NTFS (англ. New Technology File System — «файловая система новой технологии») — это стандартная файловая система, предназначенная для семейства ОС Microsoft Windows NT .

NTFS пришла на смену файловой систем FAT, использовавшейся ранее в Microsoft Windows и MS-DOS. NTFS поддерживает систему метаданных, а также применяет для хранения информации о файлах специализированные структуры данных, позволяющие улучшить производительность, надежность, эффективность использования дискового пространства. У NTFS есть встроенные возможности, позволяющие разграничивать доступ к данным для разных групп пользователей и отдельных пользователей (ACL — списки контроля доступа), назначать квоты (ограничения по максимальному объему объём дискового пространства, которое занимается тем или иным пользователем). В целях повышения надежности NTFS использует систему журналирования .

Файловая система NTFS была разработана на основе системы HPFS (англ. High Performance File System — высокопроизводительная файловая система), которая была создана совместными усилиями IBM и Microsoft для операционной системы OS/2. Однако, с приобретением весьма полезных новшеств, таких как журналируемость, квотирование, аудит и разграничение доступа, NTFS утратила присущую HPFS высокую производительность файловых операций. На момент своего создания, NTFS включала в себя все самые современные технологические достижения, такие как:

Возможность работы с большими дисками. Размер кластера NTFS - 512 байт, но он может меняться до 64К. Гораздо более важное качество NTFS - теоретическая способность работать с томами в 16,777,216 терабайт. Теоретическая лишь потому, что пока таких жестких дисков еще не создано.

Устойчивость. В NTFS содержатся две копии аналога FAT, называемые MFT (Master File Table). MFT отличается от FAT MSDOS тем, что скорее напоминает таблицу базы данных. В случае повреждения оригинала MFT из-за аппаратной ошибки (к примеру, появления bad-сектора), при следующей загрузке система использует копию MFT, автоматически создав новый оригинал, учтя все повреждения. Но и это не основное преимущество. Основное же заключается в том, что при записи файлов на диск NTFS использует систему транзакций. Данная система пришла из СУБД, где защите целостности данных уделяется особое внимание, что уже может многое сказать о ее эффективности. Эта система обеспечивает абсолютную сохранность данных при копировании, перемещении и удалении файлов или директорий. Если в файл вносятся изменения, то будут потеряны изменения, в момент сбоя находившиеся в кэше контроллера в или памяти, и не записанные на диск.

Защищенность. В NTFS файлы рассматриваются как объекты. И у каждого файлового объекта есть свои свойства, такие как дата создания, имя, архивный статус, дескриптор безопасности и дата последнего обновления. Также файловый объект содержит набор методов, позволяющих работать с ним, таких как write, read, close и open. Пользователи, в том числе и сетевые, вызывают эти методы для обращения к файлу, а Security Reference Monitor определяет, обладает ли пользователь правами, необходимыми для вызова одного из этих методов. Помимо этого файлы можно шифровать, но делать это следует осторожно. В случае переустановки системы вам не удастся прочитать зашифрованные файлы без ERD.

Компрессия данных. В отличие DriveSpace, в котором диски можно было сжимать только целиком, NTFS позволяет компрессировать отдельные файлы и каталоги. Это позволяет экономить место на диске, к примеру, «на лету» сжимать текстовые файлы или объемные графические файлы формата BMP, и все это будет прозрачно для пользователя.

Поддержка формата ISO Unicode. В отличие от формата ASCII , использовавшего для кодировки каждого символа 7 или 8bit, Unicode использует 16bit. Обычному пользователю это позволит называть файлы абсолютно на любом языке, и система будет поддерживать это, без требований об изменении кодовой страницы, как это делал W9x и DOS .

Существует несколько версий NTFS. В Windows NT 4.0 и Windows NT 3.51 используется v1.2, с Windows 2000 поставляется v3.0, с Windows Server 2003 и Windows XP - v3.1. Некоторые последние версии обозначаются v4.0, v5.0, то есть в полном соответствии с версиями Windows NT, вместе с которыми они поставляются.

У Windows NT файловая система NTFS 4.0, у Windows 2000/XP — NTFS 5. Когда вы подключаете 2000/XP диск c NTFS 4.0, он автоматически конвертируется операционной системой в NTFS 5.0.

Спецификации файловой системы закрыты. Это представляет некоторую трудность для ее поддержки сторонними продуктами, которые не принадлежат Microsoft. Например, разработчики драйверов для свободных операционных систем вынуждены проводить реверс-инжиниринг системы.

Эта статья посвящена файловым системам . При установке ОС Windows предлагает выбрать файловую систему на разделе, где она будет устанавливаться, и пользователи ПК должны выбирать из двух вариантов FAT или NTFS .

В большинстве случаев пользователи довольствуются знанием, что NTFS «лучше» , и выбирают этот вариант.

Однако иногда им становится интересно, а чем именно лучше?

В данной статье я постараюсь объяснить, что такое файловая система, какие они бывают, чем отличаются, и какую стоит использовать.

В статье упрощенны некоторые технические особенности файловых систем для более понятного восприятия материала.

Файловая система – это способ организации данных на носителях информации. Файловая система определяет, где и каким образом на носителе будут записаны файлы, и предоставляет операционной системе доступ к этим файлам.

К современным файловым системам предъявляют дополнительные требования: возможность шифрования файлов, разграничение доступа для файлов, дополнительные атрибуты. Обычно файловая система записана в начале жесткого диска. ().

С точки зрения ОС, жесткий диск – это набор кластеров.

Кластер – это область диска определенного размера для хранения данных. Минимальный размер кластера – 512 байт. Поскольку используется двоичная система счисления, то размеры кластеров кратны степени двойки.

Пользователь может образно представить себе жесткий диск как блокнот в клеточку. Одна клеточка на странице – это один кластер. Файловая система – это содержание блокнота, а файл – слово.

Для жестких дисков в ПК в данный момент наиболее распространены две файловые системы: FAT или NTFS . Сначала появилась FAT (FAT16) , затем FAT32 , а потом NTFS .

FAT (FAT16) – это аббревиатура от File Allocation Table (в переводе Таблица Размещения Файлов ).

Структура FAT была разработана Биллом Гейтсом и Марком МакДональдом в 1977 году. Использовалась в качестве основной файловой системы в операционных системах DOS и Microsoft Windows (до версии Windows ME).

Существует четыре версии FAT - FAT12 , FAT16 , FAT32 и exFAT . Они отличаются количеством бит, отведённых для хранения номера кластера.

FAT12 применяется в основном для дискет, FAT16 - для дисков малого объёма, а новая exFAT преимущественно для флэш-накопителей. Максимальный размер кластера, который поддерживается в FAT, составляет 64Кб. ()

FAT16 впервые представлена в ноябре 1987 года. Индекс 16 в названии показывает, что для номера кластера используется 16 бит. Вследствие этого максимальный объем раздела диска (тома), который может поддерживать эта система, равен 4Гб.

