Файлова система NTFS

Файлова система NTFS

Почнемо з загальних фактів. Розділ NTFS, теоретично, може бути майже якого завгодно розміру. Межа, звичайно, є, але я навіть не буду вказувати його, так як його із запасом вистачить на подальші сто років розвитку обчислювальної техніки - при будь-яких темпах зростання. Як справи з цим справу на практиці? Майже так само. Максимальний розмір розділу NTFS в даний момент обмежений лише розмірами жорстких дисків. NT4, правда, буде мати проблеми при спробі установки на розділ, якщо хоч якась його частина відступає більш ніж на 8 Гб від фізичного початку диска, але ця проблема стосується лише завантажувального розділу.

Ліричний відступ. Метод інсталяції NT4.0 на порожній диск досить оригінальний і може навести на неправильні думки про можливості NTFS. Якщо ви вкажете програмі установки, що бажаєте відформатувати диск в NTFS, максимальний розмір, який вона вам запропонує, буде всього 4 Гб. Чому так мало, якщо розмір розділу NTFS насправді практично необмежений? Справа в тому, що установча секція просто не знає цієї файлової системи:) Програма установки форматує цей диск у звичайний FAT, максимальний розмір якого в NT становить 4 Гбайт (з використанням не зовсім стандартного величезного кластера 64 Кбайта), і на цей FAT встановлює NT . А от уже в процесі першого завантаження самої операційної системи (ще в настановної фазі) проводиться швидке перетворення розділу в NTFS; так що користувач нічого і не помічає, крім дивного "обмеження" на розмір NTFS при установці.:)

Структура розділу - загальний погляд

Як і будь-яка інша система, NTFS ділить все корисне місце на кластери - блоки даних, використовувані одноразово. NTFS підтримує майже будь-які розміри кластерів - від 512 байт до 64 Кбайт, деяким стандартом же вважається кластер розміром 4 Кбайт. Ніяких аномалій кластерної структури NTFS не має, тому на цю, загалом-то, досить банальну тему, сказати особливо нічого.

Диск NTFS умовно ділиться на дві частини. Перші 12% диска відводяться під так звану MFT зону - простір, до якого зростає метафайл MFT (про це нижче). Запис яких-небудь даних в цю область неможлива. MFT-зона завжди тримається порожньою - це робиться для того, щоб найголовніший, службовий файл (MFT) не фрагментувати при своєму зростанні. Решта 88% диска є звичайний простір для зберігання файлів.

Вільне місце диска, проте, включає в себе всі фізично вільне місце - незаповнені шматки MFT-зони туди теж включаються. Механізм використання MFT-зони такий: коли файли вже не можна записувати в звичайний простір, MFT-зона просто скорочується (у поточних версіях операційних систем рівно в два рази), звільняючи таким чином місце для запису файлів. При звільненні місця в звичайної області MFT зона може знову розшириться. При цьому не виключена ситуація, коли в цій зоні залишилися і звичайні файли: жодної аномалії тут немає. Що ж, система намагалася залишити її вільною, але нічого не вийшло. Життя триває ... Метафайл MFT все-таки може фрагментуватися, хоч це і було б небажано.

MFT і його структура

Файлова система NTFS являє собою видатне досягнення структуризації: кожен елемент системи являє собою файл - навіть службова інформація. Самий головний файл на NTFS називається MFT, або Master File Table - загальна таблиця файлів. Саме він розміщується в MFT зоні і являє собою централізований каталог всіх інших файлів диска, і, як не парадоксально, себе самого. MFT поділений на записі фіксованого розміру (звичайно 1 Кбайт), і кожна запис відповідає якому небудь файлу (в загальному розумінні цього слова). Перші 16 файлів носять службовий характер і недоступні операційній системі - вони називаються метафайлах, причому найперший метафайл - сам MFT. Ці перші 16 елементів MFT - єдина частина диска, що має фіксоване положення. Цікаво, що друга копія перших трьох записів, для надійності - вони дуже важливі - зберігається рівно посередині диска. Решта MFT-файл може розташовуватися, як і будь-який інший файл, в довільних місцях диска - відновити його положення можна за допомогою його самого, "зачепившись" за саму основу - за перший елемент MFT.

Метафайли

Перші 16 файлів NTFS (метафайли) носять службовий характер. Кожен з них відповідає за будь-який аспект роботи системи. Перевага настільки модульного підходу полягає в разючою гнучкості - наприклад, на FAT-е фізичне пошкодження в самій області FAT фатально для функціонування всього диска, а NTFS може змістити, навіть фрагментувати по диску, всі свої службові області, обійшовши будь-які несправності поверхні - крім перших 16 елементів MFT.

