es bei Windows und Physischen Datenträger (HDD) nötig, die Festplatte zu Defragmentieren. Während der Defragmentierung werden die Datenblöcke welche zusammengehören zusammengeschoben. Früher als die Computer und Festplatten noch recht langsam waren (da war ich noch klein und in den Anfängen meiner PC Erfahrung) konnte man je nach Fragmentierung der Daten ein Geschwindigkeitsunterschied bemerken. Heute mit SSDs ist kein Unterschied mehr spürbar. Während einer Formatierung wird sofort ein Teil des Speicherplatzes für den MFT reserviert. Ist der reservierte Speicherplatz vollumfänglich verwendet wird bis zu 12,5% der Partition für die MFT verwendet.
Bei NTFS werden Metadaten einer Datei in einem Journal geführt. Wenn also eine Datei gespeichert wird, z.B. ein Dokument oder Spielstand wird zuerst das vorhaben (Schreiben der Datei) in das Journal eingetragen, danach im MFT nach einem freien Block (je nach Größe, der Datei, auch mehrere freie Blöcke) gesucht, im MFT gespeichert wo sich diese neue Datei befinden wird und dann erst die Datei geschrieben.
Beim normalen Löschen einer Datei wird das Löschen im Journal vermerkt sowie diese Datei aus dem MFT gelöscht. Dies bedeutet die Daten selber existieren Physisch auf dem Datenträger, es wurde nur der Eintrag aus der Inhaltsangabe gelöscht. Als Paranoider Mensch, lösche ich also persönliche Daten, sowie Daten welche unter DSGVO Artikel 17 gehören mit sogenannten Datenshredder welche die Blöcke mehrfach überschreiben.