徹底研究exFAT (上)

【文／洪宛靖】

適用於隨身儲存裝置的檔案系統釋疑與效能實測

嗯……想不出什麼引言來，不如我們就直接開始吧！在前幾期的雜誌裡有提到，Vista SP1的某些新功能不怎麼吸引人，尤其exFAT好像特別冷門，根本沒什麼人會興奮，但隨著大容量平價隨身碟的逐漸普及，勢必有需要了解這個新一代的檔案系統，究竟只是SP1的伴遊新噱頭，還是能為隨身儲存裝置帶來更廣泛的應用？

exFAT與先前檔案系統的區隔

exFAT（Extended File Allocation Table）是適用於隨身碟或隨身型攜帶裝置（如PDA）的新格式，最早出現在2006年的WinCE 6.0，為了增進與桌上型作業系統的相容性還有便於隨身裝置的同步需求，到了Vista SP1正式被納入桌機作業系統所支援的檔案系統，但跟一般玩家息息相關的，還是在於隨身碟上的應用。以往在隨身碟上，FAT32/FAT是比較常見的格式。然而FAT32在目前大體積的檔案應用下逐漸產生問題，它的單檔容量最多只有4GB，在某些用途上還要分割檔案才放得進隨身碟裡，而且XP的抽取式媒體讀寫快取是限定NTFS格式才支援，在拷貝大量且零碎的小檔案時，往往要耗上漫長的等待時間。那為什麼不用NTFS來當隨身碟的主流格式呢？

一、NTFS相容性不如FAT32

FAT32/FAT已經被大多數的作業系統所廣泛支援，不論是OS X、Linux或是隨身PMP裝置，雖然部份非Winodws系統加上外掛也能做NTFS的讀寫，但是畢竟沒有原生支援來得方便。

二、存取效能的差異

NTFS是採用「日誌式」的檔案系統，因為要記錄磁碟的詳細讀寫動作，對隨身碟這種快閃記憶體會造成較大負擔，比如同樣存取一個檔案或目錄，在NTFS磁區上的讀寫次數就會比FAT32來得多，「相較」之下理論上使用NTFS格式存放檔案的隨身碟比較容易損壞，而且在400MB以下的分割區也比較浪費空間。

三、XP預設的格式化選項不是NTFS

一般來說除非手動修改原則，不然XP預設不能把隨身碟格式化成NTFS系統，使用者找不到此選項，自然很順理成章的使用FAT32來格式化。在XP下對抽取式媒體有兩種存取方式：「快速移除最佳化（預設值）」與「效能最佳化」，前者適用於FAT32，後者即是因應NTFS寫入快取的設定，我們常常聽說不要直接拔除隨身碟，其中一個原因就是考量到後者需要把快取中的資料確實寫入隨身碟，因此使用快速移除最佳化時，就不能直接格式化成NTFS。

exFAT有什麼用？

如果不是很在意隨身碟的存取效能，那麼現在市面上4G、8G的MLC隨身碟可以說一點都不貴，這種容量對FAT32支援的單一分割最大容量（32GB）並不成問題，不過超過4GB的單檔就有點麻煩。

雖然說很少有單一檔案超過4GB的機會，但不代表完全沒有：如BD影片的Remux檔、BD/HD影片的原始檔、無失真音樂愛好者的未壓縮音訊檔、DVD光碟的ISO檔、從DV上擷取下來的AVI檔等等，想要完整備份就得選擇NTFS或exFAT做為儲存格式。

大部份讀者可能會問：那用NTFS就好了，為什麼要選擇一個相容性更差的檔案系統呢？exFAT原本設計的目的是在FAT32與NTFS之間取得一個折衷，有FAT32的輕便、不需要耗損太多的效能及記憶體來處理檔案運作，又有類似NTFS的CAL存取控制機制（很可惜在SP1下找不到exFAT對於CAL的支援），以及類似HPFS系統可快速整理可用叢集空間的Free Space Bitmap，來將檔案破碎的情況盡量減少。