Метафайли знаходяться кореневому каталозі NTFS диску - вони починаються з символу імені "$", хоча отримати будь-яку інформацію про них стандартними засобами складно. Цікаво, що і для цих файлів вказаний цілком реальний розмір - можна дізнатися, наприклад, скільки операційна система витрачає на каталогізацію всього вашого диска, подивившись розмір файлу $ MFT. У наступній таблиці наведено використовуються в даний момент метафайли і їх призначення.

Файли і потоки

Отже, у системи є файли - і нічого крім файлів. Що включає в себе це поняття на NTFS?

• Перш за все, обов'язковий елемент - запис в MFT, адже, як було сказано раніше, всі файли диска згадуються в MFT. У цьому місці зберігається вся інформація про фото, за винятком власне даних. Ім'я файлу, розмір, положення на диску окремих фрагментів, і т.д. Якщо для інформації не вистачає одного запису MFT, то використовуються декілька, причому не обов'язково підряд.

• Опціональний елемент - потоки даних файлу. Може здатися дивним визначення "опціональний", але, тим не менш, нічого дивного тут немає. По-перше, файл може не мати даних - в такому випадку на нього не витрачається вільне місце самого диска. По-друге, файл може мати не дуже великий розмір. Тоді йде в хід досить вдале рішення: дані файлу зберігаються прямо в MFT, в що залишився від основних даних місці в межах одного запису MFT. Файли, що займають сотні байт, зазвичай не мають свого "фізичного" втілення в основний файлової області - всі дані такого файлу зберігаються в одному місці - в MFT.

Досить цікаво йде справа і з даними файлу. Кожен файл на NTFS, загалом-то, має декілька абстрактне будова - у нього немає як таких даних, а є потоки (streams). Один з потоків і носить звичний нам сенс - дані файлу. Але більшість атрибутів файлу - теж потоки! Таким чином, виходить, що базова сутність у файлу тільки одна - номер в MFT, а все інше опціонально. Дана абстракція може використовуватися для створення досить зручних речей - наприклад, файлу можна "приліпити" ще один потік, записавши в нього будь-які дані - наприклад, інформацію про автора та зміст файлу, як це зроблено у Windows 2000 (сама права закладка у властивостях файлу, переглядаються з провідника). Цікаво, що ці додаткові потоки не видно стандартними засобами: спостережуваний розмір файлу - це лише розмір основного потоку, який містить традиційні дані. Можна, приміром, мати файл нульової довжини, при стиранні якого звільниться 1 Гбайт вільного місця - просто тому, що яка-небудь хитра програма або технологія приліпила в нього додатковий потік (альтернативні дані) гігабайтну розміру. Але насправді в поточний момент потоки практично не використовуються, так що побоюватися подібних ситуацій не слід, хоча гіпотетично вони можливі. Просто майте на увазі, що файл на NTFS - це більш глибоке і глобальне поняття, ніж можна собі уявити просто переглядаючи каталоги диска. Ну і наостанок: ім'я файлу може містити будь-які символи, включаючи порожнистий набір національних алфавітів, так як дані представлені в Unicode - 16-бітному поданні, яке дає 65535 різних символів. Максимальна довжина імені файлу - 255 символів.

Каталоги

NTFS забезпечує комбінацію ефективності, надійності і сумісності, відсутню в FAT або HPFS. Вона розроблена для швидкого виконання стандартних файлових операцій типу читання, запису і пошуку, а також поліпшених операцій типу відновлення файлової системи на дуже великих жорстких дисках.

NTFS також включає безпекові можливості, необхідні для файлових серверів і високоякісних персональних комп'ютерів у корпоративному середовищі. NTFS підтримує управління доступом до даних і привілеї власника, що є важливим для цілісності корпоративних даних. У той час як каталогами, що розділяються за допомогою Windows NT Server, призначаються специфічні дозволу, файлів і каталогів NTFS можуть призначатися дозволу незалежно, розділені вони чи ні. NTFS - єдина файлова система в Windows NT, яка дозволяє встановити дозволи для окремих файлів.

NTFS є простою, але дуже потужною розробкою. Для цієї перспективної файлової системи вся інформація на томі NTFS є файлом або частиною файлу. Кожен розподілений на томі NTFS сектор належить деякому файлу. Навіть метадані (metadata) файлової системи (інформація, яка описує безпосередньо файлову систему) є частиною файлу.

Ця заснована на атрибутах файлова система підтримує об'єктно - орієнтовані програми, обробляючи всі файли як об'єкти, які мають визначені користувачем і системою атрибути.

