Blokken en clusters

Bij een partitie met een grote capaciteit (bijvoorbeeld 1GB) is het aantal blokken te groot (2 miljoen) om een efficiente toegang mogelijk te maken. Het beheer van al die blokken zou te veel rekenwerk vergen. Daarom worden de blokken gegroepeerd tot clusters. Een cluster bevat bijvoorbeeld 32 opeenvolgende sectoren. Onze schijf van 1GB bevat 62.500 clusters, wat doenbaar is.

Opgelet: de onderverdeling in clusters is enkel van toepassing op de data-ruimte (directories en bestanden), maar het begin van de data-ruimte op de schijf moet op een cluster-boundary vallen. Een bestand (directory of data-bestand) gebruikt altijd minstens één cluster. Bij kleine opslagmedia komt een cluster overeen met een sector. Het groeperen van blokken tot clusters wordt ook in andere disk-formaten zoals NTFS gebruikt.

Inhoud van de volume

De data-ruimte bevat de bestanden (zowel directories als gewone data-bestanden). De onderverdeling is clusters is hier niet gedaan wegens het klein aantal beschikbare blokken.

Bij het formateren wordt eerst de root directory geschreven. Later wordt bestand-1 geschreven, bestaande uit 14 blokken. De directory bevat een verwijzing naar het begin van het bestand, zodat achteraf het bestand gelezen kan worden. Dan wordt bestand-2 geschreven, en bestand-1 wordt uitgebreid. Het bijkomend stukje van bestand-1 wordt extend genoemd. Dan wordt bestand-2 ook langer gemaakt. Als laatste wordt bestand-3 geschreven, maar in dit hypothetisch voorbeeld blijkt dat de directory te klein is om de verwijzing naar bestand-3 te bevatten: eerst wordt de directory uitgebreid met een extend, en dan wordt bestand-3 geschreven.

Hoe kunnen nu de stukken bij elkaar geraapt worden bij het lezen van een bestand? Door de FAT. De fat is eigenlijk een linked list, één van de basisstrukturen bij bestandsorganisatie. De linked list bevat ENKEL een verwijzing naar het volgend element uit de lijst, de verwijzing naar de plaats van de data in de data-area is zuiver IMPLICIET. De positie van een element in de tabel komt overeen met de fysische plaats op de data-area van de volume.

Inhoud van de FAT

De layout van de bestanden op de schijf komt overeen met de gelinkte lijsten in de FAT tabel.

We onderlijnen in het rood de entry points van onze linked list (verwijzingen vannuit de directory).

Een minpunt is dat we met clusters van 16kB zitten. In het ergste geval (een bestand van één byte) verliezen we 16383 bytes per bestand (slack). In het geval de schijf gebruikt wordt voor foto's (500 foto's à 2MB) dan verliezen we gemiddeld 8.192 bytes per 2MB (minder dan een half percent), wat heel redelijk is.

De overhead is zeer beperkt: de fat neemt weinig plaats in beslag en maakt het mogelijk de stukken van een bestand snel op te sporen. Ook bij het schrijven zijn er weinig operaties nodig: data schrijven, fat aanpassen, directory element schrijven (in die volgorde). Met slechts drie schrijfopdrachten wordt een bestand op schijf opgeslagen.

Daarbij komt nog dat het FAT filesysteem patent-vrij is. Microsoft heeft die willen breveteren, maar dat lukte enkel voor bepaalde specifieke extensies, namelijk de voorziening voor lange bestandsnamen. Daarom hebben de foto's op een geheugenkaart altijd een naam DSC-1234.JPG (8.3 naam) en kan het fototoestel de foto niet meer tonen indien je de foto een langere naam geeft: het fototoestel mag geen software aan boord hebben om die lange namen te herkennen.

• De tijdindicatie van bestanden is niet nauwkeurig op de milliseconde (maar dat kan niemand schelen).
• ACL wordt niet ondersteund (Access Control List: dat wil zeggen toegangscontrole tot bepaalde bestanden) en ADS ook niet (Alternate Data Stream, een zeer gevaarlijke mogelijkheid van NTFS).
• Er is geen systeem voorzien om fragmentatie van de bestanden te beperken: een nieuw bestand of een extend wordt geschreven op de eerste vrije plaats (maar geheugenkaarten hebben geen last van bestandsfragmentatie: ze kunnen even snel bestanden lezen die uit duizenden stukjes bestaan als bestanden die uit één stuk bestaan).

4GB, dat is te weinig voor een videofilm, te weinig voor een back up, te weinig,... te weinig,... te weinig,... weg met die rommel waarop wij geen patent hebben! Daarom ook dat microshit windows weigert een partitie als FAT te formateren als die meer dan 32GB capaciteit heeft. 32GB... dat is de capaciteit van de huidige geheugenkaarten! De geheugenkaarten zal je dan in het toestel zelf moeten formateren, of gebruik maken van linux (FAT-32 kan werken met volumes tot 2TB).