大容量U盤文件系統(tǒng)分析初學者必看

duanxudong456 2011-03-22

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當優(yōu)盤(U盤)代替軟盤成為人們常備的移動存儲工具時，很少有人知道U盤其實并非通用的產(chǎn)品名稱，它只是一個公司注冊的閃存盤商標而已；也基本沒人知道這種結構簡單、體積小巧的USB接口閃存介質(zhì)存儲產(chǎn)品，最早是由中國人所發(fā)明的。

優(yōu)盤的鼻祖——朗科

閃存盤雖然技術含量不高，但卻是中國在計算機存儲領域二十年來的唯一原創(chuàng)性發(fā)明成果，它淘汰了軟驅、讓ZIP和MD胎死腹中、甚至一定程度上威脅到了光驅的統(tǒng)治地位。如今的閃存盤早已風靡全球，容量節(jié)節(jié)攀升、價格平易近人，甚至被當作廣告的載體免費贈送……

如今討論U盤的選購意義并不大，相信大部分電腦玩家都是人手N個了，本文主要向大家介紹如何更好的使用自己的大容量U盤。

當今市售最大容量的128GB U盤

U盤容量的迅速膨脹，勢必會對用戶的使用習慣產(chǎn)生影響。當一個大肚能容的U盤掛在腰間，各種數(shù)據(jù)的交換概率自然而然就會增加。且對多數(shù)人來說，也喜歡把數(shù)據(jù)放入U盤中，并隨身攜帶與大家交換數(shù)據(jù)（文檔、照片、視頻等）。遺憾的是，人們對如何正確使用U盤沒有概念？那么，本文就從磁盤存儲的文件系統(tǒng)方面向讀者闡明其間的差異！

文件系統(tǒng)是指文件命名、存儲和組織的總體結構。作為最常見的操作系統(tǒng)Windows來說，它支持的文件格式就是我們所要研究的。FAT(16)、FAT32和NTFS都是Windows的文件系統(tǒng)。其實文件系格式也就是我們經(jīng)常所說的“磁盤格式”或“分區(qū)格式”，總體都是一個概念，只不過“分區(qū)”只針對硬盤來說的，而文件系統(tǒng)是針對所有磁盤及存儲介質(zhì)的。

FAT，F(xiàn)AT32，NTFS，這些我們耳熟能詳?shù)姆謪^(qū)格式，他們分別有什么用途呢？

● FAT16文件系統(tǒng)

最初的U盤，也就是以MB為存儲單位的U盤，所使用的文件系統(tǒng)格式統(tǒng)一為FAT16，所以我們首先就來講講FAT16。

在說明FAT16文件系統(tǒng)之前，我們必須清楚FAT是什么？FAT(File Allocation Table)是“文件分配表”的意思。顧名思義，就是用來記錄文件所在位置的表格，它對于磁盤的使用是非常重要的，假若丟失文件分配表，那么硬盤上的數(shù)據(jù)就會因無法定位而不能使用了。

FAT16使用了2個字節(jié)（也就是16位）的空間來表示每個扇區(qū)(Sector)配置文件的情形，故稱之為FAT16。

FAT16由于受到先天的限制，因此每超過一定容量的分區(qū)之后，它所使用的簇(Cluster)大小就必須擴增，以適應更大的磁盤空間。所謂簇就是磁盤空間的配置單位，就象圖書館內(nèi)一格一格的書架一樣。每個要存到磁盤的文件都必須配置足夠數(shù)量的簇，才能存放到磁盤中。FAT16各分區(qū)與簇大小的關系如下表：分區(qū)大小 FAT16簇大小

16MB-127MB 2KB

128MB-255MB 4KB

256MB-511MB 8KB

512MB-1023MB 16KB

1024MB-2047MB 32KB

如果你在一個1GB容量的U盤分區(qū)中存放50KB的文件，由于該分區(qū)簇的大小為16KB，因此它要用到4個簇才行。而如果是一個1KB的文件，它也必須使用一個簇來存放。那么每個簇中剩下的空間可否拿來使用呢？答案是不行的，所以在使用磁盤時，無形中都會或多或少損失一些磁盤空間。

