Файловая система NTFS извне и изнутри

NTFS ( от англ. New Technology File System « файловая система новой технологии ») стандартная файловая система для семейства операционных систем Microsoft Windows NT. NTFS заменила использовавшуюся в MS-DOS и Microsoft Windows файловую систему FAT. NTFS поддерживает систему метаданных и использует специализированные структуры данных для хранения информации о файлах для улучшения производительности, надёжности и эффективности использования дискового пространства. NTFS хранит информацию о файлах в главной файловой таблице Master File Table (MFT). NTFS имеет встроенные возможности разграничивать доступ к данным для различных пользователей и групп пользователей ( списки контроля доступа Access Control Lists (ACL)), а также назначать квоты ( ограничения на максимальный объём дискового пространства, занимаемый теми или иными пользователями ). NTFS использует систему журналирования для повышения надёжности файловой системы. NTFS разработана на основе файловой системы HPFS ( от англ. High Performance File System высокопроизводительная файловая система ), создававшейся Microsoft совместно с IBM для операционной системы OS/2. Но, получив такие несомненно полезные новшества, как квотирование, журналируемость, разграничение доступа и аудит, в значительной степени утратила присущую прародительнице (HPFS) весьма высокую производительность файловых операций. Спецификации файловой системы являются закрытыми. Это создаёт определённые трудности при реализации её поддержки в сторонних продуктах, не принадлежащих Microsoft, в частности, разработчикам драйверов для свободных операционных систем приходится заниматься реверс - инжинирингом системы.

Версии NTFS Служебные структуры файловой системы NTFS не остаются постоянными, а слегка меняются от одной версии Windows NT к другой. Этот факт следует принять во внимание при использовании автоматизированных " докторов ". Попав на более свежую версию NTFS, " доктор ", не оснащенный мощным AI, может запутаться в измененных структурах и разрушить вполне здоровый том. Версия NTFS Операционная система Условное обозначение 1.2 Windows NTNT 3.0Windows 2000W2K 3.1Windows XP XP

Обзор NTFS с высоты птичьего полета Основным структурным элементом всякой файловой системы является том (volume), в случае с FAT совпадающий с разделом (partition). NTFS поддерживает тома, состоящие из нескольких разделов. Пока же будем для простоты считать, что том представляет собой отформатированный раздел ( т. е. раздел, содержащий служебные структуры файловой системы ). Рисунок 1. Обычный ( слева ) и разряженный ( справа ) тома.

Главная файловая таблица Каждый файл на томе NTFS представлен записью в специальном файле, называемом главной файловой таблицей (MFA master file table). NTFS резервирует первые 16 записей таблицы для специальной информации. Первая запись этой таблицы описывает непосредственно главную файловую таблицу ; за ней следует зеркальная запись (mirror record) MFT. Если первая запись MFT разрушена, то NTFS читает вторую запись для отыскания зеркального файла MFT, первая запись которого идентична первой записи MFT. Местоположения сегментов данных MFT и зеркального файла MFT записаны в секторе начальной загрузки. Дубликат сектора начальной загрузки находится в логическом центре диска. Третья запись MFT файл регистрации (log file); используется для восстановления файлов. Файл регистрации подробно описан в настоящей главе ниже. Семнадцатая и последующие записи главной файловой таблицы используются собственно файлами и каталогами ( также рассматриваются как файлы NTFS) на томе. На этом рисунке показана упрощенная структура MFT.

Главная файловая таблица отводит определенное количество пространства для каждой записи файла. Атрибуты файла записываются в распределенное пространство MFT. Небольшие файлы и каталоги ( обычно до 1500 байт или меньше ), типа файла, могут полностью содержать. внутри записи главной файловой таблицы. Подобный подход обеспечивает очень быстрый доступ к файлам. Рассмотрим. например, файловую систему FAT, которая использует таблицу размещения файлов, в которой перечисляются имена и адрес каждого файла. Элементы каталога FAT содержат индекс в таблице размещения файла.

В случае если необходимо просмотреть содержимое файла, FAT сначала читает таблицу размещения файлов и убеждается в существовании файла. Далее FAT восстанавливает файл, ища цепочку распределенных блоков, относящихся к этому файлу. В NTFS поиск файла производится только для непосредственного его использования. Записи каталога помещены внутри главной файловой таблицы так же, как записи файла. Вместо данных каталоги содержат индексную информацию. Небольшие записи каталогов находятся полностью внутри структуры MFT. Большие каталоги организованы в B-tree, имея записи с указателями на внешние кластеры, содержащие элементы каталога, которые не могли быть записаны внутри структуры MFT. Стандартная информация Имя файла или каталога Дескриптор безопасности Данные или указатель