Позже, с развитием технологий и появлением дисков объемом более 4Гб, появилась файловая система FAT32 . Она использует 32-разрядную адресацию кластеров и появилась вместе с Windows 95 OSR2 в августе 1996 года. FAT32 ограничена в размере тома в 128Гб. Также эта система может поддерживать длинные имена файлов. ().

NTFS (аббревиатура New Technology File System - Файловая Система Новой Технологии ) - стандартная файловая система для семейства операционных систем Microsoft Windows NT.

Представлена 27 июля 1993 вместе с Windows NT 3.1. NTFS разработана на основе файловой системы HPFS (аббревиатура High Performance File System - Высокопроизводительная Файловая Система ), создававшейся Microsoft совместно с IBM для операционной системы OS/2.

Основные особенности NTFS: встроенные возможности разграничивать доступ к данным для различных пользователей и групп пользователей, а также назначать квоты (ограничения на максимальный объём дискового пространства, занимаемый теми или иными пользователями), использование системы журналирования для повышения надёжности файловой системы.

Спецификации файловой системы являются закрытыми. Обычно размер кластера равен 4Кб. На практике не рекомендуют создавать тома более 2ТБ. Жесткие диски только достигли таких размеров, возможно в будущем нас ждет новая файловая система. ().

Во время установки ОС Windows ХР предлагается отформатировать диск в системе FAT или NTFS . При этом имеется в виду FAT32 .

Все файловые системы построены на принципе: один кластер – один файл. Т.е. один кластер хранит данные только одного файла.

Основное отличие для обычного пользователя между этими системами – размер кластера. «Давным-давно, когда диски были маленькими, а файлы – очень маленькими» это было очень заметно.

Рассмотрим на примере одного тома на диске объемом 120Гб и файла размером 10Кб.

Для FAT32 размер кластера будет 32Кб, а для NTFS – 4Кб.

В FAT32 такой файлзаймет 1 кластер, при этом останется 32-10=22Кб незанятого места.

В NTFS такой файлзаймет 3 кластера, при этом останется 12-10=2Кб незанятого места.

По аналогии с блокнотом кластер – это клетка. И поставив точку в клетку, мы уже логически занимаем ее всю, а в действительности остается много свободного места.

Таким образом, переход от FAT32 к NTFS позволяет более оптимально использовать жесткий диск при наличии большого количества мелких файлов в системе.

В 2003 году у меня был диск на 120Гб, разделенный на тома по 40 и 80Гб. Когда я перешел с Windows 98 на Windows ХР и конвертировал диск с FAT32 в NTFS , я получил около 1Гб освободившегося места на диске. В то время это была существенная «прибавка».

Чтобы узнать, какая файловая система используется на томах жесткого диска Вашего ПК, надо открыть окно свойств тома и на закладке «Общие» прочитать эти данные.

Том – это синоним раздела диска, пользователи том обычно называют «диск С», «диск Д» и т.д. Пример показан на картинке ниже:

В настоящий момент широко используются диски объемом 320Гб и больше. Поэтому я рекомендую использовать систему NTFS для оптимального использования дискового пространства.

Также, если пользователей на ПК несколько, NTFS позволяет настроить доступ к файлам таким образом, чтобы разные пользователи не могли читать и изменять файлы других пользователей.

В организациях при работе в локальной сети системные администраторы используют и остальные возможности NTFS.

Если Вам будет интересна организация доступа к файлам для нескольких пользователей на одном ПК, то в следующих статьях будет подробно это описано.

При написании статьи использованы материалы сайтов ru.wikipedia.org

Автор статьи: Максим Тельпари
Пользователь ПК с 15-ти летним стажем. Специалист службы поддержки видеокурса "Уверенный пользователь ПК", изучив который Вы научитесь собирать компьютер, устанавливать Windows XP и драйверы, восстанавливать систему, работать в программах и многое другое.

Заработайте на этой статье!
Зарегистрируйтесь в партнерской программе. Замените в статье ссылку на курс на свою партнерскую ссылку. Добавьте статью на свой сайт. Получить версию для перепечатки можно .

NTFS , собственная файловая система Windows 2000, непрерывно совершенствовалась со времени выпуска Windows NT 3.1. Она изначально обладала возможностями высокоуровневой файловой системы, но в Windows 2000 появились важные изменения, которые были сделаны в связи с необходимостью решать проблемы, возникающие на корпоративном уровне при переходе организаций на NT. Например, благодаря консолидации информации о безопасности повышается эффективность повседневной работы с NTFS; другие функции, такие, как управление квотами, должны использоваться в прикладных программах или активизироваться и применяться администратором.

На этот раз я расскажу о возможностях версии NTFS 5.0 (NTFS5), вошедшей в состав Windows 2000, и о влиянии новых функций на поведение и формат диска NTFS. Приступая к чтению статьи, важно четко понимать основные принципы построения дисковой структуры NTFS, а также иметь представление о главной таблице файлов (Master File Table, MFT), типах атрибутов и резидентных и нерезидентных атрибутах. Подробно основы NTFS описаны в статье Шона Дейли «NTFS5 против FAT32» (Windows 2000 Magazine/RE №4, 2000). Во врезке « » рассказано о некоторых инструментах просмотра и источниках информации об элементах внутренней структуры данных NTFS.

Универсальная индексация

Некоторые новые свойства NTFS5 основываются на фундаментальной особенности NTFS, именуемой индексацией атрибутов (attribute indexing). Индексация атрибутов заключается в сортировке элементов с атрибутом определенного типа при помощи эффективного механизма хранения, обеспечивающего быстрый просмотр. В версиях NTFS, предшествовавших Windows 2000, индексация допускалась только для индексного атрибута $I30, в котором хранятся элементы каталога. В процессе индексации атрибутов элементы каталога сортируются по имени и сохраняются в B+ дереве (форма двоичного дерева, в каждом узле которого хранится несколько элементов). На Рисунке 1 показана запись MFT каталога, в трех узлах которой содержится девять элементов, по три в каждом узле. Корень B+ дерева находится в атрибуте index root (корень индекса). В записи MFT каталога девять элементов не умещается, поэтому некоторые элементы приходится хранить в другом месте. Для этого NTFS выделяет два буфера размещения индексов (index allocation) для хранения двух записей (как правило, корень индекса и буферы размещения индексов мо-гут хранить элементы для более чем трех файлов, в зависимости от длины имен). Размер записи MFT — 1 Кбайт, а размер буферов размещения индексов — 4 Кбайт.