2GB的分區(qū)使用FAT16系統(tǒng)格式化

● FAT16的缺點

磁盤分區(qū)最大只能到2GB。因此從Win98系統(tǒng)開始，F(xiàn)AT16已經(jīng)基本被FAT32所取代，但當時U盤剛剛起步，容量多為64MB、128MB，其默認分區(qū)只能是FAT16；
使用簇的大小不恰當。試想，如果一個只有1KB大小的文件放置在一個1000MB的磁盤分區(qū)中，它所占的空間并不是1KB，而是16KB，足足浪費了15KB！一般文本文檔及HTML碎文件的體積多是個位數(shù)，如果用來存儲這些文件的話，空間浪費就極為嚴重了。

能解決這兩個問題的，就是FAT32文件系統(tǒng)了。

● FAT32文件系統(tǒng)

FAT32使用4個字節(jié)（也就是32位）的空間來表示每個扇區(qū)(Sector)配置文件的情形，故稱之為FAT32。FAT16的分區(qū)容量上限是2047MB，而FAT32的分區(qū)容量下限是512MB，不同操作系統(tǒng)的上限不同，例如Win2000最大支持32GB FAT32分區(qū)，而WinXP最大可達2TB FAT32分區(qū)。

FAT32相比FAT16，優(yōu)點如下：

可支持大于2GB的分區(qū)。最大可達2TB，即便是目前最大容量的硬盤都能支持，更別說U盤了；
空間利用率更高。FAT32采用了更小的簇，可以更有效率的保存數(shù)據(jù)，比如兩個分區(qū)大小都為2GB，一個分區(qū)采用了FAT16文件系統(tǒng)，另一個分區(qū)采用了FAT32文件系統(tǒng)。采用FAT16的分區(qū)的簇大小為32KB，而FAT32分區(qū)的簇只有4KB的大小。這樣在存儲碎文件時FAT32就比FAT16的存儲效率要高很多，通常情況下可以提高15%。
安全新更好。FAT32文件系統(tǒng)可以重新定位根目錄和使用備份副本。另外FAT32分區(qū)的啟動記錄被包含在一個含有關鍵數(shù)據(jù)的結構中，減少了計算機系統(tǒng)崩潰的可能性。
靈活性更高。FAT32分區(qū)上的根文件夾是普通的簇鏈，因此它可以位于驅動器上的任何位置。以前對根文件夾數(shù)量的限制不復存在。此外，可以禁用文件分配表鏡像，這樣就可以讓文件分配表的副本而不是讓第一個文件分配表處于活動狀態(tài)。這些功能允許您動態(tài)重調(diào)FAT32分區(qū)的大小。不過要注意，雖然FAT32的設計允許這一功能，但微軟自己的分區(qū)軟件不支持此功能，需要使用第三方分區(qū)軟件。

使用FAT32格式化2GB U盤，簇更小

● FAT32的缺點

雖然對于最大分區(qū)容量的支持上面，F(xiàn)AT32 2TB最大分區(qū)的容量時至今日仍不過時，但FAT32只能存儲最大4GB的單個文件，所以FAT32無法存放光盤ISO鏡像、高清視頻、各種圖形作品文件等等，這是其致命的弊端。

● NTFS文件系統(tǒng)

NTFS(New Technology File System)是Windows NT核心和高級服務器網(wǎng)絡操作系統(tǒng)環(huán)境的文件系統(tǒng)。NTFS的目標是提供比FAT32更高的可靠性，并消除FAT文件系統(tǒng)中的種種限制。

NTFS文件系統(tǒng)除了支持更大的分區(qū)、更大的文件、更節(jié)約硬盤空間外，還提供了FAT文件系統(tǒng)不敢想像的眾多功能。主要有：長文件名、壓縮分區(qū)、事件追蹤、文件索引、高容錯性、數(shù)據(jù)保護和恢復、加密訪問……

