File Allocation Table (FAT)
Das File Allocation Table (FAT) Dateisystem wurde von Microsoft entwickelt, um kleine Festplatten und übersichtliche Ordnerstrukturen effizient zu verwalten. Seinen Namen verdankt es der zentralen Dateizuordnungstabelle (File Allocation Table), die den Kern des Systems bildet. Die Dateizuordnungstabelle verfolgt die Zuordnung von Clustern auf einem Speicher-Volumes sowie deren Verknüpfung mit den zugehörigen Dateien und Verzeichnissen. Diese Tabelle spielt eine so entscheidende Rolle, dass das Akronym FAT manchmal sowohl für das Dateisystem selbst als auch für die Tabelle verwendet wird.
Das FAT-Dateisystem zeichnet sich durch seine Einfachheit und breite Kompatibilität aus. Es wurde speziell für kleine Festplatten und unkomplizierte Ordnerstrukturen konzipiert, was es zu einer idealen Wahl für portable Speichermedien wie USB-Sticks oder Wechseldatenträger macht.
Das FAT-Dateisystem wurde mit MS-DOS (Microsoft Disk Operating System) veröffentlicht und ist auch heute noch im Einsatz, hat sich aber im Laufe der Jahre weiterentwickelt, um mit immer größeren Dateimengen zurechtzukommen. In dieser Zeit gab es mehrere Versionen des Dateisystems. Die ursprüngliche Version war FAT8, gefolgt von FAT12, dann FAT16 und schließlich FAT32. Auf der Grundlage der letzten drei Versionen – FAT12, FAT16 und FAT32 – hat Microsoft mehrere Varianten entwickelt, die das Dateisystem weiter ausbauen.
Die mit jeder FAT-Version (zum Beispiel FAT16) verbundene Zahl bezieht sich auf die Anzahl der Bits, die für jeden Eintrag in der Zuordnungstabelle verwendet werden. Ein Eintrag in der Zuordnungstabelle für ein FAT16-Volume ist beispielsweise 16 Bits lang. Die FAT-Versionen unterscheiden sich jedoch nicht nur in der Anzahl der Eintragsbits. Jede Version unterstützt auch größere Datenträger und Dateigrößen als die vorherige. Dennoch ist FAT im Vergleich zu moderneren Dateisystemen immer noch auf kleine Speichergrößen beschränkt. Die größte Dateigröße, die FAT32 unterstützt, beträgt 4 Gigabyte, und die größte Datenträgergröße beträgt 2 Terabyte.
Früher wurde das FAT-Dateisystem in großem Umfang für Windows-Computer verwendet. Heute setzen die meisten Windows-Systeme jedoch auf das New Technology File System (NTFS) – oder, in geringerem Maße, das Resilient File System (ReFS), das Microsoft 2012 eingeführt hat und von dem man sich mehr Verfügbarkeit, Ausfallsicherheit und Skalierbarkeit verspricht.
Obwohl das FAT-System auf den meisten Windows-Computern abgelöst wurde, unterstützen aktuelle Windows-Editionen immer noch FAT, ebenso wie macOS, Linux und Unix. Darüber hinaus ist FAT immer noch auf Disketten, USB-Flash-Laufwerken und Speichermedien in kleineren, tragbaren Geräten wie Digitalkameras im Einsatz.
Was ist die Funktion der Dateizuordnungstabelle?
Die FAT spielt eine zentrale Rolle beim Datei- und Verzeichniszugriff auf einem FAT-Datenträger und ist direkt in das Layout des Datenträgers integriert. Ein FAT-Volume ist in mehrere Abschnitte unterteilt, die einer bestimmten Reihenfolge folgen, beginnend mit dem Bootsektor:
- Bootsektor. Speichert die Informationen, die das Dateisystem für den Zugriff auf den Datenträger benötigt, einschließlich des Datenträgerlayouts und der Dateisystemstruktur.