Атрибуты файла NTFS NTFS просматривает каждый файл ( или каталог ) как набор атрибутов файла. Такие элементы, как имя файла, информация зашиты и даже данные все это атрибуты файла. Каждый атрибут идентифицирован кодом типа атрибута и, необязательно, именем атрибута. Если атрибуты файла могут находится внутри записи файла MFT, они называются резидентными (resident) атрибутами. HanpHMqi, информация типа имени файла и отметки времени всегда включается в запись файла MFT. Если файл слишком большой, чтобы содержать все атрибуты в записи файла MFT, часть атрибутов является нерезидентной (nonresident). Нерезидентные атрибуты занимают один или несколько пробегов (run) дискового пространства в другом месте тома ( пробег дискового пространства непрерывная линейная область на диске ). Вообще, все атрибуты могут быть вызваны как поток бантов независимо от того, являются ли они резидентными или нерезидентными. В табл. представлен список всех атрибутов файла, в настоящее время определенных для NTFS. Этот список расширяем, т. е. другие атрибуты файла в будущем могут быть определены в случае необходимости.

Таблица Атрибуты файла NTFS Тип атрибута Описание Standard Information ( стандартная информация ) Включает бюджет связи и так далее Attribute List ( список атрибутов ) Перечисляет все другие атрибуты ( только в больших файлах ) Filename ( имя файла ) Атрибут, повторяющийся для длинных и для коротких имен файлов Длинное имя файла может содержать до 255 символов Unicode Короткое имя доступно для MS-DOS, восемь плюс три символа, без учета регистра Дополнительные имена, или жесткие связи (hard links), используются POSIX и могут быть также включены в качестве дополнительных атрибутов имени файла Security Descriptor ( дескриптор безопасности ) Фиксирует информацию о том, кто может обращаться к файлу, кто является его владельцем и так далее Data ( данные ) Содержит данные файла Index Root ( корень индексов ) Используется при работе с каталогами Index Allocation ( индексное размещение ) Используется при работе с каталогами Volume Information ( информация тома ) Используется только в системном файле тома и включает в частности версию и имя тома

Длинные и короткие имена файлов Подобно HPFS, NTFS поддерживает имена файла до 255 символов. Имена файла NTFS используют набор символов Unicode с 16 битами ; однако вопрос доступа из MS-DOS решен. NTFS автоматически генерирует поддерживаемое MS-DOS имя ( восемь плюс три символа ) для каждого файла. Таким образом, файлы NTFS могут использоваться через сеть операционными системами MS-DOS и OS/2. Это особенно важно для файловых серверов организации, которая использует персональные компьютеры с двумя или всеми тремя этими операционными системами. Создавая имена файла восемь плюс три, NTFS также позволяет приложениям MS-DOS и Windows 3- х работать с файлами, имеющими длинные имена NTFS Кроме того, при сохранении файла приложениями MS-DOS или Windows 3.\ на томе NTFS сохраняются и имя файла восемь плюс три и длинное имя NTFS. Bitmap ( битовый массив ) Предоставляет информацию об использовании записей в MFT или каталоге Extended Attribute Information ( информация расширенного атрибута ) Используется файловыми серверами, которые связаны с системами OS/2 Этот тип атрибута не используется Windows NT Extended Attributes ( расширенные атрибуты ) Используется файловыми серверами, которые связаны с системами OS/2 Этот тип атрибута не используется Windows NT

Системные файлы NTFS NTFS включает несколько системных файлов, которые скрыты от просмотра на томе. Системные файлы используются только файловой системой для хранения метаданных и поддержания работы файловой системы. Системные файлы записываются на том утилитой Format. Список системных файлов NTFS представлен в таблице Системный файл Имя файла Описание Master File Table ( главная файловая таблица ) $Mft Список содержимого тома NTFS Master File Та Ые 2 ( копия главной файловой таблицы $MftMirr Зеркальное отображение наиболее важных частей MFT, используется для гарантирования доступа к MFT в случае сбоя одиночного сектора Log File ( регистрационный файл ) $LogFile Список шагов транзакции используемых Log File System для восстановления состояния (recoverability)

Volume ( том ) $Volume Имя версия и другая информация относительно тома Attribute Definition ( определение атрибутов ) $AttrDef Таблица имен атрибутов номеров и дескрипторов Root Filename Index ( индекс корня файловых имен ) $ Корневой каталог Claster Bitmap ( битовый массив кластеров ) $Bitmap Описание содержимого тома показывающее какие размещаемые модули использованы Boot File ( загрузочный файл ) $Boot Содержит информацию начальной загрузки для тома если том является загрузочным Bad Cluster File ( файл плохих кластеров ) $BadClus Содержит указание положения плохих кластеров тома