Красные стрелки указывают, что элементы NTFS хранятся в алфавитном порядке. Если запустить программу, которая открывает файл e.bak в показанном на рисунке каталоге, то NTFS читает атрибут индексного корня, содержащий элементы для d.new, h.txt и i.doc, и сравнивает строку e.bak с именем первого элемента, d.new. NTFS делает вывод, что алфавитный номер e.bak больше, чем d.new, и переходит к следующему элементу — h.txt. Повторив операцию сравнения, NTFS выясняет, что алфавитный номер e.bak меньше, чем h.txt. Затем NTFS отыскивает в записи каталога h.txt номер виртуального кластера (virtual cluster number, VCN) индексного буфера, содержащего элементы каталога, алфавитные номера которых меньше, чем h.txt, но больше, чем d.new. VCN представляет собой порядковый номер кластера в файле или каталоге. На основании информации о размещении кластеров NTFS преобразует VCN в логический номер кластера (Logical Cluster Number, LCN), т. е. номер кластера относительно начала тома. Если элемент каталога для h.txt не содержит VCN индексного буфера, NTFS делает вывод, что каталог h.txt не содержит файла e.bak и сообщает о неудачном завершении поиска.

Получив VCN начального кластера индексного буфера, NTFS читает буфер размещения индексов и просматривает его в поисках совпадений. На Рисунке 1 первый же элемент индексного буфера совпадает с критерием поиска, и NTFS читает номер записи MFT e.bak из элемента каталога e.bak. В элементах каталога хранится и другая информация: в частности, временные отметки (например, время создания и последнего изменения), размер и атрибуты. NTFS хранит эту информацию и в записи MFT файла, но, благодаря дублированию информации в элементе каталога, читать запись MFT файла при составлении списков каталогов и выполнении простых файловых запросов не требуется.

Элементы каталогов сортируются по алфавиту, и именно поэтому в списках каталогов NTFS файлы всегда располагаются в алфавитном порядке. В отличие от NTFS, FAT не сортирует каталог, поэтому списки FAT не сортированы. Кроме того, поскольку элементы NTFS хранятся в B+ дереве, механизм поиска конкретных файлов в больших каталогах очень эффективен; обычно достаточно просмотреть лишь часть каталога. Данный подход отличается от линейного метода FAT, при использовании которого для поиска одного имени иногда приходится просматривать весь каталог.

В версиях NTFS, предшествовавших Windows 2000, индексировались только имена файлов, но NTFS5 обеспечивает универсальную индексацию, сохраняя в индексах произвольные данные и сортируя элементы данных не по имени, а по другим параметрам. Универсальная индексация используется для управления дескрипторами безопасности, информацией о квотах, точках повторной обработки и идентификаторах файловых объектов, т. е. элементами NTFS5, о которых идет речь в данной статье.

Консолидированная безопасность

NTFS всегда располагала функциями безопасности, позволяющими администратору указать пользователей, которым разрешен или запрещен доступ к тем или иным файлам и каталогам. В версиях NTFS, предшествовавших Windows 2000, дескриптор безопасности каждого файла и каталога хранился в его собственном атрибуте безопасности. В большинстве случаев администраторы назначают единые параметры безопасности всему дереву каталогов, что приводит к дублированию дескрипторов безопасности для всех файлов и подкаталогов, к которым применяются параметры. Такое дублирование может привести к значительным потерям дискового пространства в многопользовательских средах, таких, как Windows 2000 Server Terminal Services и NT Server 4.0, Terminal Server Edition (WTS), где дескрипторы безопасности могут содержать элементы для многих учетных записей. NTFS5 оптимизирует выделение дискового пространства для хранения дескрипторов безопасности, сохраняя лишь один экземпляр каждого дескриптора безопасности на томе в центральном файле метаданных с именем $Secure.

Рисунок 2. Как работает файл метаданных $Secure.

В файле $Secure хранятся два индексных атрибута — $SDH и $SII — и атрибут потока данных, именуемый $SDS (см. Рисунок 2). NTFS5 назначает каждому уникальному дескриптору на томе внутренний идентификатор безопасности NTFS (не путать с SID, уникально идентифицирующим компьютеры и учетные записи пользователей) и хеширует дескриптор безопасности в соответствии с простым хеш-алгоритмом. Хеш-значение — потенциально неуникальное сокращенное представление дескриптора. Элементы в индексе $SDH отображают хеш-значения дескриптора безопасности на область хранения дескриптора безопасности в атрибуте данных $SDS, а индекс $SII отображает на область хранения дескриптора безопасности в атрибуте данных $SDS идентификаторы безопасности NTFS5.

Назначив дескриптор безопасности файлу или каталогу, NTFS получает хеш-значение дескриптора и просматривает индекс $SDH в поисках совпадений. NTFS сортирует элементы индекса $SDH согласно хеш-значению соответствующего дескриптора безопасности и сохраняет элементы в B+ дереве. Обнаружив для дескриптора совпадение в индексе $SDH, NTFS определяет смещение дескриптора безопасности элемента из записи $SDS Offset и считывает дескриптор безопасности из атрибута $SDS. Если совпадают хеш-значения, но не дескрипторы безопасности, то NTFS ищет еще один совпадающий элемент в индексе $SDH. Если NTFS обнаруживает полное совпадение, то файл или каталог, которому назначен дескриптор безопасности, может установить связь с дескриптором безопасности в атрибуте $SDS.

NTFS устанавливает связь, считывая идентификатор безопасности из элемента $SDH и сохраняя его в атрибуте $STANDARD_INFORMATION файла или каталога. В атрибуте $STANDARD_INFORMATION системы NTFS, который имеют все файлы и каталоги, хранится базовая информация о файле, в том числе атрибуты и временные метки. В Windows 2000 этот атрибут расширен, в нем появилась дополнительная информация, например идентификатор безопасности файла.

Если NTFS не обнаруживает в индексе $SDH элемента с дескриптором безопасности, совпадающим с назначаемым, значит, новый дескриптор уникален для тома, и NTFS назначает ему новый внутренний ID безопасности. Внутренние ID безопасности NTFS представляют собой 32-разрядные величины, а идентификаторы SID обычно в несколько раз длиннее, поэтому представление идентификаторов SID идентификаторами безопасности NTFS позволяет сэкономить место в атрибуте $STANDARD_INFORMATION. Затем NTFS добавляет дескриптор безопасности в атрибут $SDS, который сортируется в B+ дереве по ID безопасности NTFS, и дополняет индексы $SDH и $SII элементами, указывающими на смещение дескриптора в массиве данных $SDS.

Когда приложение пытается открыть файл или каталог, NTFS отыскивает дескриптор безопасности файла или каталога с помощью индекса $SII.

