Exfat缺点

因为回答了下面这个问题，被人邀请过来回答此问题。

首先我虽然是从事和文件系统相关工作的，但是和微软以及苹果旗下的文件系统关系并不大，很少使用。我下面的回答将主要以普遍的文件系统知识为主，进行解释一下exfat被说成“容易丢数据”的可能原因。本来我是打算在专栏下专门写文章来讨论的，可惜由于时间和精力原因一直还没写到文件系统日志的部分，我也不打算在这里细说，只简单的解释下。

进入正题，首先exfat被传“容易丢数据”这点从是不是日志文件系统角度来说，是不正确的，或者说是不太准确的。首先，日志在文件系统中的作用是为了保证数据一致性的，不是保证不丢数据的。那什么是数据的一致性？保证一致性并不等同于保证数据“不丢失”。举个例子来理解一致性吧（说定义太抽象）。

比如你在一家银行有两张储蓄卡，A卡和B卡。现在你想从A卡里转1000块钱到B卡，那银行系统的操作可能是先从A账户扣除1000元，然后B账户增加1000元。或者先在B账户增加1000元，再从A账户扣除1000元。不管是哪种方式，必须保证最终的结果是A少了1000，B多了1000，否则要么你要么银行就亏了。这一多一少的对等就保证了数据的一致。

但是我们知道，任何系统都不保证绝对不出问题，比如断电、存储故障、系统崩溃等异常原因导致上述操作在进行到一半时断掉了。比如刚从你的A账户扣除1000元，B账户还没来得及增加，系统就down掉了，这种现象就叫数据出现不一致，出现这种现象用户肯定是不乐意的。要知道一个复杂系统每单位时间都要处理数不清的请求和操作，等系统再起来后，系统不知道自己刚才down掉前有什么是进行了一半的操作，它也无从得知，直到用户过来抱怨，通过人为的检查各种票据银行可能才能知道自己弄错了，然后帮用户的B账户增加1000来完成这一次完整业务。或者给A账户增加1000算作撤销这次业务操作。

文件系统也有这样的问题，要知道任何的数据最终都落到实际的存储介质上（如硬盘），而存储介质上数据的组织方式首先就靠文件系统来负责。比如你向一个文件写数据，至少你需要完成（注意是至少）：

• 分配数据空间。
• 写入数据。
• 修改文件对应的各种元数据（如各种bmap，size等）。
• 更新free space管理的信息。

...

这些理论上应该在一个原子操作内完成，但是现实是它们只能一步一步做，而这中间就面临着崩溃的危险。一旦中途崩溃，作为一个没有日志的文件系统，我们将不知道哪个操作在做到什么步骤时没做完就停止了。像上面的银行问题一样，造成了数据的不一致。

对于非日志文件系统，如exfat，怎么保证或者说检查数据的一致性呢？那就是自古传下来的fsck类工具，每个文件系统几乎都为自己提供一个这样的工具，来进行文件系统一致性检查和必要时的修复工作。在过去，每隔一段时间，系统维护重启时都要定期执行fsck，自检有没有出现不一致问题。这在初期是很好用的，但是随着存储的不断增大，信息时代用户数据的庞大让fsck显得非常吃力。因为fsck相当于全文件系统扫描，计算检查有没有不一致的地方。但是随着存储的不断增大，现在对一个大型服务器上的文件系统做一次fsck的时间可能要好几天甚至更多，这对于服务器而言是不能忍受的。出现系统崩溃后不能马上从崩溃状态上恢复回来继续上线，即使是资本家也会告诉你“时间就是金钱”！文件系统的程序员们更是不能容忍这种缺陷，于是他们效仿数据库的日志机制，给文件系统也加了日志的支持。

我这里不想涉及过多技术细节，我会在专栏里抽时间详细阐述文件系统日志。对于这个回答的阅读者，我觉得从道理上明白一下就可以。如果用文件系统的数据和元数据举例，恐怕很多人很难理解，所以我们还拿银行举例。对于上面银行的例子来说，加了日志后从A账户转账1000元到B账户就是一个完整的任务，这个任务要么彻底完成，要么一点都别做。怎么保证呢？

