Ein Dateisystem ist ein Prozess zur Verwaltung, wie und wo Daten auf einer Speicherplatte gespeichert werden, der auch als Dateiverwaltung oder FS bezeichnet wird. Es handelt sich um eine logische Festplattenkomponente, die Dateien komprimiert, die in Gruppen unterteilt sind, die als Verzeichnisse bezeichnet werden. Es ist für einen menschlichen Benutzer abstrakt und bezieht sich auf einen Computer. Daher verwaltet es die internen Vorgänge einer Festplatte. In den Verzeichnissen können sich Dateien und weitere Verzeichnisse befinden. Obwohl es unter Windows verschiedene Dateisysteme gibt, ist NTFS heutzutage das am weitesten verbreitete. Ohne Dateiverwaltung wäre es unmöglich, dass eine Datei mit demselben Namen existiert, und es wäre auch unmöglich, installierte Programme zu entfernen und bestimmte Dateien wiederherzustellen, und Dateien hätten ohne Dateistruktur keine Organisation. Mit dem Dateisystem können Sie eine Datei im aktuellen Verzeichnis anzeigen, da Dateien häufig in einer Hierarchie verwaltet werden.

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Eine Festplatte (z. B. ein Festplattenlaufwerk) verfügt unabhängig von Typ und Verwendung über ein Dateisystem. Außerdem enthält es Informationen über Dateigröße, Dateinamen, Fragmentinformationen zum Speicherort der Datei und den Speicherort der Festplattendaten. Außerdem wird beschrieben, wie ein Benutzer oder eine Anwendung auf die Daten zugreifen kann. Die Vorgänge wie Metadaten, Dateibenennung, Speicherverwaltung und Verzeichnisse/Ordner werden alle vom Dateisystem verwaltet.

Auf einem Speichergerät werden Dateien in Sektoren gespeichert, in denen Daten in Gruppen von Sektoren, sogenannten Blöcken, gespeichert werden. Die Größe und der Speicherort der Dateien werden vom Dateisystem identifiziert und es hilft auch zu erkennen, welche Sektoren zur Verwendung bereit sind. Außer Windows gibt es einige andere Betriebssysteme, die FAT- und NTFS-Dateisysteme enthalten. Aber Apple-Produkte (wie iOS und macOS) verwenden HFS+ als Betriebssystem und werden von vielen verschiedenen Arten von Dateisystemen unterstützt.

Manchmal wird im Zusammenhang mit Partitionen der Begriff „Dateisystem“ verwendet. Wenn Sie beispielsweise sagen: „Auf der Festplatte sind zwei Dateisysteme verfügbar“, bedeutet das nicht unbedingt, dass die Festplatte auf zwei Dateisysteme aufgeteilt ist, NTFS und FAT. Dies bedeutet jedoch, dass zwei separate Partitionen vorhanden sind, die dieselbe physische Festplatte verwenden.

Um zu funktionieren, benötigen die meisten Anwendungen, mit denen Sie in Kontakt kommen, ein Dateisystem. Daher sollte jede Partition eine haben. Wenn ein Programm außerdem für die Verwendung in macOS erstellt wurde, können Sie dieses Programm nicht unter Windows verwenden, da Programme vom Dateisystem abhängig sind.

Beispiele für Dateisysteme

Die Beispiele für Dateisysteme sind unten aufgeführt:

FETT: FAT ist eine Art Dateisystem, das für Festplatten entwickelt wurde. Es steht für File Allocation Table und wurde erstmals 1977 eingeführt. Es wird für 12 oder 16 Bit für jeden einzelnen Clusterzugriff auf die File Allocation Table (FAT) verwendet. Auf Festplatten und anderen Computersystemen hilft es bei der Verwaltung von Dateien auf Microsoft-Betriebssystemen. In Geräten wie Digitalkameras, Flash-Speichern und anderen tragbaren Geräten wird es häufig auch zum Speichern von Dateiinformationen verwendet. Es trägt auch dazu bei, die Lebensdauer einer Festplatte zu verlängern, da es den Verschleiß der Festplatte minimiert. Heutzutage wird FAT von späteren Versionen von Microsoft Windows wie Windows XP, Vista, 7 und 10 nicht verwendet, da sie NTFS verwenden. Der FAT8, FAT12, FAT32, FAT16 sind alle verschiedenen Arten von FAT (für Dateizuordnungstabelle).

