File System 의 종류 (format 방식) - FAT / NTFS

   좀더 자세하고 정확히 알기위해 장시간 웹서핑을 했지만.. 누가봐도 쉽게 이해갈만한 지식은 정말 적은것 같습니다.
제가 추구하고자 하는것은.. 정말 세세하게는 몰라도 개념은 쉽게 이해할 수 있는 포스팅을 하자는 것입니다.
과연 제맘같이 표현할 수 있을지는 미지수 이지만 최대한 노력해보려 합니다.

위 그림에 보이는 File System 이란 간단히 포맷형식으로도 표현할 수 있습니다.

 왼쪽 이미지는 USB 메모리스틱을 연결했을경우 나타나는 화면입니다.
MS사의 윈도우XP sp2 이상부터 exFAT이 사용가능 합니다.
그외에도 Linux, Unix,Mac 등 파일시스템이 다양하게있지만..
여기서는 윈도우에서 사용되는 파일시스템의 종류와
그에따른 장.단점을 비교해 보려합니다.

  대표적으로 파일시스템하면 FAT32 / NTFS 두가지를 들 수 있습니다.
물론 NTFS가 향상된 기술입니다. 그렇다고 FAT32보다 모든면에서 뛰어나지는 않습니다.
그렇기 때문에 고를 수 있게끔 만들었나 봅니다.

 파일 시스템을 이해하기 위해서는 먼저 클러스터(cluster)을 알아야하는데
HDD에 데이터를 기록하는 최소단위는 섹터(secter)입니다. 하나의 섹터는 512byte인데 만약 데이터를 섹터단위로 기록한다면
고작 영화한편에 불과한 2GB(2,147,483,648Byte)정도의 디스크만봐도 섹터의 개수가 무려4,194,304개입니다.
320GB HDD만해도 섹터수는 억단위가 넘어가겠죠... 이걸 모두 주소화시켜서 관리한다는건 너무 비효율적이라
섹터를 1~64개정도를 묶어서 하나의 클러스터로 표현하였습니다. 주소체계가 그나마 좀 간편해졌죠
이렇게 데이터를 기록하는 최소단위는 섹터가아닌 클러스터단위로 기록하게됩니다.
(쉽게 표현하자면 섹터 = 원자 / 클러스터 = 세포 정도로 표현할 수 있겠습니다.)
하지만 이것도 HDD가 점점 고용량화 되고 그에따른 데이터기록방식(수직기록방식)도 발전함에따라
최근엔 섹터의최소 용량도 512Byte 에서 발전한 4KB로 바뀌어가는 추세입니다. (보편적으로 SSD에서 볼 수 있습니다.)

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FAT(File Allocation Table) 파일 할당 테이블
(파일의 클러스터 주소를 bit길이로 표현하는 방식)
 *클러스터의 크기가 모두 동일함*

  FAT방식은 초창기 오픈소스DOS 시절부터 사용되왔고 가장많이 쓰이는 FAT32방식과 더불어 exFAT까지 발전하였습니다.
그외에도 FAT16 에서 FAT32로 넘어가는 과도기적에 잠깐 사용되었던 VFAT라는것과 게임기인 엑스박스용 FATX라는게 있었지만.
중요하지 않으므로 패스 여기서는 FAT16 / FAT32 / exFAT 세가지를 살펴 보겠습니다. (FDD는 FAT12를 사용합니다.)

FAT16 

  도스 3.0 시절부터 WIN95 OSR1까지 쓰였습니다.
클러스터를 표현할 수 있는 넓이(길이)는 2의 16승 즉 4078~65,536개의 클러스터를 사용할 수 있습니다.
다만 한계 용량이 2GB이며 모두 동일한 클러스터의 크기로인해 용량의 낭비가 심한편 이었습니다.
(왜 낭비가 돼는지는 NTFS를 설명후 장단점 비교시 설명하겠습니다.)

FAT32

  WIN95 OSR2부터 사용할 수 있었습니다.
FAT16을 보면 알듯이 뒤에 숫자는 2의 32승인데 실제로는 2의 32-4승을 사용하게됩니다. 
(왜 28승 인지는 저도 모르겠습니다. 아직 배운바가 없네요.. 아시는분 있으면 댓글로좀) 
최대 2의 28승(32-4승) = 268,435,456(65536~268435456)  표현할 수 있는 클러스터의 개수가 비약적으로 늘어납니다.
그러나 역시 한계를 가지고 있었습니다.
하나의 파티션이 가질수 있는 크기는 이론상으론 8 TB이나 실제론 2TB만 적용가능하며
관리할 수 있는 파일도 4GB-1Byte 까지입니다. (4GB넘는 파일을 복사할 수 없음)
요즘엔 단일 파일이 10GB가 넘는것도(1080p 동영상파일등) 수두룩한데 말이죠..
USB같은 플레시메모리가 점점 고용량화 되면서 FAT32방식에 한계가 온거라고 봅니다. 물론 NTFS로도 가능하지만
상대적으로 HDD보다 저용량인 USB같은경우 FAT방식이 더 효율적이라고 볼 수 있습니다.