Головна файлова таблиця

Кожен файл на томі NTFS представлений записом у спеціальному файлі, званому головною файлової таблицею (MFA - master file table). NTFS резервує перші 16 записів таблиці для спеціальної інформації. Перший запис цієї таблиці описує безпосередньо головну файлову таблицю;

за нею йде дзеркальна запис (mirror record) MFT. Якщо перший запис MFT зруйнована, то NTFS читає другий запис для відшукання дзеркального файлу MFT, перший запис якого ідентична першого запису MFT. Місця розташування сегментів даних MFT і дзеркального файлу MFT записані в секторі початкового завантаження. Дублікат сектора початкового завантаження знаходиться в логічному центрі диска.

Третій запис MFT - файл реєстрації (log file); використовується для відновлення файлів. Файл реєстрації докладно описаний в цій главі нижче. Сімнадцята і наступні записи головною файлової таблиці використовуються власне файлами і каталогами (також розглядаються як файли NTFS) на томі. На рис. 5.5 показана спрощена структура MFT.

Головна файлова таблиця відводить певну кількість простору дтя кожного запису файлу. Атрибути файлу записуються в розподілене простір MFT. Невеликі файли і каталоги (зазвичай до 1500 байт або менше), типу файлу, показаного на рис. 5.6, можуть повністю утримувати. усередині запису головною файлової таблиці.

Подібний підхід забезпечує дуже швидкий доступ до файлів. Розглянемо. наприклад, файлову систему FAT, яка використовує таблицю розміщення файлів, в якій перераховуються імена та адресу кожного файлу. Елементи каталогу FAT містять індекс в таблиці розміщення файлу. У випадку якщо необхідно переглянути вміст файлу, FAT спочатку читає таблицю розміщення файлів і переконується в існуванні файлу. Далі FAT відновлює файл, шукаючи ланцюжок розподілених блоків, що відносяться до цього файлу. В NTFS пошук файлу здійснюється тільки для безпосереднього його використання.

Записи каталогу поміщені усередині головної файлової таблиці так само, як записи файлу. Замість даних каталоги містять індексний інформацію. Невеликі запису каталогів знаходяться повністю всередині структури MFT. Великі каталоги організовані в B-tree, маючи запису з покажчиками на зовнішні кластери, що містять елементи каталогу, які не могли бути записані всередині структури MFT.

Атрибути файлу NTFS

NTFS переглядає кожен файл (або папку) як набір атрибутів файлу. Такі елементи, як ім'я файлу, інформація зашиті і навіть дані - все це атрибути файлу. Кожен атрибут ідентифікований кодом типу атрибута і, необов'язково, ім'ям атрибута.

Якщо атрибути файлу можуть знаходиться усередині запису файлу MFT, вони називаються резидентними (resident) атрибутами. HanpHMqi, інформація типу імені файлу та відмітки часу завжди включається до запису файлу MFT. Якщо файл занадто великий, щоб утримувати всі атрибути в записі файлу MFT, частина атрибутів є нерезидентної (nonresident). Нерезидентні атрибути займають один або кілька пробігів (run) дискового простору в іншому місці томи (пробіг дискового простору - безперервна лінійна область на диску).

Взагалі, всі атрибути можуть бути викликані як потік бантів незалежно від того, чи є вони резидентними або нерезидентними.

У табл. 5.1 представлений список всіх атрибутів файлу, в даний час визначених для NTFS. Цей список розширюємо, тобто інші атрибути файлу в майбутньому можуть бути визначені у разі потреби.

Таблиця 5.1. Атрибути файлу NTFS

Довгі й короткі імена файлів

Подібно HPFS, NTFS підтримує імена файлу до 255 символів. Імена файлу NTFS використовують набір символів Unicode з 16 бітами, а проте питання доступу з MS-DOS вирішене. NTFS автоматично генерує підтримуване MS-DOS ім'я (вісім плюс три символи) для кожного файлу. Таким чином, файли NTFS можуть використовуватися через мережу операційними системами MS-DOS і OS / 2. Це особливо важливо для файлових серверів організації, яка використовує персональні комп'ютери з двома або всіма трьома цими операційними системами.

Створюючи імена файлу "вісім плюс три", NTFS також дозволяє додаткам MS-DOS і Windows 3-х працювати з файлами, що мають довгі імена NTFS Крім того, за збереження файлу додатками MS-DOS або Windows 3. \ На томі NTFS зберігаються і ім'я файлу "вісім плюс три" і довге ім'я NTFS.

Увага! При збереженні файлу додатками MS-DOS або Windows З.х на томі NTFS, якщо додаток зберігає тимчасовий файл, видаляє початковий файл і перейменовує тимчасовий файл з початковим ім'ям, довге ім'я файлу втрачається. Будь-який унікальний набір дозволів файлу також втрачається. Дозволи передаються заново з батьківського каталогу.

