Sekundärspeicher

Heutige Betriebssysteme unterstützen eines oder mehrere Dateisysteme, von denen im folgenden eine kleine Übersicht erstellt wurde:

UNIX:

Das UNIX-System organisiert Dateien hierarchisch in einem Binärbaum. Sie befinden sich in einem Dateibaum, an dessen Astverzweigungen sich Verzeichnisse und/oder Dateien befinden, an seinen Astenden jedoch nur Dateien. Der Dateibaum ist allerdings nur der für den Benutzer sichtbare Teil des Dateisystems. Man unterscheidet verschiedene Arten von Dateisystemen. Hier stellen plattenbasierte Systeme den Hauptanteil dar, zu denen ufs (unix filesystem, solaris), s5 (system V filesystem), afs (advanced filesystem), sfs (secure filesystem) und bfs (boot filesystem) gehöhren. Auch FAT gehört zur Gruppe plattenbasierter Dateisysteme. Eine zweite Gruppe umfaßt die auf Netzwerken basierenden Dateisysteme wie z.B. nfs (network filesystem) oder rfs (remote filesystem). Für CDs wurde ein spezielles Dateisystem entwickelt: hsfs (high sierra filesystem). Unter Solaris gibt es dann noch sogenannte Pseudodateisysteme wie tmpfs (temporäres Dateisystem) oder procfs (Prozeß-Dateisystem). Das Standarddateisystem unter Unix ist jedoch ufs. Unter Solaris wird auch noch das swapfs- , fifofs-, namefs-, fdfs-, autfs-, lofs- und chachefs-Dateisystem eingesetzt. Dies sind jedoch zumeist sehr spezielle virtuelle Dateisysteme. Einige dieser Dateisysteme finden auch in anderen Betriebssystemen Verwendung. UFS umfaßt einen oder mehrere Plattenbereiche (Slices). Unter Solaris ist die maximale Größe aller unter einem Dateibaum zusammengefaßten Bereiche 1 Terabyte; die maximale Größe einzelner Dateien darf 2 GB nicht überschreiten. Die Anzahl der Dateien, die in einem ufs-Dateisystem untergebracht werden können, hängt von der Zahl der zur Verfügung stehenden i-Nodes (vgl. FAT, Clusterzahl) ab, die der Verwaltung der Dateiinformationen dienen. Voreingestellt ist bei UFS ein i-Node pro 2 kB Plattenplatz, d.h. eine Platte von 1GB würde maximal 500.000 Dateien fassen. Zur effizienten Verwaltung werden die Zylinder einer Festplatte meist in Gruppen von 16 zusammengefaßt, zu deren Beginn jeweils der Superblock steht, welcher wichtige Informationen für das Dateisystem enthält. Zur Datengewinnung wird allerdings nur auf den ersten Hauptsuperblock zugegriffen, alle anderen werden erst bei Verlust des ersten als Reservesuperblöcke eingesetzt. Weitere Informationen hierzu in.

DOS, Win 1.0-3.11, Win95/98, Win NT: (FAT)

Das FAT-Dateisystem (File Allocation Table) ist hierarchisch aufgebaut. Im Normalfall versucht das Dateisystem, zusammenhängende Blöcke für eine Datei zu reservieren. Wird eine Datei nachträglich vergrößert und sind die nächsten Blöcke schon besetzt, werden einfach die nächsten zur Verfügung stehenden Blöcke zugeteilt. Ein Datei, die nicht in einem Stück auf der Platte liegt, nennt man fragmentiert. Alle Informationen bezüglich Position und Größe einer Datei werden in einer Allokationstabelle, die sich am Anfang einer Partition befindet, gespeichert. Eine Partition kann in mehrere logische Laufwerke unterteilt werden. Diese Unterteilungsform entstammt der Zeit, als MS-DOS nur maximal 32 MB auf einer Festplatte am Stück adressieren konnte. Jedes logische Laufwerk erhält einen Laufwerksbuchstaben der von a: bis z: durch das Betriebssystem vergeben wird. Verzeichniseinträge enthalten nur eine Information über den Anfangscluster einer Datei. Da Dateien meist mehrere Cluster belegen, werden die Informationen darüber in einer Dateibelegungstabelle festgehalten. Diese (die FAT) ist eine Tabelle mit Nummern, wovon jede einen Cluster repräsentiert. Ein großer Nachteil ist, daß die Dateien im Dateibereich unsortiert und/oder sehr fragmentiert vorliegen können und daß sehr wenige Attributbits nur für eine sehr eingeschränkte Sicherheit sorgen.