exFAT(Extended :넓어진,확장된)

   WIN XP sp2부터 사용할 수 있게 됐습니다. 다만 이건 HDD에 적용되는 방식이아니라
고용량화 되가는 플레시메모리를 위해 나온 시스템입니다. FAT32가 최대 4GB-1Byte(왜 -1Byte인지 아시는분 댓글좀)
였다면 exFAT는 최대 16EB(엑사바이트) = 16,777,216GB까지 파일을 관리할 수 있습니다.
(여기서 파일관리는 단일파일이며 파티션의 크기가 아닙니다.)
어마어마한 크기지요... HDD가 아무리 빠른발전을 보인다고해도 살아생전 접해볼 수 있는 단위인지 모르겠습니다.

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NTFS(New Technology File System)
*클러스터의 크기가 동적임*

  FAT방식보다 안정성,확장성,보안성 등이 강화된   NTFS는 이론적으로는
2⁶⁴−1 의 클러스터를 가질 수 있습니다. WIN XP PRO에서는 2³²−1라고 합니다.
MS에서는 파티션의크기가 최소 400MB이상의 볼륨에서 사용하길 권고하는데 이유는 오버헤드(100MB당 4MB)의 양이
상당하기 때문에 적은용량의 볼륨을 더 적게 만들 수 있다고 합니다.

 NTFS의 가장큰 장점 중 하나는 용량 관리가 효율적이라는것 입니다.
FAT에서는 클러스터의 크기가 4KB라고 가정했을때 그볼륨의 모든 클러스터의 크기는 4KB로 고정됩니다.
그러다보니 1KB의 데이터를 저장할라치면 위에 언급한것처럼 데이터기록 최소단위는 클러스터이기때문에
4KB의 크기의 클러스터를 1KB만 사용하고 남은 3KB는 낭비를 하게되는 셈이지요. 
그에반해 NTFS는 동적으로 1개당 512Byte의 크기 클러스터 2개를 사용함으로써 용량낭비를 최소화 시켰습니다.

 다만 단점은 상당한 오버헤드와 FAT방식에 비해서 데이터당 클러스터개수가 많아지는 이유로 
접근속도가 FAT32에비해서 다소 떨어지는 경향이 있습니다. 그렇다고 FAT방식이 더 빠르다? 
볼륨이 저용량이라면 NTFS에 비해 읽어야하는 클러스터개수가 적기때문에 효율적일 수 있으나
MS에서는 FAT방식은 볼륨 용량이 커질수록 성능저하가 커진다고하고 게다가 FAT방식은 4GB이상의 파일을 관리할 수 없으니
이런저런 이유로 요즘 HDD의 파일시스템은 NTFS가 정설이 되버렸습니다.

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ex) 2GB의 파티션 에서 9KB의 데이터를 저장할때

FAT16	FAT32	NTFS
한계용량 2GB  클러스터의 크기 32KB (2GB / 32KB = 65536개 클러스터) 1개의 클러스터 사용 32KB - 9KB = 23KB의 용량낭비	한계용량 2TB(최대 4GB파일)  클러스터의 크기 4KB (2GB / 4KB = 524288개 클러스터) 2개의 클러스터 사용 8KB*2 - 9 = 7KB 용량낭비	한계용량 16EB 클러스터의 크기 512Byte (최대 264−1의 동적 클러스터) 512Byte*18 - 9KB = 0KB 낭비없음 512Byte이하의 데이터사용시 손실가능

위표는 FAT16 / FAT32 / NTFS를 한눈에 비교하기 쉽게 작성한 것입니다.

USB같은 작은 용량의 플래시메모리는 16EB까지 파일관리가 가능한 exFAT를 사용하는게 더 효율적 이라고 합니다.

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이번포스팅은 뭔가 애매한 부분이 많아서 MS기술자료까지 검색하느라
약 5시간정도가 소요된것 같습니다. 나름대로 알기쉽게 정리한다고 했는데
얼마나 이해가 될지는 잘 모르겠지만 방문하시는 분들께 도움이 되었스면 좋겠습니다.

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2011/10/24 내용 추가

위 포스팅에서 제가 착각했던 부분이 있어서 내용수정과 동시에 표를 추가합니다.
FAT16 / 32 에서 클러스터개수는 파티션 용량에따라 달라지며
용량별 클러스터 크기를 아래와 같이 정리해 보았습니다.

-용량 / 클러스터 크기 = 클러스터 개수-

용량 범위	FAT16 클러스터 크기	FAT32 클러스터 크기
0MB~127MB	2KB	512B
128MB~255MB	4KB	512B
256MB~511MB	8KB	4KB
512MB~1023MB	16KB	4KB
1024MB~2047KB	32KB	4KB
2048KB~8GB	지원안함	4KB
8GB~16GB	지원안함	8KB
16GB~32GB	지원안함	16KB
32GB~2TB  (OS 설치시에는 FAT32인식안함)	지원안함	32KB

32GB 이상 FAT32 파티션을 사용하려면 OS설치와 별도로 설정하면된다.

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