菜鳥(niǎo)進(jìn)階十二:大容量U盤(pán)文件系統(tǒng)分析

    當(dāng)優(yōu)盤(pán)(U盤(pán))代替軟盤(pán)成為人們常備的移動(dòng)存儲(chǔ)工具時(shí)，很少有人知道U盤(pán)其實(shí)并非通用的產(chǎn)品名稱(chēng)，它只是一個(gè)公司注冊(cè)的閃存盤(pán)商標(biāo)而已；也基本沒(méi)人知道這種結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、體積小巧的USB接口閃存介質(zhì)存儲(chǔ)產(chǎn)品，最早是由中國(guó)人所發(fā)明的。

優(yōu)盤(pán)的鼻祖——朗科

    閃存盤(pán)雖然技術(shù)含量不高，但卻是中國(guó)在計(jì)算機(jī)存儲(chǔ)領(lǐng)域二十年來(lái)的唯一原創(chuàng)性發(fā)明成果，它淘汰了軟驅(qū)、讓ZIP和MD胎死腹中、甚至一定程度上威脅到了光驅(qū)的統(tǒng)治地位。如今的閃存盤(pán)早已風(fēng)靡全球，容量節(jié)節(jié)攀升、價(jià)格平易近人，甚至被當(dāng)作廣告的載體免費(fèi)贈(zèng)送……

    如今討論U盤(pán)的選購(gòu)意義并不大，相信大部分電腦玩家都是人手N個(gè)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(pán)。

當(dāng)今市售最大容量的128GB U盤(pán)

    U盤(pán)容量的迅速膨脹，勢(shì)必會(huì)對(duì)用戶的使用習(xí)慣產(chǎn)生影響。當(dāng)一個(gè)大肚能容的U盤(pán)掛在腰間，各種數(shù)據(jù)的交換概率自然而然就會(huì)增加。且對(duì)多數(shù)人來(lái)說(shuō)，也喜歡把數(shù)據(jù)放入U(xiǎn)盤(pán)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(duì)如何正確使用U盤(pán)沒(méi)有概念？那么，本文就從磁盤(pán)存儲(chǔ)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(chǔ)和組織的總體結(jié)構(gòu)。作為最常見(jiàn)的操作系統(tǒng)Windows來(lái)說(shuō)，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(shí)文件系格式也就是我們經(jīng)常所說(shuō)的“磁盤(pán)格式”或“分區(qū)格式”，總體都是一個(gè)概念，只不過(guò)“分區(qū)”只針對(duì)硬盤(pán)來(lái)說(shuō)的，而文件系統(tǒng)是針對(duì)所有磁盤(pán)及存儲(chǔ)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(pán)，也就是以MB為存儲(chǔ)單位的U盤(pán)，所使用的文件系統(tǒng)格式統(tǒng)一為FAT16，所以我們首先就來(lái)講講FAT16。

    在說(shuō)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(lái)記錄文件所在位置的表格，它對(duì)于磁盤(pán)的使用是非常重要的，假若丟失文件分配表，那么硬盤(pán)上的數(shù)據(jù)就會(huì)因無(wú)法定位而不能使用了。

　　FAT16使用了2個(gè)字節(jié)（也就是16位）的空間來(lái)表示每個(gè)扇區(qū)(Sector)配置文件的情形，故稱(chēng)之為FAT16。

　　FAT16由于受到先天的限制，因此每超過(guò)一定容量的分區(qū)之后，它所使用的簇(Cluster)大小就必須擴(kuò)增，以適應(yīng)更大的磁盤(pán)空間。所謂簇就是磁盤(pán)空間的配置單位，就象圖書(shū)館內(nèi)一格一格的書(shū)架一樣。每個(gè)要存到磁盤(pán)的文件都必須配置足夠數(shù)量的簇，才能存放到磁盤(pán)中。FAT16各分區(qū)與簇大小的關(guān)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(gè)1GB容量的U盤(pán)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(gè)簇才行。而如果是一個(gè)1KB的文件，它也必須使用一個(gè)簇來(lái)存放。那么每個(gè)簇中剩下的空間可否拿來(lái)使用呢？答案是不行的，所以在使用磁盤(pán)時(shí)，無(wú)形中都會(huì)或多或少損失一些磁盤(pán)空間。