Windows NT: NTFS, DFS

NTFS (New Technology File System) und DFS (Distributed File System) sind WinNT-eigene Dateisysteme. Beide unterstützen wie FAT 32 lange Dateinamen. Beschränkungen von NTFS: max.4 primäre Partitionen oder max. 3 primäre Partitionen und eine erweiterte Partition mit maximal 23 logischen Laufwerken, max. 2 Terabyte Partitionsgröße. Durch die durchgängig 64bittige Bearbeitung der Daten wären theoretisch sogar 16 Exabyte möglich. Dies wird jedoch (noch) durch einige Limitierungen begrenzt. So können IDE-Laufwerke z. B. maximal "nur" 136.9 GB groß sein, Standard-IDE-Laufwerke sind jedoch auf 528 MB beschränkt. Neuere EIDE-Laufwerke können auf wesentlich größere Partitionen zugreifen, geeignete BIOS- oder Treiberunterstützung vorausgesetzt. Eine besondere Eigenschaft von NTFS ist die Art, in der es Informationen ablegt. Alle Bestandteile von NTFS sind Teile von Dateien, sogar Dateiattribute oder Verzeichnisse. Die interne Struktur von NTFS ist ein Binärbaum.

Da Windows NT ursprünglich aus dem UNIX-Derivat POSIX entwickelt wurde, enthält es viele der Eigenarten, die oben im Abschnitt UNIX beschrieben wurden.

DFS ist ein Netzwerkdateisystem, welches von Microsoft als Konkurrenz zu Novells NDIS (Network Directory Services) entwickelt wurde. Auf seine Struktur soll an dieser Stelle nicht näher eingegangen werden.

Das Dateisystem FAT ist in Windows NT durch interne Grenzen auf 4 GB limitiert. Da es durchgängig 16-bittig arbeitet, können maximal 2^16, also 65.536 Cluster, zu je 64 KB eingerichtet werden; dies ergibt insgesamt 4 GB.

Windows 95,98, NT 5.0 : FAT32

FAT32 ist ein von der Firma Microsoft entwickeltes Dateisystem, welches trotz der Namensgleichheit nicht kompatibel zu FAT16 ist. Es bietet Unterstützung für lange Dateinamen und reduziert das unter FAT16 auftretende Problem der Clustergrößen bei Festplatten > 1GB.

OS/2: HPFS (High Performance File System)

(High Performance File System) HPFS bedient sich 32-Bit Adressen. Die maximale Dateigröße beträgt 4 GB. Wie viele andere Dateisysteme benutzt HPFS 512 Byte Sektoren.

OS/2 Warp 4 unterstützt zwei Dateisysteme; zusätzlich zu HPFS behält es seine Kompatibilität zu MSDOS, es unterstützt FAT, welches für Disketten immer noch standardmäßig verwendet wird. Im Gegensatz zu FAT unterstützt HPFS lange Dateinamen und nutzt den Plattenspeicher effizienter als FAT. Ein besonderes Merkmal von HPFS sind die Extended Attributes (EA), die jeder Datei angehängt werden und Informationen über jene bereithalten. So wird z.B. der Name der Datei, der auf dem Desktop angezeigt wird, dort gespeichert. EAs sind Teile des FCB, der gelesen wird, wenn man die Datei öffnet. Bei FAT müssen diese Informationen von einem anderen Cluster mit zusätzlichen E/A-Operationen gelesen werden. Natürlich hat HPFS auch einige Nachteile.

Zum einen können DOS-Anwendungen HPFS-formatierte Platten nicht sehen, zudem benötigt der HPFS-Treiber 264 kB Speicher.

Für FAT gilt:

Partitionsgröße	Sektoren pro Cluster	Clustergröße
<32MB	1	512 Bytes
<64MB	2	1K
<128MB	4	2K
<255MB	8	4K
<511MB	16	8K
<1023MB	32	16K
<2047MB	64	32K
<4095MB	128	64K

Es nicht empfehlenswert, Partitionen größer als 512 MB mit FAT zu formatieren, da dann die Clustergröße über 8 kB wächst. Neueste EIDE-Laufwerke brechen allerdings schon die Barriere, für die gleiches für NTFS gilt (>8GB).

Für NTFS gilt:

Partitionsgröße	Sektoren pro Cluster	Clustergröße
<512MB	1	512 Bytes
<1024MB	2	1K
<2048MB	4	2K
<4096MB	8	4K
<8192MB	16	8K
<16384MB	32	16K
<32768MB	64	32K
>32768 MB	128	64K