NTFS читает внутренний ID безопасности файла или каталога из атрибута $STANDARD_INFORMATION записи MFT, а затем использует индекс $SII файла $Secure для поиска элемента ID в атрибуте $SDS. По смещению в атрибуте $SDS система NTFS считывает дескриптор безопасности и завершает проверку безопасности. NTFS5 не удаляет элементы файла $Secure, даже если с ним не связано ни одного файла или каталога на томе. Наличие неудаленных элементов не приводит к значительной потере дискового пространства, так как число уникальных дескрипторов безопасности на большинстве томов, даже используемых в течение длительного времени, сравнительно невелико.

Благодаря универсальной индексации NTFS5 файлы и каталоги с одинаковыми параметрами безопасности эффективно используют общие дескрипторы. С помощью индекса $SII NTFS быстро отыскивает дескрипторы безопасности в файле $Secure в ходе проверок безопасности, а индекс $SDH позволяет быстро определить, имеется ли в файле $Secure ранее сохраненный дескриптор безопасности, пригодный для совместного использования с данным файлом или каталогом.

Точки повторной обработки

Точки повторной обработки позволяют приложению связать блок своих данных с файлом или каталогом, а диспетчеру объектов Object Manager — выполнить повторный поиск имени, когда прикладная программа обнаруживает точку повторной обработки. Помимо данных в точке повторной обработки хранится программный код, который идентифицирует принадлежность точки повторной обработки определенному приложению. Сами по себе точки повторной обработки бесполезны, но благодаря им программисты могут наращивать функциональность NTFS. В Windows 2000 предусмотрено несколько типов точек повторной обработки, в том числе точки монтирования томов, подсоединения каталогов NTFS и управления иерархическими хранилищами данных (Hierarchical Storage Management, HSM). Я объясню, как работают все эти функции, а затем подробно расскажу о реализации точек повторной обработки.

Любой том NTFS доступен лишь после того, как ему присвоено символьное обозначение. Точки монтирования NTFS5 позволяют привязать том к каталогу монтирования на родительском томе NTFS5, не присваивая символьного обозначения дочернему тому. В результате появляется возможность объединить несколько томов под одной буквой. Например, если смонтировать том, содержащий каталог \articles, к точке монтирования с именем C:\documents, то можно использовать путь C:\articles\documents для доступа к файлам каталога \documents. Точка монтирования представляет собой точку повторной обработки, данные которой состоят из внутреннего имени тома. Внутреннее имя имеет форму \??\Volume{XX-XX-XX-XX}, где X — числа, образующие глобальный уникальный ID (GUID), присвоенный тому операционной системой.

Если открыть файл C:\articles\documents\column.doc, то NTFS обнаруживает точку монтирования, связанную с каталогом \documents. NTFS читает хранящиеся в ней данные точки повторной обработки (имя тома) и передает в Object Manager статус точки повторной обработки. Диспетчер ввода/вывода перехватывает информацию о статусе, анализирует данные и определяет, что NTFS обнаружила точку монтирования. Диспетчер ввода/вывода изменяет искомое имя и заставляет Object Manager (компонент ядра, который отвечает поиску имен) провести повторный поиск с измененным путем \??\Volume{GUID}\documents\column.doc. В процессе повторного поиска анализ имени \documents\co-lumn.doc продолжится на смонтированном томе. Создать точки монтирования и составить их список можно с помощью оснастки Disk Management консоли управления Microsoft Management Console (MMC) или инструмента командной строки Mountvol, поставляемого вместе с Windows 2000.

Точки подсоединения каталогов NTFS похожи на точки монтирования, и диспетчер ввода/вывода и Object Manager выполняют подсоединение так же, как монтирование. Однако точки подсоединения устанавливают связь с каталогами, а не с томами. Точки подсоединения Windows 2000 эквивалентны символьным ссылкам UNIX (но в отличие от символьных ссылок UNIX, точки подсоединения нельзя применять к файлам). Если создать точку подсоединения C:\articles\documents, связанную с каталогом D:\documents, то можно обращаться к файлам в D:\documents, используя путь C:\articles\documents. В точке подсоединения хранится информация о перенаправленном пути, и если NTFS обнаруживает точку подсоединения, то, как и в случае с точкой монтирования, диспетчер ввода/вывода изменяет имя и инициирует повторный поиск имени. Принцип действия точки подсоединения показан на Рисунке 3. Когда приложение открывает C:\directory1\file, NTFS обнаруживает точку повторной обработки в каталоге C:\directory1, указывающую на каталог C:\directory2. Диспетчер ввода/вывода изменяет имя на C:\directory2\file, и приложение в итоге открывает файл C:\directory2\file.

Рисунок 3. Пример точки повторной обработки.

В Windows 2000 нет инструментов для создания точек подсоединения, и Microsoft официально не поддерживает такие инструменты, так как использование путей с подсоединением может нарушить работу некоторых прикладных программ. Однако создавать подсоединения и составлять их списки можно с помощью инструмента Linkd из набора ресурсов Microsoft Windows 2000 Resource Kit или бесплатной утилиты Junction.
Повторный анализ пути используется не во всех точках повторной обработки. В системе HSM точки повторной обработки HSM служат для прозрачной миграции редко используемых файлов в резервное хранилище данных. Когда HSM переносит файл в архив, содержимое файла удаляется, а на его месте создается точка повторной обработки. В данных точки повторной обработки содержится информация, используемая системой HSM для поиска файла на архивном носителе. Если впоследствии приложение обращается к хранящемуся в HSM файлу, то HSM-драйвер RsFilter.sys (Remote Storage Filter — фильтр удаленного хранения данных) перехватывает код повторной обработки, пересылаемый NTFS в Object Manager. Драйвер удаляет точку повторной обработки, извлекает файл с архивного носителя, а затем повторяет первоначальный запрос. На этот раз NTFS обращается к файлу, как к любому другому, и операции по перемещению данных не влияют на работу приложения.

Если точка повторной обработки связана с файлом или каталогом, то NTFS создает для нее атрибут с именем $Reparse. В этом атрибуте хранятся код и данные точки повторной обработки. Поэтому NTFS без труда обнаруживает все точки повторной обработки на томе, а в файле метаданных с именем \$Extend\$Reparse хранятся элементы, связывающие номера записи MTF файла и каталога точки повторной обработки с ассоцированными с ними кодами повторной обработки. NTFS сортирует элементы по номеру записи MTF в индексе $R.

Отслеживание квот

Экран 1. Активизация квотирования.

Рисунок 4. Как работает файл метаданных $Quota.

NTFS хранит информацию о квотировании в файле метаданных \$Extend\$Quota, состоящих из индексов $O и $Q. На Рисунке 4 показана структура этих индексов. Точно так же, как NTFS назначает каждому дескриптору безопасности уникальный внутренний ID безопасности, каждому пользователю назначается уникальный ID пользователя. Когда администратор определяет информацию о квоте для пользователя, NTFS назначает ID пользователя, соответствующий идентификатору SID пользователя. В индексе $O создается запись, которая отображает SID на ID пользователя, индекс сортируется по ID пользователя; в индексе $Q создается запись для управления квотой. Запись управления квотой содержит величину квоты, выделенной пользователю, а также размер занимаемого дискового пространства.