2GB的分區(qū)使用FAT16系統(tǒng)格式化

● FAT16的缺點(diǎn)

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

    能解決這兩個(gè)問(wèn)題的，就是FAT32文件系統(tǒng)了。

● FAT32文件系統(tǒng)

    FAT32使用4個(gè)字節(jié)（也就是32位）的空間來(lái)表示每個(gè)扇區(qū)(Sector)配置文件的情形，故稱(chēng)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(dá)2TB FAT32分區(qū)。

    FAT32相比FAT16，優(yōu)點(diǎn)如下：

• 可支持大于2GB的分區(qū)。最大可達(dá)2TB，即便是目前最大容量的硬盤(pán)都能支持，更別說(shuō)U盤(pán)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(gè)分區(qū)大小都為2GB，一個(gè)分區(qū)采用了FAT16文件系統(tǒng)，另一個(gè)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(chǔ)碎文件時(shí)FAT32就比FAT16的存儲(chǔ)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(dòng)記錄被包含在一個(gè)含有關(guān)鍵數(shù)據(jù)的結(jié)構(gòu)中，減少了計(jì)算機(jī)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(qū)動(dòng)器上的任何位置。以前對(duì)根文件夾數(shù)量的限制不復(fù)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(gè)文件分配表處于活動(dòng)狀態(tài)。這些功能允許您動(dòng)態(tài)重調(diào)FAT32分區(qū)的大小。不過(guò)要注意，雖然FAT32的設(shè)計(jì)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(pán)，簇更小

● FAT32的缺點(diǎn)

    雖然對(duì)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(shí)至今日仍不過(guò)時(shí)，但FAT32只能存儲(chǔ)最大4GB的單個(gè)文件，所以FAT32無(wú)法存放光盤(pán)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(jí)服務(wù)器網(wǎng)絡(luò)操作系統(tǒng)環(huán)境的文件系統(tǒng)。NTFS的目標(biāo)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(pán)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(zhǎng)文件名、壓縮分區(qū)、事件追蹤、文件索引、高容錯(cuò)性、數(shù)據(jù)保護(hù)和恢復(fù)、加密訪問(wèn)……

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(pán)的絕對(duì)主流格式，XP、Vista、Win7默認(rèn)都會(huì)將分區(qū)格式化為NTFS系統(tǒng)，因此關(guān)于NTFS的種種優(yōu)勢(shì)和特性就沒(méi)必要多做強(qiáng)調(diào)了，可以說(shuō)NTFS是目前最好的磁盤(pán)文件系統(tǒng)，但為什么U盤(pán)和各種存儲(chǔ)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(diǎn)，但這些都是針對(duì)傳統(tǒng)機(jī)械硬盤(pán)而設(shè)計(jì)的，對(duì)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?yàn)橐涗洿疟P(pán)的詳細(xì)讀寫(xiě)操作，對(duì)U盤(pán)這種快閃存儲(chǔ)介質(zhì)會(huì)造成較大的負(fù)擔(dān)，比如同樣存取一個(gè)文件或目錄，在NTFS系統(tǒng)上的讀寫(xiě)次數(shù)就會(huì)比FAT32來(lái)得多，理論上NTFS格式的U盤(pán)比較容易損壞，而且400MB以下的分區(qū)也比FAT16更浪費(fèi)空間。

    NTFS這些額外的功能無(wú)論對(duì)SSD硬盤(pán)和U盤(pán)都會(huì)造成不同程度的傷害，因此新一代Windows 7操作系統(tǒng)專(zhuān)門(mén)針對(duì)SSD進(jìn)行優(yōu)化，通過(guò)各種手段減少讀寫(xiě)次數(shù)和碎片的產(chǎn)生。而對(duì)于U盤(pán)來(lái)說(shuō)，本身USB的帶寬就有限，NTFS文件系統(tǒng)頻繁讀寫(xiě)占據(jù)通道會(huì)讓磁盤(pán)性能降低，為此微軟專(zhuān)門(mén)針對(duì)移動(dòng)存儲(chǔ)設(shè)備開(kāi)發(fā)了ExFAT文件系統(tǒng)。

