Da­tei­sys­te­me: Erklärung und Überblick über die wich­tigs­ten Systeme

Da­tei­sys­te­me gibt es bereits seit Jahr­zehn­ten, schon Loch­kar­ten und Ma­gnet­bän­der nutzten sie. Al­ler­dings ließen diese nur einen linearen Zugriff zu, bei dem z. B. durch Spul­vor­gän­ge eines Ma­gnet­bands der genaue Spei­cher­ort zeit­auf­wen­dig auf­ge­spürt werden musste. Heute gewähren Da­tei­sys­te­me wahl­frei­en Zugriff, so ist ein deutlich schnel­le­rer Abruf be­lie­bi­ger Daten möglich. Doch was ist ein Da­tei­sys­tem ei­gent­lich genau? Und welche Systeme gibt es?

Für Windows, macOS, Linux, Unix & Co. gibt es un­ter­schied­li­che Standard-Da­tei­sys­te­me. In den letzten Jahren hat die Aus­dif­fe­ren­zie­rung durch den tech­ni­schen Fort­schritt noch zu­ge­nom­men, da z. B. maß­ge­schnei­der­te File-Systeme für die immer beliebter werdenden Flash-Spei­cher­me­di­en (USB-Sticks, SSD-Drives) ent­wi­ckelt wurden. Alle Da­tei­sys­te­me verbindet die Ei­gen­schaft, dass sie zur Or­ga­ni­sa­ti­on eine Art Baum­struk­tur verwenden, an­ge­fan­gen beim Wur­zel­ver­zeich­nis. Von dort aus ver­zwei­gen sich Ordner bzw. Ver­zeich­nis­se und Un­ter­ord­ner.

Es gibt zwar mitt­ler­wei­le recht viele Da­tei­sys­te­me, aber nicht alle sind weit ver­brei­tet. Die aktuell gän­gigs­ten Systeme sind FAT16, FAT32, exFAT und NTFS (Windows) sowie HFS+ und APFS (macOS/Mac OS X). Linux nutzt derzeit u. a. ext4 (Nach­fol­ger von ext3 und ext2). Die genannten Da­tei­sys­te­me werden im Folgenden kurz vor­ge­stellt.

Das Da­tei­sys­tem gibt es bereits seit 1980. Die seither ver­öf­fent­lich­ten Varianten sind unter den Namen „FAT12“, „FAT16“ und „FAT32“ bekannt. Eine FAT-For­ma­tie­rung ist ideal für die Ver­wal­tung und den Austausch kleinerer Da­ten­men­gen. Das FAT-Da­tei­sys­tem ist aus heutiger Sicht ei­gent­lich veraltet, denn selbst in der ak­tu­ells­ten und leis­tungs­fä­higs­ten Variante (FAT32, ein­ge­führt 1997) können Dateien maximal eine Größe von 4 Gigabyte (GB) haben. Zudem ist bei FAT32 die maximale Par­ti­ti­ons­grö­ße auf 8 Terabyte (TB) be­schränkt.

Trotz dieser Ein­schrän­kun­gen sind FAT-For­ma­tie­run­gen nach wie vor stark ver­brei­tet. Sie kommen bei mobilen Wech­sel­da­ten­trä­gern (externe Fest­plat­ten, USB-Sticks) und spe­zi­el­ler Hardware (Di­gi­tal­ka­me­ras, Smart­phones, Router, Fernseher, Au­to­ra­di­os etc.) zum Einsatz. Besonders im mobilen Bereich stehen sie für best­mög­li­che Kom­pa­ti­bi­li­tät.

Das Format aus dem Jahr 2006 ist eine Wei­ter­ent­wick­lung der klas­si­schen FAT-For­ma­tie­rung. exFAT wurde ur­sprüng­lich für Wech­sel­da­ten­trä­ger kon­zi­piert und eignet sich daher ins­be­son­de­re für USB-Sticks, Spei­cher­kar­ten und externe Fest­plat­ten wie Solid State Drives (SSDs) mit in­di­vi­du­el­len Spei­cher­ka­pa­zi­tä­ten. exFAT arbeitet besonders effizient mit eher kleineren Da­ten­spei­chern zusammen. Dennoch kann es auch große Dateien ver­ar­bei­ten und die FAT32-Grenze von 4 GB weit über­schrei­ten. Seit Windows 7 wird exFAT nativ un­ter­stützt (ist dort also Standard ab Werk, ohne weitere Trei­ber­instal­la­tio­nen oder spezielle Service Packs).

Das Da­tei­sys­tem NTFS wurde bereits 1993 mit dem Be­triebs­sys­tem Windows NT ein­ge­führt. Seit Windows Vista ist es das stan­dard­mä­ßi­ge File-System für Windows-PCs. Es bietet gegenüber FAT einige Vorteile, etwa die Mög­lich­keit der Da­ten­trä­ger­kom­pri­mie­rung und erhöhte Da­ten­si­cher­heit (z. B. durch Ver­schlüs­se­lung). Eine Be­son­der­heit von NTFS ist, dass Zu­griffs­rech­te und Freigaben für Dateien und Ordner de­tail­liert und umfassend definiert werden können. Dabei können Anwender Rechte für lokale und für Remote-Zugriffe per Netzwerk vergeben.