Когда приложение создает файл или каталог, NTFS получает SID пользователя программы и отыскивает соответствующий ID пользователя в индексе $O. NTFS записывает ID пользователя в атрибут $STANDARD_INFORMATION нового файла или каталога и засчитывает все дисковое пространство, выделенное файлу или каталогу, в счет квоты пользователя. Затем NTFS отыскивает элемент квоты в индексе $Q и определяет, не превысил ли пользователь своего порога предупреждения или дискового лимита. Если выделение нового пространства привело к превышению порога, то NTFS принимает соответствующие меры: например, заносит запись в журнал системных событий или запрещает пользователю создать файл или каталог. По мере изменения размера файла или каталога NTFS обновляет запись управления квотой, связанную с ID пользователя в атрибуте $STANDARD_INFORMATION. Система NTFS использует метод универсальной индексации для эффективной привязки ID пользователя к SID учетной записи и быстрого поиска информации о квоте пользователя по его идентификатору.

Продолжение следует...

Рассказом о квотировании заканчивается первая часть данной статьи. Во второй части мы продолжим знакомство с новыми возможностями NTFS: механизмом отслеживания распределенных связей и изменений томов, функциями для работы с разреженными файлами и шифрования данных.

Марк Русинович — доктор философии, редактор Windows 2000 Magazine. С ним можно связаться по адресу: [email protected] или http://www.sysinternals.com/.

Исследуем дисковые структуры NTFS

Для исследования внутренних дисковых структур NTFS существует несколько общедоступных инструментов. Среди них — DiskEdit, встроенный инструмент тестирования NTFS, по недосмотру Microsoft оказавшийся на компакт-диске Windows NT 4.0 Service Pack 4 (SP4), одна из самых мощных известных мне программ просмотра NTFS. DiskEdit, окно которого представлено на Экране A, позволяет ознакомиться со структурами, образующими файлы и каталоги, а также с данными атрибутов и преобразовать пути файлов и каталогов во входные коды таблицы MFT. Документация по DiskEdit отсутствует, но я опубликовал учебное пособие в сборнике бесплатных бюллетеней Sysinternals Newsletter (http://www.sysinternals.com/newsletter.htm). Чтобы использовать DiskEdit вместе с Windows 2000, необходимо скопировать файлы ifsutil.dll, ulib.dll, untfs.dll и ufat.dll из каталога \winnt\system32 системы Win dows NT в каталог, в котором нужно разместить DiskEdit.

Экран A. Утилита DiskEdit.

Те, у кого нет компакт-диска с SP4, могут воспользоваться утилитой NTFS File Sector Information Utility (NFI), поставляемой Microsoft в составе пакета OEM Support Tools по адресу: http:\\support.microsoft.com/support/ kb/articles/q253/0/66.asp (помимо NFI в пакете OEM Support Tools имеются утилиты отладки и расширения отладчика ядра, с помощью которых администраторы и программисты могут анализировать аварийные дампы).

С помощью запускаемых из командной строки шаблонов NFI можно собрать информацию о конкретном файле или каталоге или обо всех файлах на томе, найти файл или каталог, в котором расположен данный логический сектор диска, а также отыскать файл или каталог, содержащий конкретный физический сектор. Например, команда

сообщает имя файла на томе C:, который содержится в 123 секторе тома. Чтобы исследовать структуры данных NTFS, можно воспользоваться этой же командой, не указывая номер сектора, и NFI выдаст подробную информацию об атрибутах всех файлов на диске. Можно ввести имя файла метаданных, описанных в статье, и просмотреть содержащиеся в них атрибуты. Например, если выполнить команду

nfi c:\$extend\$quota

на квотируемом томе, то будет видно, что файл $Quota содержит индексы с именами $O и $Q:

File 24
\$Extend\$Quota
$STANDARD_INFORMATION (resident)
$FILE_NAME (resident)
$INDEX_ROOT $O (resident)
$INDEX_ROOT $Q (resident)

Еще один источник информации о дисковой структуре NTFS — книга Гэри Неббета «Windows NT/2000 Native API reference» (издательство New Readers Publishing, 2000). В приложении приведены определения многих дисковых структур NTFS (в некоторых случаях отражены изменения, внесенные в Windows 2000) и содержится исходный текст Win32-программы, с помощью которой можно получить доступ к структурам данных в обход драйвера файловой системы NTFS и создать дамп содержимого тома.

Файловые системы FAT

FAT16

Файловая система FAT16 начала свое существование еще во времена, предшествовавшие MS-DOS, и поддерживается всеми операционными системами Microsoft для обеспечения совместимости. Ее название File Allocation Table (таблица расположения файлов) отлично отражает физическую организацию файловой системы, к основным характеристикам которой можно отнести то, что максимальный размер поддерживаемого тома (жесткого диска или раздела на жестком диске) не превышает 4095 Мбайт. Во времена MS-DOS 4-гигабайтные жесткие диски казались несбыточной мечтой (роскошью были диски объемом 20-40 Мбайт), поэтому такой запас был вполне оправданным.

Том, отформатированный для использования FAT16, разделяется на кластеры. Размер кластера по умолчанию зависит от размера тома и может колебаться от 512 байт до 64 Кбайт. В табл. 2 показано, как размер кластера зависит от размера тома. Отметим, что размер кластера может отличаться от значения по умолчанию, но должен иметь одно из значений, указанных в табл. 2 .

Не рекомендуется задействовать файловую систему FAT16 на томах больше 511 Мбайт, так как для относительно небольших по объему файлов дисковое пространство будет использоваться крайне неэффективно (файл размером в 1 байт будет занимать 64 Кбайт). Независимо от размера кластера файловая система FAT16 не поддерживается для томов больше 4 Гбайт.

FAT32

Начиная с Microsoft Windows 95 OEM Service Release 2 (OSR2) в Windows появилась поддержка 32-битной FAT. Для систем на базе Windows NT эта файловая система впервые стала поддерживаться в Microsoft Windows 2000. Если FAT16 может поддерживать тома объемом до 4 Гбайт, то FAT32 способна обслуживать тома объемом до 2 Тбайт. Размер кластера в FAT32 может изменяться от 1 (512 байт) до 64 секторов (32 Кбайт). Для хранения значений кластеров FAT32 требуется 4 байт (32 бит, а не 16, как в FAT16). Это означает, в частности, что некоторые файловые утилиты, рассчитанные на FAT16, не могут работать с FAT32.

Основным отличием FAT32 от FAT16 является то, что изменился размер логического раздела диска. FAT32 поддерживает тома объемом до 127 Гбайт. При этом, если при использовании FAT16 с 2-гигабайтными дисками требовался кластер размером в 32 Кбайт, то в FAT32 кластер размером в 4 Кбайт подходит для дисков объемом от 512 Мбайт до 8 Гбайт (табл. 4).