GFS: Ein GFS ist ein Dateisystem, das für Global File System steht. Es verfügt über die Fähigkeit, mehrere Computer in die Lage zu versetzen, als integrierte Maschine zu fungieren, was erstmals an der University of Minnesota entwickelt wurde. Aber jetzt wird es von Red Hat gepflegt. Wenn die physische Entfernung zwischen zwei oder mehr Computern groß ist und sie nicht in der Lage sind, Dateien direkt miteinander zu senden, können sie mithilfe eines GFS-Dateisystems eine Gruppe von Dateien direkt gemeinsam nutzen. Mithilfe eines globalen Dateisystems kann ein Computer seine E/A so organisieren, dass Dateisysteme erhalten bleiben.

HFS: HFS (Hierarchisches Dateisystem) ist das Dateisystem, das auf einem Macintosh-Computer zum Erstellen eines Verzeichnisses zum Zeitpunkt der Formatierung einer Festplatte verwendet wird. Im Allgemeinen besteht seine Grundfunktion darin, die Dateien auf einer Macintosh-Festplatte zu organisieren oder zu speichern. Seit der Markteinführung von OS X unterstützt Apple das Schreiben oder Formatieren von HFS-Festplatten nicht mehr. Außerdem werden HFS-formatierte Laufwerke von Windows-Computern nicht erkannt, da HFS ein Macintosh-Format ist. Mit Hilfe von WIN32- oder NTFS-Dateisystemen werden Windows-Festplatten formatiert.

NTFS: NTFS ist das Dateisystem, das für NT-Dateisystem steht und Dateien auf dem Betriebssystem Windows NT und anderen Windows-Versionen wie Windows 2000, Windows XP, Windows 7 und Windows 10 speichert und abruft. Manchmal wird es auch als „Neue Technologie“ bezeichnet Dateisystem. Im Vergleich zum FAT- und HPFS-Dateisystem bietet es bessere Methoden zur Dateiwiederherstellung und zum Datenschutz und bietet eine Reihe von Verbesserungen in Bezug auf Erweiterbarkeit, Sicherheit und Leistung.

UDF: Ein UDF ist ein Dateisystem, das für Universal Disk Format steht und erstmals 1995 von der OSTA (Optical Storage Technology Association) entwickelt wurde, um die Konsistenz zwischen auf mehrere optische Medien geschriebenen Daten sicherzustellen. Es wird mit CD-ROMs und DVD-ROMs verwendet und wird auf allen Betriebssystemen unterstützt. Heutzutage wird es beim Verfahren zum Schreiben von CD-Rs und CD-RWs verwendet, das als Packet Writing bezeichnet wird.

Typoskript für jeden

Architektur des Dateisystems

Das Dateisystem umfasst zwei oder drei Schichten. Manchmal funktionieren diese Schichten kombiniert und manchmal sind sie explizit getrennt. Für Dateioperationen wird die API (Application Program Interface) vom logischen Dateisystem bereitgestellt, z. B. OPEN, CLOSE, READ und mehr, da sie für die Interaktion mit der Benutzeranwendung verantwortlich ist. Außerdem wird die angeforderte Operation zur Verarbeitung an die darunter liegende Ebene weitergeleitet. Darüber hinaus ermöglicht die zweite optionale Schicht die Unterstützung für verschiedene gleichzeitige Instanzen physischer Dateisysteme, bei denen es sich um ein virtuelles Dateisystem handelt. Und jede gleichzeitige Instanz wird als Dateisystemimplementierung bezeichnet.

Die dritte Schicht ist für die Pufferung und Speicherverwaltung verantwortlich und wird als physisches Dateisystem bezeichnet. Es befasst sich mit dem physischen Betrieb des Speichergeräts und verarbeitet physische Blöcke, die gelesen oder geschrieben werden. Um das Speichergerät anzusteuern, interagiert diese Schicht außerdem mit dem Kanal und den Gerätetreibern.

Arten von Dateisystemen

Es gibt verschiedene Arten von Dateisystemen:

1. Festplattendateisysteme

Auf dem Festplattenspeichermedium verfügt ein Festplattendateisystem über die Fähigkeit, Daten innerhalb weniger Zeiträume zufällig zu adressieren. Dazu gehört auch die Vorfreude, die zur Geschwindigkeit des Datenzugriffs geführt hat. Ohne Rücksicht auf den sequentiellen Speicherort der Daten können mehrere Benutzer mithilfe eines Festplattendateisystems auf mehrere Daten auf der Festplatte zugreifen.