Das Da­tei­sys­tem wurde 1998 als HFS-Wei­ter­ent­wick­lung von Apple ein­ge­führt. Um beide Standards eindeutig von­ein­an­der zu un­ter­schei­den, spricht man auch von Mac OS Extended (HFS+) und Mac OS Standard (HFS). Im Vergleich zu HFS arbeitet HFS+ schneller und ef­fi­zi­en­ter beim Verwalten, Lesen und Schreiben von Daten. Zudem kann es mehr Dateien verwalten, wobei bis zu 4 Mil­li­ar­den Blöcke mit Dateien oder Ordnern möglich sind. Linux kann Da­ten­trä­ger mit HFS+ teils direkt lesen und be­schrei­ben, u. U. müssen aber spezielle Pakete in­stal­liert werden (hfsutils, hfsplus, hfsprogs). Unter Windows wird für die um­fas­sen­de Un­ter­stüt­zung von HFS+ zu­sätz­li­che Software benötigt.

APFS, das 2017 von Apple ein­ge­führt wurde, wird vor allem den An­for­de­run­gen moderner Solid State Drives gerecht. APFS ist als 64-Bit-System kon­zi­piert, die Ver­schlüs­se­lung von Daten und Dateien ist möglich. Befindet sich ein Be­triebs­sys­tem auf einer SSD, wird das Da­tei­sys­tem von HFS+ au­to­ma­tisch in APFS kon­ver­tiert. Ein­ge­führt wurde diese „Auto-For­ma­tie­rung“ mit dem Be­triebs­sys­tem „High Sierra“. Seit macOS 10.14 Mojave werden auch Fusion Drives (logische Laufwerke, die aus SSDs und me­cha­ni­schen Fest­plat­ten gebildet werden) au­to­ma­tisch auf APFS migriert. Beim Kon­ver­tie­ren von HFS+ zu APFS kann es ge­le­gent­lich zu Problemen kommen.

ext4 wurde 2008 als Nach­fol­ger von ext3 vor­ge­stellt. Das Da­tei­sys­tem ist derzeit Standard vieler Linux-Systeme (z. B. Ubuntu). Die weit­rei­chends­te Neuerung ist das Extents-Feature, das die Ver­wal­tung großer Dateien optimiert und einer Frag­men­tie­rung ef­fi­zi­en­ter vorbeugt als die Vorgänger. Unter ext4 lassen sich Par­ti­tio­nen beliebig ver­grö­ßern und ver­klei­nern, und zwar im laufenden Betrieb. Die maximale Da­tei­sys­tem­grö­ße war bei ext3 auf 32 TB begrenzt, bei ext4 beträgt sie um ein Viel­fa­ches mehr: 1 Exabyte (ca. 1 Million Terabyte).

Sehr wichtig bei der Wahl der For­ma­tie­rung ist die Kom­pa­ti­bi­li­tät – bei­spiels­wei­se wenn man eine externe Fest­plat­te nicht nur lokal am hei­mi­schen Rechner, sondern auch plattform- und ge­rä­te­über­grei­fend nutzen möchte. Für höchste Fle­xi­bi­li­tät beim Da­ten­trans­fer zwischen einem Apple- und einem Windows-Gerät empfiehlt sich z. B. eine For­ma­tie­rung mit dem Da­tei­sys­tem exFAT. Die richtige Wahl bei der For­ma­tie­rung eines Da­ten­trä­gers ist also weit­rei­chend und kann im Alltag Probleme und Ein­schrän­kun­gen beim Da­ten­aus­tausch vermeiden.

Sind die grund­sätz­li­chen Vor­aus­set­zun­gen erfüllt (z. B. aktuelle Hardware), kann man das System aber auch jederzeit wechseln – z. B. von einem älteren auf ein mo­der­ne­res Da­tei­sys­tem. Al­ler­dings ist unbedingt vorher zu klären, ob ein Wechsel ohne Verlust von Dateien möglich ist oder ob erst alle Daten per Backup gesichert und dann wieder auf den Da­ten­trä­ger zu­rück­ko­piert werden müssen. Es gibt für solche Transfers Freeware und kos­ten­pflich­ti­ge Programme, die die Um­stel­lung sicherer und kom­for­ta­bler gestalten. Es geht teils aber auch mit den Bord­mit­teln eines Be­triebs­sys­tems. In unserem Artikel „USB-Stick for­ma­tie­ren“ erfahren Sie bei­spiels­wei­se, wie Sie das Da­tei­sys­tem eines USB-Sticks direkt in Windows wechseln können.