Якщо довге ім'я файлу або каталогу на томі NTFS містить пробіли, потрібно переконатися, що шлях записаний у лапках. Це справедливо при визначенні шляху в Program Manager для значків додатків Наприклад, припустимо, що Word for Windows встановлений в D WORD FOR WINDOWS. Командний рядок Program Item Properties повинна бути встановлена ​​в D WORD FOR WINDOWSWINWORD ЕХЕ. При відсутності лапок буде відображено повідомлення про помилку "The path DAWord is invalid" (Шлях D: \ Word неприпустимий).

Нижче наведено приклад легальної запису командного рядка, що містить прогалини:

move "з: \ This month's reports \ *.*" "з: \ Last mont's reports '

Увага! Необхідно уважно підходити до використання групових символів типу * і? разом з командами del і copy. При виконанні цих команд NTFS працює і з довгим і з коротким ім'ям файлу; таким чином можуть бути видалені або скопійовані зайві файли.

Для копіювання або переміщення файлів з ​​чутливими до регістру довгими іменами, самим надійним способом є вибір файлів з ​​використанням миші в File Manager. Цей спосіб дозволяє однозначно визначити файли для виконання операцій над ними.

При роботі з Windows NT 3.5 файли, створені або перейменовані в розділах FAT, можуть мати пов'язані довгі імена. Правила управління довгими іменами файлу на томі NTFS також відносяться до довгих імен файлу на розділах FAT; відмінність полягає в тому, що імена файлу на FAT нс можуть містити розширені символи. Додаткову інформацію про підтримку довгих імен файлів для розділів FAT можна знайти у розділі "Файлова система FAT". Генерація короткого імені файлу

Оскільки NTFS використовує набір символів Unicode для імен файлів, існує можливість задіяння кількох "заборонених" символів, які MS-DOS не може читати в імені файлу. Для генерації короткого імені файлу в стилі MS-DOS, NTFS видаляє всі ці символи і будь-які прогалини з довгого імені файлу. Оскільки ім'я файлу в MS-DOS може мати тільки одну точку, NTFS також видаляє всі додаткові точки з імені файлу. Далі, у разі необхідності NTFS усікається ім'я файлу до шести символів і додає тильду (~) та номер. Наприклад, до кожного недубльованим імені файлу додається -1. Повторювані імена файлів закінчуються символами ~ 2, ~ 3 і т. д. Розширення імені файлу буде скорочуватися до трьох або меншої кількості символів. Нарешті, при відображенні імені файлу в командному рядку NTFS транслює всі символи в імені файлу і розширення до верхнього регістру (File Manager відображає ці імена файлу в нижньому регістрі).

Windows NT 3.5 використовує дещо інший метод для створення коротких імен файлів для випадку, коли є п'ять або більше файлів, які призвели б до подвійних коротким іменах файлу. Для п'ятого та наступних файлів Windows NT використовує тільки перші два символи від довгого імені файлу і далі спеціальної математичної операцією (функція від довгого імені) генерує наступні унікальні чотири символи короткого імені файлу; після цього до результату додається ~ 5 (або інший номер у разі необхідності уникнення подвійного імені файлу). Такий метод забезпечує в основному підвищену ефективність для випадку, коли Windows NT повинна створювати короткі імена файлів для великої кількості файлів з ​​схожими довгими іменами. Windows NT використовує цей метод створення коротких імен для томів FAT і NTFS.

За замовчуванням, Windows NT 3.5 підтримує імена файлів у форматі MS-DOS на всіх томах NTFS. Для підвищення ефективності роботи на томах з великою кількістю довгих схожих імен можна заборонити цю можливість для всіх томів. Для відключення підтримки коротких імен файлів на всіх томах NTFS необхідно встановити в 1 значення NTfsDisable8dot3NameCreation наступного елемента реєстру:

HKEY_LOCAL_MACHINE \ System \ CurrentControlSet \ Control \ FileSystem

Windows NT не генерує коротких імен для файлів, створених додатками POSIX в розділі NTFS. Це означає, що додатки MS-DOS і Windows З.х не зможуть працювати з подібними іменами, якщо ці імена не задовольняють умові "вісім плюс три". У випадку необхідності роботи з додатків MS-DOS або Windows з файлами, які створені додатками POSIX, слід переконатися, що використані стандартні імена MS-DOS. Перегляд коротких імен файлу

File Manager і команда dir дозволяють відображати або довгі імена файлів NTFS або короткі імена стандарту MS-DOS, так що можна працювати з файлами, використовуючи обидва типи імен. Для перегляду коротких імен файлів в File Manager слід вибрати Full File Details.

При роботі з командним рядком перегляд обох типів імен здійснюється з використанням команди: dir / г

Увага! Для автоматичного відображення довгих і коротких імен файлів слід за допомогою значка System ю Control Panel встановити для змінно "dircmd значення / х.