2. Flash-Dateisysteme

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Ein Flash-Dateisystem ist für Einschränkungen, Leistung und besondere Fähigkeiten des Flash-Speichers verantwortlich. Es ist besser, ein Dateisystem zu verwenden, das für ein Flash-Gerät entwickelt wurde. Ein Festplattendateisystem ist jedoch das grundlegende Speichermedium, das ein Flash-Speichergerät verwenden kann.

3. Banddateisysteme

Ein Banddateisystem wird zum Speichern von Dateien auf dem Band verwendet, da es sich um ein Bandformat und ein Dateisystem handelt. Im Vergleich zu Festplatten sind Magnetbänder leistungsfähiger für den Zugriff auf Daten über einen längeren Zeitraum, was die Herausforderungen für ein Allzweck-Dateisystem hinsichtlich der Erstellung und effizienten Verwaltung darstellt.

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4. Datenbankdateisysteme

Ein datenbankbasiertes Dateisystem ist eine weitere Methode zur Dateiverwaltung. Dateien werden anhand ihrer Merkmale (wie Dateityp, Autor, Thema usw.) und nicht anhand einer hierarchisch strukturierten Verwaltung erkannt.

5. Transaktionale Dateisysteme

Bei einigen Programmen müssen aus irgendeinem Grund eine oder mehrere Änderungen fehlschlagen, oder es sind mehrere Dateisystemänderungen erforderlich, die jedoch keine Änderungen vornehmen. Beispielsweise kann ein Programm zum Zeitpunkt der Installation oder Aktualisierung der Software Konfigurationsdateien oder Bibliotheken und ausführbare Dateien schreiben. Die Software kann unbrauchbar oder defekt sein, wenn die Software während der Aktualisierung oder Installation angehalten wird. Außerdem kann das gesamte System in einem unbrauchbaren Zustand verbleiben, wenn die Installation oder Aktualisierung der Software unvollständig ist.

6. Netzwerkdateisysteme

Ein Netzwerkdateisystem bietet Zugriff auf Dateien auf einem Server. Auf entfernten, mit dem Netzwerk verbundenen Computern können Programme mithilfe lokaler Schnittstellen hierarchische Dateien und Verzeichnisse transparent erstellen, verwalten und darauf zugreifen. Die dateisystemähnlichen Clients für FTP und WebDAV sowie AFS, SMB-Protokolle und NFS sind Beispiele für Netzwerkdateisysteme.

7. Dateisysteme mit gemeinsam genutzten Festplatten

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Ein Dateisystem mit gemeinsam genutzter Festplatte ermöglicht den Zugriff mehrerer Maschinen auf dasselbe externe Festplatten-Subsystem. Wenn jedoch mehrere Maschinen auf dasselbe externe Festplatten-Subsystem zugreifen, kann es in diesem Fall zu Kollisionen kommen. Um die Kollision zu verhindern, entscheidet das Dateisystem, auf welches Subsystem zugegriffen werden soll.

8. Minimales Dateisystem

In den 1970er Jahren waren Platten- und digitale Bandgeräte für einige Erstbenutzer von Mikrocomputern sehr teuer. Es wurden einige günstigere grundlegende Datenspeichersysteme entwickelt, die herkömmliche Audiokassetten verwenden. Auf dem Kassettenrecorder wurde der Benutzer darüber informiert, dass er „RECORD“ drücken musste, wenn das System Daten schreiben musste. Und um das System zu benachrichtigen, drücken Sie „RETURN“ auf der Tastatur. Außerdem musste der Benutzer beim Kassettenrecorder die „PLAY“-Taste drücken, wenn das System Daten lesen musste.

9. Flat-File-Systeme

Die Unterverzeichnisse sind im flachen System nicht verfügbar. Es enthält das einzige Verzeichnis und alle Dateien werden in einem einzigen Verzeichnis gespeichert. Aufgrund des relativ geringen verfügbaren Datenraums war diese Art von Dateisystem ausreichend, als Diskettenmedien zum ersten Mal verfügbar waren.