- Allocation table region. Speichert die primäre Zuordnungstabelle sowie ein Duplikat der Tabelle, das als Backup dient.
- Root Directory (Stammverzeichnis). Speichert eine Verzeichnistabelle mit Einträgen, welche die auf dem Volume gespeicherten Dateien und Ordner beschreiben. Jeder Eintrag enthält Informationen wie Name, Größe, Erstellungsdatum und Datum der letzten Änderung. Ein Eintrag enthält auch die Startclusternummer, die einem Eintrag in der Dateizuordnungstabelle entspricht. Bei FAT12 und FAT16 befindet sich das Stammverzeichnis an einem bestimmten Ort auf dem Speichermedium – direkt nach den Zuordnungstabellen – und hat eine feste Anzahl von maximalen Einträgen. Das Stammverzeichnis für FAT32 wird in der Datenregion verwaltet und hat keine feste Anzahl von maximalen Einträgen.
- Datenbereich. Hier speichert das System die eigentlichen Datei- und Verzeichnisdaten. Dieser Bereich ist in Cluster unterteilt, die den größten Teil des Volumes ausmachen. Die Cluster sind fortlaufend nummeriert und entsprechen den Auflistungen in der Zuordnungstabelle.
Cluster sind die Grundeinheiten des logischen Speichers auf einem FAT-Volume. Ein Cluster kann zwischen 512 Byte und 64 Kilobyte groß sein, je nach Volumegröße und Typ des FAT-Dateisystems. Jede Datei, die auf ein FAT-Volume geschrieben ist, wird in einem oder mehreren Clustern gespeichert, wobei jedes Cluster jeweils nur für eine Datei zur Verfügung steht. Die Cluster einer Datei können in fortlaufender Reihenfolge nebeneinander liegen oder über das Volume verstreut sein, was zu einer fragmentierten Datei führt.
Die Zuordnungstabelle auf einem FAT-Volume verfolgt jedes Cluster in diesem Volume und bildet die mit den Verzeichnissen und Dateien des Volumes verbundenen Zuordnungsketten ab. Jeder Tabelleneintrag entspricht einem Cluster und befindet sich normalerweise in einem von vier Zuständen:
- Das Cluster ist unbenutzt.
- Das Cluster befindet sich in einer Zuordnungskette, die mit einer bestimmten Datei oder einem bestimmten Verzeichnis verbunden ist; der Tabelleneintrag verweist auf das nächste Cluster in der Kette.
- Das Cluster ist das letzte in einer Zuordnungskette, die mit einer bestimmten Datei oder einem bestimmten Verzeichnis verbunden ist.
- Das Cluster ist fehlerhaft.
Der erste Cluster-Eintrag in der Zuordnungstabelle wird normalerweise für die FAT-ID des Volumes verwendet, und der zweite Eintrag zeigt an, dass das Cluster reserviert ist. Bei einem FAT32-Volume entspricht der dritte Eintrag normalerweise dem ersten Cluster, das für das Stammverzeichnis verwendet wird. Die restlichen Cluster-Einträge in der Zuordnungstabelle sind für die einzelnen Verzeichnisse bestimmt.
Der Rest der Cluster-Einträge in der Zuordnungstabelle ist den Verzeichnis- und Dateizuordnungsketten gewidmet. Jede Kette beginnt mit dem Cluster, das in der Stammverzeichnisliste für das betreffende Verzeichnis oder die betreffende Datei angegeben ist. Eine Kette kann aus nur einem Cluster bestehen, der in diesem Fall als letzter Cluster in der Kette markiert ist.
Wenn eine Datei von einem FAT-Datenträger gelesen wird, setzt das Betriebssystem die Datei aus den Clustern wieder zusammen – unter Bezugnahme auf die Zuordnungstabelle für die Kettenverknüpfung der Datei - und gibt die Datei dann vollständig im Speicher wieder.