为了更清楚的理解，我们这么举例，现在我们先从B账户转2000到A账户，然后可能觉得转多了，又从A账户转1000回到B账户。这里面就有两个任务，分别是

1. B-2000, A+2000
2. A-1000, B+1000

带有日志的系统在做的时候可能这样做（纯举例，实际日志记录要比这个复杂）：

+--------------+
|   B - 2000   |
+--------------+
|   A + 2000   |
+--------------+
| Check point1 |  
+--------------+
|   A - 1000   |
+--------------+
|   B + 1000   |
+--------------+
| Check point2 |
+--------------+

• 如果操作在日志设置完Check point1之前就崩溃了，则系统启动后撤消（有的说回滚）已做的步骤，保证这个任务一点没做。
• 如果操作在正好设置了Check point1时崩溃了，则系统处于一致状态，不做任何修改。
• 如果操作在设置了Check point1但是没到Check point2之间崩溃了，则在系统启动后回滚到Check point1的状态。
• 如果操作在设置了Check point2后崩溃，则系统处于一致状态。

这就是日志系统保证数据一致性的一种方式，对于文件系统来说，每次挂载文件系统时，都会检查日志，发现不一致则会做log replay，从而使文件系统保持一致的状态。

不知道大家看到"Check point"这个词有没有熟悉的感觉？是的，在玩游戏的时候我们经常能碰到这个词，俗称“检查点”！ 对于从一个检查点开始，在没玩到下一个检查点就Game over的玩家来说，任务失败回滚到任务开始处简直就是噩梦般的存在（手动滑稽）。

好了，上面说了这么多。exfat容易丢数据这个论点显然是不准确的，和日志文件系统相比，不带日志的文件系统更不容易察觉自己处于不一致状态，且不容易从不一致状态中恢复回来（需要借助fsck工具手动修复）。但是说其“丢数据”是不准确的描述，确实在fsck后可能会丢掉一些数据来保证一致性，但是非日志文件系统和丢数据之间没有直接联系，否则，即使是日志文件系统，回滚掉的操作你觉得算不算“丢”了呢？比如你在编辑文件，一个写的操作正在进行，即使你用sync强制同步数据到存储上，这个数据对于文件系统来说也不一定算写进去了，文件系统可能认为这个写操作没有完全完成，你即使已经写进去数据的块，也可能被认为是无效的块，和文件的元数据不对等，而被舍弃。所以不是你硬把数据从缓冲区“刷”进U盘了就一定算写进去了，乖乖的卸载文件系统保证日志完整再拔优盘才是最保险的。

下次你的U盘插上时告诉你不能识别文件系统，你应该知道先干什么了吧？当然是用你所用文件系统对应的fsck工具先尝试检查和修复一下。实在不行再检查是文件系统问题，还是存储硬件问题，还是fsck工具的问题（fsck工具也不保证能修复所有问题，也是有bug更新的）。这点对于日志文件系统也适用，虽然日志文件系统可以自己恢复到一致性状态，但是保不齐它就有回复不了的情况，这种时候fsck工具就是你最后的救命稻草，快去用它进行手动修复把。如果它也救不了你，你就只能准备足够的问题描述和证据寻求工程师的帮助了（不要单纯的说我U盘打不开了怎么办，工程师需要可用于调试和分析问题的东西）。