Это соответственно означает более эффективное использование дискового пространства - чем меньше кластер, тем меньше места требуется для хранения файла и, как следствие, диск реже становится фрагментированным.

При применении FAT32 максимальный размер файла может достигать 4 Гбайт минус 2 байта. Если при использовании FAT16 максимальное число вхождений в корневой каталог ограничивалось 512, то FAT32 позволяет увеличить это число до 65 535.

FAT32 накладывает ограничения на минимальный размер тома - он должен быть не менее 65 527 кластеров. При этом размер кластера не может быть таким, чтобы FAT занимала более 16 Мбайт–64 Кбайт / 4 или 4 млн. кластеров.

При использовании длинных имен файлов данные, необходимые для доступа из FAT16 и FAT32, не перекрываются. При создании файла с длинным именем Windows создает соответствующее имя в формате 8.3 и одно или более вхождений в каталог для хранения длинного имени (по 13 символов из длинного имени файла на каждое вхождение). Каждое последующее вхождение хранит соответствующую часть имени файла в формате Unicode. Такие вхождения имеют атрибуты «идентификатор тома», «только чтение», «системный» и «скрытый» - набор, который игнорируется MS-DOS; в этой операционной системе доступ к файлу осуществляется по его «псевдониму» в формате 8.3.

Файловая система NTFS

В состав Microsoft Windows 2000 входит поддержка новой версии файловой системы NTFS, которая, в частности, обеспечивает работу с сервисами каталогов Active Directory, точки пересчета (reparse points), средства защиты информации, контроль за доступом и ряд других возможностей.

Как и при использовании FAT, основной информационной единицей в NTFS является кластер. В табл. 5 показаны размеры кластеров по умолчанию для томов различной емкости.

При формировании файловой системы NTFS программа форматирования создает файл Master File Table (MTF) и другие области для хранения метаданных. Метаданные используются NTFS для реализации файловой структуры. Первые 16 записей в MFT зарезервированы самой NTFS. Местоположение файлов метаданных $Mft и $MftMirr записано в загрузочном секторе диска. Если первая запись в MFT повреждена, NTFS считывает вторую запись для нахождения копии первой. Полная копия загрузочного сектора располагается в конце тома. В табл. 6 перечислены основные метаданные, хранимые в MFT.

Остальные записи MFT содержат записи для каждого файла и каталога, расположенных на данном томе.

Обычно один файл использует одну запись в MFT, но если у файла большой набор атрибутов или он становится слишком фрагментированным, то для хранения информации о нем могут потребоваться дополнительные записи. В этом случае первая запись о файле, называемая базовой записью, хранит местоположение других записей. Данные о файлах и каталогах небольшого размера (до 1500 байт) полностью содержатся в первой записи.

Атрибуты файлов в NTFS

Каждый занятый сектор на NTFS-томе принадлежит тому или иному файлу. Даже метаданные файловой системы являются частью файла. NTFS рассматривает каждый файл (или каталог) как набор файловых атрибутов. Такие элементы, как имя файла, информация о его защите и даже данные в нем, являются атрибутами файла. Каждый атрибут идентифицируется кодом определенного типа и, опционально, именем атрибута.

Если атрибуты файла вмещаются в файловую запись, они называются резидентными атрибутами. Такими атрибутами всегда являются имя файла и дата его создания. В тех случаях, когда информация о файле слишком велика, чтобы вместиться в одну MFT-запись, некоторые атрибуты файла становятся нерезидентными. Резидентные атрибуты хранятся в одном или более кластерах и представляют собой поток альтернативных данных для текущего тома (об этом - чуть ниже). Для описания местонахождения резидентных и нерезидентных атрибутов NTFS создает атрибут Attribute List.

В табл. 7 показаны основные атрибуты файлов, определенные в NTFS. В будущем этот список может быть расширен.

Файловая система CDFS

В Windows 2000 обеспечивается поддержка файловой системы CDFS, отвечающей стандарту ISO’9660, описывающему расположение информации на CD-ROM. Поддерживаются длинные имена файлов в соответствии с ISO’9660 Level 2.

При создании CD-ROM для использования под управлением Windows 2000 следует иметь в виду следующее:

• все имена каталогов и файлов должны содержать менее 32 символов;
• все имена каталогов и файлов должны состоять только из символов верхнего регистра;
• глубина каталогов не должна превышать 8 уровней от корня;
• использование расширений имен файлов не обязательно.

Сравнение файловых систем

Под управлением Microsoft Windows 2000 возможно использование файловых систем FAT16, FAT32, NTFS или их комбинаций. Выбор операционной системы зависит от следующих критериев:

• того, как используется компьютер;
• аппаратной платформы;
• размера и числа жестких дисков;
• безопасности информации

Файловые системы FAT

Как вы уже могли заметить, цифры в названии файловых систем - FAT16 и FAT32 - указывают на число бит, необходимых для хранения информации о номерах кластеров, используемых файлом. Так, в FAT16 применяется 16-битная адресация и, соответственно, возможно использование до 2 16 адресов. В Windows 2000 первые четыре бита таблицы расположения файлов FAT32 необходимы для собственных нужд, поэтому в FAT32 число адресов достигает 2 28 .

В табл. 8 показаны размеры кластеров для файловых систем FAT16 и FAT32.

Помимо существенных отличий в размере кластера FAT32 также позволяет корневому каталогу расширяться (в FAT16 число вхождений ограничено 512 и может быть даже ниже при использовании длинных имен файлов).

Преимущества FAT16

Среди преимуществ FAT16 можно отметить следующие:

• файловая система поддерживается операционными системами MS-DOS, Windows 95, Windows 98, Windows NT, Windows 2000, а также некоторыми операционными системами UNIX;
• существует большое число программ, позволяющих исправлять ошибки в этой файловой системе и восстанавливать данные;
• при возникновении проблем с загрузкой с жесткого диска система может быть загружена с флоппи-диска;
• данная файловая система достаточно эффективна для томов объемом менее 256 Мбайт.

Недостатки FAT16

К основным недостаткам FAT16 относятся:

• корневой каталог не может содержать более 512 элементов. Использование длинных имен файлов существенно сокращает число этих элементов;
• FAT16 поддерживает не более 65 536 кластеров, а так как некоторые кластеры зарезервированы операционной системой, число доступных кластеров - 65 524. Каждый кластер имеет фиксированный размер для данного логического устройства. При достижении максимального числа кластеров при их максимальном размере (32 Кбайт) максимальный объем поддерживаемого тома ограничивается 4 Гбайт (под управлением Windows 2000). Для поддержания совместимости с MS-DOS, Windows 95 и Windows 98 объем тома под FAT16 не должен превышать 2 Гбайт;
• в FAT16 не поддерживается встроенная защита файлов и их сжатие;
• на дисках большого объема теряется много места за счет того, что используется максимальный размер кластера. Место под файл выделяется исходя из размера не файла, а кластера.