NTFS支持大于4GB的文件

由于NTFS分區(qū)已經(jīng)成為目前電腦磁盤的絕對主流格式，XP、Vista、Win7默認都會將分區(qū)格式化為NTFS系統(tǒng)，因此關于NTFS的種種優(yōu)勢和特性就沒必要多做強調(diào)了，可以說NTFS是目前最好的磁盤文件系統(tǒng)，但為什么U盤和各種存儲卡很少使用NTFS文件系統(tǒng)呢？

● NTFS在閃存上的缺陷

NTFS雖然有諸多優(yōu)點，但這些都是針對傳統(tǒng)機械硬盤而設計的，對于新興的Flash閃存材料不一定適用。NTFS分區(qū)是采用“日志式”的文件系統(tǒng)，因為要記錄磁盤的詳細讀寫操作，對U盤這種快閃存儲介質(zhì)會造成較大的負擔，比如同樣存取一個文件或目錄，在NTFS系統(tǒng)上的讀寫次數(shù)就會比FAT32來得多，理論上NTFS格式的U盤比較容易損壞，而且400MB以下的分區(qū)也比FAT16更浪費空間。

NTFS這些額外的功能無論對SSD硬盤和U盤都會造成不同程度的傷害，因此新一代Windows 7操作系統(tǒng)專門針對SSD進行優(yōu)化，通過各種手段減少讀寫次數(shù)和碎片的產(chǎn)生。而對于U盤來說，本身USB的帶寬就有限，NTFS文件系統(tǒng)頻繁讀寫占據(jù)通道會讓磁盤性能降低，為此微軟專門針對移動存儲設備開發(fā)了ExFAT文件系統(tǒng)。

對于閃存，NTFS文件系統(tǒng)會有傷害，因此微軟推出了全新的ExFAT文件系統(tǒng)。

● ExFAT文件系統(tǒng)

顧名思義，ExFAT是對FAT文件系統(tǒng)的一種延續(xù)，全稱Extended File Allocation Table File System，是微軟在Windows Embeded 5.0以上（包括Windows CE 5.0、6.0、Windows Mobile 5、6、6.1等手持操作系統(tǒng)）中引入的一種適合于閃存的文件系統(tǒng)。ExFAT消除了FAT16/32的局限性和缺點，又沒有NTFS那么多閃存永遠都不會用到的功能，適合各種移動存儲卡和U盤使用。

相對FAT16/32文件系統(tǒng)，ExFAT有如下優(yōu)點：

增強了臺式電腦與移動設備的互操作能力
分區(qū)大小和單文件大小最大可達16EB（16×1024×1024TB）
簇大小非常靈活，最小0.5KB，最高達32MB
采用了剩余空間分配表，空間利用率更高
同一目錄下最大文件數(shù)可達65 536個
支持訪問控制
支持TFAT(WINCE早期文件系統(tǒng))

可以看出，ExFAT就是閃存專用的文件系統(tǒng)，只有U盤和存儲卡才能格式化成ExFAT，傳統(tǒng)硬盤是無法格式化成ExFAT格式的，因為ExFAT的特性其實并不比NTFS強，但卻比NTFS及FAT32更適合閃存使用。

不過，ExFAT作為一種全新的文件系統(tǒng)，在電腦上的兼容性卻不太好，目前主流的XP和Vista默認都不支持ExFAT，XP需升級至SP3補丁、Vista需升級至SP1補丁才能支持它。當然微軟也提供了ExFAT的單獨更新文件，Win7默認支持。

附：XP支持ExFAT的KB955704補丁下載

雖然四種文件系統(tǒng)的存儲方式和特性各不相同，但對于傳輸速度并不快的存儲卡和U盤來說，實際傳輸性能卻大同小異，理論測試數(shù)據(jù)相差不過1MB/s，長時間使用可能會有差別。因此，U盤使用何種文件系統(tǒng)的主要因素還是其容量及用途，下面筆者就簡單歸納總結下四種文件系統(tǒng)的優(yōu)劣。

● FAT16：