exFAT很好，MAC、WIN都支持，还可以支持大硬盘和大文件 ，但它有一个问题，有时会很严重。

如果你拿它存电影、音乐等，或者暴雪的游戏，都没关系，都是大文件。
如果你拿它存一堆小文件，每个不超过128K，问题就出现了。

1T硬盘，一个分区——
NTFS每个簇4K，就是说你的文件要是10K，占三个簇，浪费2K。
exFAT每个簇256K，10K的文件占一个簇，浪费246K。

我曾经在装的一个cygwin，4.8G。
在NTFS分区，占5.2G，还好。
在exFAT分区，大概占50G吧，因为多数文件都只有几十K甚至不到1K。

在NTFS里只占不到400G的数据（各种文件，电影、游戏、文档、程序源文件等），移到exFAT都快600G了。

exFAT分区小于512G的话，每个簇128K，还稍微节约一点，所以可以分至少两个区，每个512G。

一个NTFS，存放一堆小文件，或者变化不大的文件，可以用虚拟机里的WIN系统来修改。
另一个是exFAT，放大文件或经常修改的文件。
还有一个方案就是把一堆小文件弄成磁盘映像，DMG或ISO，只要装载了就可以直接用，但里面的内容不方便修改。存成压缩文件亦可，都不会显出exFAT的问题。

在格式化U盘的时候，会有一个U盘格式的选择，一般是两个，有的是三个，FAT32/exFAT/NTFS，那么这三个格式具体有什么区别呢？相信很多人都知道如果要拷贝超过4G大小的文件就得用NTFS格式，但其实他们之间的区别可不只这个。

首先先给大家介绍下这三种格式的特点。

FAT32

FAT32文件系统用4个字节（32位）空间来表示每个扇区配置文件的情形，所以叫FAT32。分区容量最低是512M，而上限的话不同的操作系统都不一样，WinXP系统最大可以做到2TB的FAT32分区。

NTFS

NTFS文件系统是windows NT核心和高级服务器网络操作系统环境的文件系统。NTFS系统比FAT32的可靠性更高，可以支持更大的分区和更大的文件，此外还有不少FAT32没有的功能，比如压缩分区、文件索引、数据保护和恢复、加密访问等。

exFAT

exFAT文件系统是微软在windows embeded5.0以上引入的一种适合于闪存的文件系统，主要是为了解决FAT32不支持4G或更大文件的问题而推出的。

FAT32与exFAT可用4GB文件的区别：

大多数优盘在格式化时默认FAT32，最大优点就是在一个不超过8GB的分区中，FAT32的每个簇容量都固定为4KB，与前代相比可以大大地减少磁盘的浪费，提高磁盘利用率。

虽然对于最大分区容量的支持上面，FAT32的2TB最大分区容量至今仍不过时，但FAT32无法传输并存放超过4GB容量的光盘ISO镜像、高清视频、各种图形作品文件等等，这是最致命的弊端。而exFAT格式在苹果本或者是Windows电脑上都可以格式化，并且在两个系统之间可以互相无障碍使用。相比之下，exFAT格式就没有4GB文件传输限制了。

其实FAT32与exFAT存在着一个升级关系，这两种文件系统都支持OS X系统与Windows系统，如果你将U盘格式化成这两种文件系统，在不同操作系统电脑上可以畅通无阻地使用。

NTFS相比FAT会让闪存性能降低

NTFS是相当流行的，但多见于硬盘。XP、Vista、Win7默认都会将分区格式化为NTFS系统，可以说NTFS是目前最好的磁盘文件系统。

优盘在格式化为NTFS时，实际可用容量与其他文件系统形式也有所差别，虽然使用中感受并不是很大。另外，在格式化U盘时，容量在64G甚至更大规格时，系统识别自动格式化为exFAT与NTFS格式，会便于优盘在不同操作系统电脑上无障碍使用。

但是，NTFS也有他的缺点，NTFS分区采用“日志式”，因为要记录磁盘的详细读写操作，对U盘这种快闪存储介质会造成较大的负担，比如同样存取一个文件或目录，在NTFS上的读写次数就会比FAT32更多，理论上NTFS格式的U盘比较容易损坏。并且由于U盘带宽有限，NTFS频繁读写占据通道会让磁盘性能降低。

以上便是关于U盘文件系统FAT32、exFAT、NTFS之间的区别和特点介绍，FAT32与exFAT之间最大的差别在于能否支持4GB及以上容量单个文件的传输、查看与编辑；而FAT系列文件系统与NTFS之间最大的区分在于文件存取的方式，后者长期使用可能会让闪存类存储产品性能降低.