Преимущества FAT32

Среди преимуществ FAT32 можно отметить следующие:

• выделение дискового пространства выполняется более эффективно, особенно для дисков большого объема;
• корневой каталог в FAT32 представляет собой обычную цепочку кластеров и может находиться в любом месте диска. Благодаря этому FAT32 не накладывает никаких ограничений на число элементов в корневом каталоге;
• за счет использования кластеров меньшего размера (4 Кбайт на дисках объемом до 8 Гбайт) занятое дисковое пространство обычно на 10-15% меньше, чем под FAT16;
• FAT32 является более надежной файловой системой. В частности, она поддерживает возможность перемещения корневого каталога и использования резервной копии FAT. Помимо этого загрузочная запись содержит ряд критичных для файловой системы данных.

Недостатки FAT32

Основные недостатки FAT32:

• размер тома при использовании FAT32 под Windows 2000 ограничен 32 Гбайт;
• тома FAT32 недоступны из других операционных систем - только из Windows 95 OSR2 и Windows 98;
• не поддерживается резервная копия загрузочного сектора;
• в FAT32 не поддерживается встроенная защита файлов и их сжатие.

Файловая система NTFS

При работе в Windows 2000 Microsoft рекомендуется отформатировать все разделы жесткого диска под NTFS, за исключением тех конфигураций, когда используется несколько операционных систем (кроме Windows 2000 и Windows NT). Применение NTFS вместо FAT позволяет использовать функции, доступные в NTFS. К ним, в частности, относятся:

• возможность восстановления. Эта возможность «встроена» в файловую систему. NTFS гарантирует сохранность данных за счет того, что использует протокол и некоторые алгоритмы восстановления информации. В случае системного сбоя NTFS использует протокол и дополнительную информацию для автоматического восстановления целостности файловой системы;
• сжатие информации. Для томов NTFS Windows 2000 поддерживает сжатие отдельных файлов. Такие сжатые файлы могут использоваться Windows-приложениями без предварительной распаковки, которая происходит автоматически при чтении из файла. При закрытии и сохранении файл снова упаковывается;
• помимо этого можно выделить следующие преимущества NTFS:

Некоторые функции операционной системы требуют наличия NTFS;

Скорость доступа намного выше - NTFS минимизирует число обращений к диску, требуемых для нахождения файла;

Защита файлов и каталогов. Только на томах NTFS возможно задание атрибутов доступа к файлам и папкам;

При использовании NTFS Windows 2000 поддерживает тома объемом до 2 Тбайт;

Файловая система поддерживает резервную копию загрузочного сектора - она располагается в конце тома;

NTFS поддерживает систему шифрования Encrypted File System (EFS), обеспечивающую защиту от неавторизованного доступа к содержимому файлов;

При использовании квот можно ограничить объем дискового пространства, занимаемого пользователями.

Недостатки NTFS

Говоря о недостатках файловой системы NTFS, следует отметить, что:

• NTFS-тома недоступны в MS-DOS, Windows 95 и Windows 98. Помимо этого ряд функций, реализованных в NTFS под Windows 2000, недоступен в Windows 4.0 и более ранних версиях;
• для томов небольшого объема, содержащих много файлов небольшого размера, возможно снижение производительности по сравнению с FAT.

Файловая система и скорость

Как мы уже выяснили, для томов небольшого объема FAT16 или FAT32 обеспечивает более быстрый доступ к файлам по сравнению с NTFS, так как:

• FAT обладает более простой структурой;
• размер каталогов меньше;
• FAT не поддерживает защиту файлов от несанкционированного доступа - системе не нужно проверять права доступа к файлам.

NTFS минимизирует число обращений к диску и время, необходимое для нахождения файла. Кроме того, если размер каталога достаточно мал, чтобы поместиться в одной записи MFT, вся запись считывается за один раз.

Одно вхождение в FAT содержит номер кластера для первого кластера каталога. Для просмотра файла FAT требуется поиск по всей файловой структуре.

Сравнивая скорость операций, выполняемых для каталогов, содержащих короткие и длинные имена файлов, следует учитывать, что скорость операций для FAT зависит от самой операции и размера каталога. Если FAT ищет несуществующий файл, поиск выполняется по всему каталогу - эта операция занимает больше времени, чем поиск по структуре, основанной на B-деревьях, используемой в NTFS. Среднее время, необходимое для поиска файла, в FAT выражается как функция от N/2, в NTFS - как log N, где N - это число файлов.

Ряд следующих факторов влияет на скорость чтения и записи файлов под управлением Windows 2000:

• фрагментация файла. Если файл сильно фрагментирован, NTFS обычно требуется меньше обращений к диску, чем FAT для нахождения всех фрагментов;
• размер кластера. Для обеих файловых систем размер кластера по умолчанию зависит от объема тома и всегда выражается степенью числа 2. Адреса в FAT16 - 16-битные, в FAT32 - 32-битные, в NTFS - 64-битные;
• размер кластера по умолчанию в FAT базируется на том факте, что таблица расположения файлов может иметь не более 65 535 вхождений - размер кластера представляет собой функцию от объема тома, деленного на 65 535. Таким образом, размер кластера по умолчанию для тома FAT всегда больше, чем размер кластера для тома NTFS того же объема. Отметим, что больший размер кластера для томов FAT означает, что тома FAT могут быть менее фрагментированными;
• расположение файлов небольшого размера. При использовании NTFS файлы небольшого размера содержатся в MFT-записи. Размер файла, помещающегося в одну запись MFT, зависит от числа атрибутов этого файла.

Максимальный размер томов NTFS

Теоретически NTFS поддерживает тома с числом кластеров до 2 32 . Но тем не менее помимо отсутствия жестких дисков такого объема существуют и другие ограничения на максимальный размер тома.

Одним из таких ограничений является таблица разделов. Индустриальные стандарты ограничивают размер таблицы разделов 2 32 секторами. Другим ограничением является размер сектора, который обычно равен 512 байт. Поскольку размер сектора может измениться в будущем, текущий размер дает ограничение на размер одного тома - 2 Тбайт (2 32 x 512 байт = 2 41). Таким образом, 2 Тбайт является практическим пределом для физических и логических томов NTFS.

В табл. 11 показаны основные ограничения NTFS.

Управление доступом к файлам и каталогам

При использовании томов NTFS можно устанавливать права доступа к файлам и каталогам. Эти права доступа указывают, какие пользователи и группы имеют доступ к ним и какой уровень доступа допустим. Такие права доступа распространяются как на пользователей, работающих за компьютером, на котором располагаются файлы, так и на пользователей, обращающихся к файлам через сеть, когда файл располагается в каталоге, открытом для удаленного доступа.