然而要真正比較出使用FAT32、NTFS及exFAT時的檔案破碎情況很難做到客觀的評比，剩下所能測試的就是存取效能了，尤其是exFAT最大的叢集大小達到了驚人的32MB，連NTFS都只有64KB，如果隨身碟真的拿來存放BD Remux動輒上GB的大檔案，那麼將exFAT的叢集設大時，將會有多少效能增進呢？

大叢集有用嗎？

叢集（cluster）在檔案系統上是指比檔案還小的邏輯分割單位，比如說一個檔案的大小是64KB，叢集大小設為4KB的話就是用了16個叢集。叢集的大小與實體磁碟區的大小成正比，比如說FAT32在4~8GB及8~16GB的預設叢集大小分別為4KB與8KB，基本上叢集愈小愈能節省磁碟空間，例如一個檔案為12KB，因為叢集是以自然整數的方式存在，如果這時的叢集大小是8K的話就必須動用到兩個叢集（16KB）的空間來存放檔案，當中的4KB就算浪費掉了。

不過叢集設太小理論上也會造成存取效能遲緩，一個64KB的檔案只需要存取4個16KB的叢集，換成1K的叢集就變成了64個。從FAT16、FAT32、到NTFS，在一定的磁碟空間範圍內預設的叢集愈來愈小，但使用者能自訂的最小底限都是512Bytes，如果用安裝光碟來格式化硬碟，一定也是使用512bytes的預設值，因為512bytes是剛好對齊FAT結構的界限；換成Windows桌面的格式化，則會由系統自行挑選適當的預設值來決定。

上述的檔案系統最大叢集都是到64KB，對存取單一大檔案時算不算是理想的設置呢？而且小叢集在進行磁碟重組時會花上比較久的時間。

然而就這次的測試結果來看，叢集的大小對於檔案的存取並沒有多大影響，而且真的把叢集開到32MB是瘋狂的行為，放一個1KB的檔案，32MB的空間就被吃掉了，尤其是1GB的隨身碟格式化完成，光配置表就用掉了96MB的容量。

那麼究竟多大的分割會需要用到32MB的叢集呢？SP1需在命令列模式才能把實體硬碟格式化成exFAT，筆者將320GB的硬碟以exFAT格式化，所得的預設叢集是128KB，真正需要用到32MB叢集的「大」硬碟要問世應該還早。何況微軟目前就沒有把它用在一般固定式媒體（Fixed Media）的打算，叢集大小對於抽取式媒體來說暫無意義。

exFAT與FAT32、NTFS的比較

FAT32

NTFS

exFAT

適用作業系統

Win95 OSR2之後皆可

Windows 2000之後的NTFS5為較成熟版本

Vista SP1、Windows CE 6.0

最小叢集

512bytes

512bytes

512bytes

最大叢集

64KB

64KB

32,768KB

最大單檔大小

4GB-2bytes

受最大分割容量影響

16EB（理論值）

最大分割容量

32GB、2TB

2TB

16EB（理論值）

檔案數限制

4194304

無

單一目錄至少大於1000個

支援CAL

無

有

SP1並無採用

最少叢集數

65,527

（註a）

至少大於127

（註b）

至少大於13

（註c）

最大叢集數

4,177,918

無

無

註a：FAT32系統的叢集數不可少於65,527個，也就是說磁碟容量小於32MB左右（最小叢集（512bytes） x 65527）的話，就不能用FAT32檔案系統。筆者手邊有一顆31.2MB的隨身碟就無法格式化成FAT32。而FAT（16）系統所能支援的叢集數最多為65,525，單一叢集容量最大為64KB，所以最大分割區容量大約是4GB（65,525x64）。

註b：在Windows下無法做出小於8MB的NTFS分割區，以8MB的容量用64K叢集來格式化得到的叢集數是127個，但此數字不具意義，因為這種分割容量不太可能會出現，而且採用NTFS格式太浪費空間。（NTFS適用400MB以上空間）

註c：以2048KB（不含）以上的叢集大小無法格式化31.2MB的隨身碟。

【PChomeAdvance電腦王46期】

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