    對(duì)于閃存，NTFS文件系統(tǒng)會(huì)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(duì)FAT文件系統(tǒng)的一種延續(xù)，全稱(chēng)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(diǎn)，又沒(méi)有NTFS那么多閃存永遠(yuǎn)都不會(huì)用到的功能，適合各種移動(dòng)存儲(chǔ)卡和U盤(pán)使用。

　　相對(duì)FAT16/32文件系統(tǒng)，ExFAT有如下優(yōu)點(diǎn)：

• 增強(qiáng)了臺(tái)式電腦與移動(dòng)設(shè)備的互操作能力
• 分區(qū)大小和單文件大小最大可達(dá)16EB（16×1024×1024TB）
• 簇大小非常靈活，最小0.5KB，最高達(dá)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(dá)65 536個(gè)
• 支持訪問(wèn)控制
• 支持TFAT(WINCE早期文件系統(tǒng))

    可以看出，ExFAT就是閃存專(zhuān)用的文件系統(tǒng)，只有U盤(pán)和存儲(chǔ)卡才能格式化成ExFAT，傳統(tǒng)硬盤(pán)是無(wú)法格式化成ExFAT格式的，因?yàn)镋xFAT的特性其實(shí)并不比NTFS強(qiáng)，但卻比NTFS及FAT32更適合閃存使用。

    不過(guò)，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(rèn)都不支持ExFAT，XP需升級(jí)至SP3補(bǔ)丁、Vista需升級(jí)至SP1補(bǔ)丁才能支持它。當(dāng)然微軟也提供了ExFAT的單獨(dú)更新文件，Win7默認(rèn)支持。

    附：XP支持ExFAT的KB955704補(bǔ)丁下載

    雖然四種文件系統(tǒng)的存儲(chǔ)方式和特性各不相同，但對(duì)于傳輸速度并不快的存儲(chǔ)卡和U盤(pán)來(lái)說(shuō)，實(shí)際傳輸性能卻大同小異，理論測(cè)試數(shù)據(jù)相差不過(guò)1MB/s，長(zhǎng)時(shí)間使用可能會(huì)有差別。因此，U盤(pán)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(jiǎn)單歸納總結(jié)下四種文件系統(tǒng)的優(yōu)劣。

● FAT16：

• 優(yōu)點(diǎn)：兼容性最好，某些數(shù)碼設(shè)備可能對(duì)FAT32和NTFS格式的存儲(chǔ)卡支持不太好，因此只能使用FAT16
• 缺點(diǎn)：最大僅支持2GB分區(qū)，空間浪費(fèi)大
• 備注：趕緊看看您的U盤(pán)是不是FAT格式，如果是就改用FAT32吧

● FAT32：

• 優(yōu)點(diǎn)：兼容性好
• 缺點(diǎn)：?jiǎn)蝹€(gè)文件不能超過(guò)4GB，不支持512MB以下容量的U盤(pán)
• 備注：如果U盤(pán)容量達(dá)8GB以上，發(fā)現(xiàn)4GB文件拷不進(jìn)去的話，可以考慮換用NTFS或ExFAT格式了

● NTFS：

• 優(yōu)點(diǎn)：兼容性好，支持任意大小的U盤(pán)
• 缺點(diǎn)：會(huì)縮短閃存壽命
• 備注：反正U盤(pán)超便宜，不怕壞的朋友們使用NTFS其實(shí)挺好

● ExFAT：

• 優(yōu)點(diǎn)：專(zhuān)為閃存和U盤(pán)設(shè)計(jì)，空間浪費(fèi)小
• 缺點(diǎn)：兼容性差，XP和Vista系統(tǒng)需要更新補(bǔ)丁才能支持
• 備注：很多人的電腦都不開(kāi)自動(dòng)更新，自然不支持ExFAT，準(zhǔn)備好補(bǔ)丁文件吧

● 投票：在了解了四種常見(jiàn)文件系統(tǒng)的特性和優(yōu)劣之后，您認(rèn)為U盤(pán)該使用哪種文件系統(tǒng)？

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