Под NTFS можно также устанавливать разрешения на удаленный доступ, объединяемые с разрешениями на доступ к файлам и каталогам. Помимо этого файловые атрибуты (только чтение, скрытый, системный) также ограничивают доступ к файлу.

Под управлением FAT16 и FAT32 тоже возможно устанавливать атрибуты файлов, но они не обеспечивают права доступа к файлам.

В версии NTFS, используемой в Windows 2000, появился новый тип разрешения на доступ - наследуемые разрешения. Вкладка Security содержит опцию Allow inheritable permissions from parent to propagate to this file object , которая по умолчанию находится в активном состоянии. Данная опция существенно сокращает время, требуемое на изменение прав доступа к файлам и подкаталогам. Например, для изменения прав доступа к дереву, содержащему сотни подкаталогов и файлов, достаточно включить эту опцию - в Windows NT 4 необходимо изменить атрибуты каждого отдельного файла и подкаталога.

На рис. 5 показаны диалоговая панель Properties и вкладка Security (раздел Advanced) - перечислены расширенные права доступа к файлу.

Напомним, что для томов FAT можно управлять доступом только на уровне томов и такой контроль возможен только при удаленном доступе.

Сжатие файлов и каталогов

В Windows 2000 поддерживается сжатие файлов и каталогов, расположенных на NTFS-томах. Сжатые файлы доступны для чтения и записи любыми Windows-приложениями. Для этого нет необходимости в их предварительной распаковке. Используемый алгоритм сжатия схож с тем, который используется в DoubleSpace (MS-DOS 6.0) и DriveSpace (MS-DOS 6.22), но имеет одно существенное отличие - под управлением MS-DOS выполняется сжатие целого первичного раздела или логического устройства, тогда как под NTFS можно упаковывать отдельные файлы и каталоги.

Алгоритм сжатия в NTFS разработан с учетом поддержки кластеров размером до 4 Кбайт. Если величина кластера больше 4 Кбайт, функции сжатия NTFS становятся недоступными.

Самовосстановление NTFS

Файловая система NTFS обладает способностью самовосстановления и может поддерживать свою целостность за счет использования протокола выполняемых действий и ряда других механизмов.

NTFS рассматривает каждую операцию, модифицирующую системные файлы на NTFS-томах, как транзакцию и сохраняет информацию о такой транзакции в протоколе. Начатая транзакция может быть либо полностью завершена (commit), либо откатывается (rollback). В последнем случае NTFS-том возвращается в состояние, предшествующее началу транзакции. Для того чтобы управлять транзакциями, NTFS записывает все операции, входящие в транзакцию, в файл протокола, перед тем как осуществить запись на диск. После того как транзакция завершена, все операции выполняются. Таким образом, под управлением NTFS не может быть незавершенных операций. В случае дисковых сбоев незавершенные операции просто отменяются.

Под управлением NTFS также выполняются операции, позволяющие «на лету» определять дефектные кластеры и отводить новые кластеры для файловых операций. Этот механизм называется cluster remapping.

В данном обзоре мы рассмотрели различные файловые системы, поддерживаемые в Microsoft Windows 2000, обсудили устройство каждой из них, отметили их достоинства и недостатки. Наиболее перспективной является файловая система NTFS, которая обладает большим набором функций, недоступных в других файловых системах. Новая версия NTFS, поддерживаемая Microsoft Windows 2000, обладает еще большей функциональностью и поэтому рекомендуется для использования при установке операционной системы Win 2000.

КомпьютерПресс 7"2000

Файловая система NTFS (New Technologies File System – файловая система новой технологии) была выпущена вместе с ОС Windows NT 3.5 в 1993 г. До выхода Windows 2000 разработка двух линий ОС была раздельной, и потребительские ОС Windows 95/98/Me были ограничены использованием FAT16 или FAT32 . В отличие от них, линейка NT , включая Windows XP , поддерживает все системы (за исключением Windows NT4 , не знакомой с FAT32 ).

Система NTFS содержит множество улучшений по сравнению с системами FAT . Наиболее важные относятся к:

· оптимизированному использованию пространства на больших томах,

· исправлению ошибок после аварий,

· защите данных от несанкционированного доступа,

· службе индексации,

· сжатию и шифрованию данных,

· восстановлению системы после серьезных сбоев.

NTFS может управлять разделами размером в несколько сотен Тбайт. Что касается безопасности, то администраторы получили возможность использовать встроенные функций защиты: политики доступа пользователей к файлам и папкам, системы шифрования файлов EFS (Encryption File System – шифрованная файловая система).

Система NTFS , используемая в версиях Windows, вплоть до Windows 2000 , не соответствовала современным требованиям, в частности:

· ограничивала число томов 26 (диски от A до Z);

· изменение раздела всегда требовало перезагрузки;

· информация о томах NTFS хранилась в реестре, что усложняло использование диска с другой системой.

Указанные проблемы были решены в Windows 2000 с помощью LDM (Logical Disk Manager – логический дисковый менеджер), который больше не требует присвоения букв дискам. Улучшения NTFS , используемой в Windows XP , были связаны с:

· улучшением пропускной способности данных,

· введением возможности устанавливать значения размера кластера, отличные от фиксированного по 512 байт;

· улучшением административных функций: индексация папок и ограничение непредвиденных расходов памяти.

Файловая система NTFS представляет собой выдающееся достижение структуризации: каждый элемент системы представляет собой файл – даже служебная информация. Самый главный файл в NTFS называется MFT (Master File Table – общая таблица файлов). В отличие от FAT , которая хранит таблицы отдельно, в начале тома, NTFS помещает MFT в скрытых файлах.

Раздел NTFS может быть почти какого угодно размера. Его максимальный размер ограничен лишь размерами жестких дисков.

NTFS делит все полезное место носителя на кластеры – блоки данных, причем размер кластера изменяется от 512 байт до 64 Кбайт (стандартом считается кластер размером 4 Кбайт).

Диск NTFS условно делится на две части. Первые 12% диска отводятся под MFT-зону - пространство, в которое растет метафайл MFT . Запись каких-либо данных в эту область невозможна. MFT-зона всегда держится пустой – это делается для того, чтобы самый главный, служебный файл (MFT ) не фрагментировался при своем росте. Остальные 88% диска представляют собой обычное пространство для хранения файлов (рис. 9).

Рис. 9. Физическая структура NTFS

Механизм использования MFT-зоны следующий: когда файлы уже нельзя записывать в обычное пространство, MFT-зона просто сокращается (в текущих версиях ОС ровно в два раза), освобождая таким образом место для записи файлов. При освобождении места в обычной области MFT-зона может снова расшириться. При этом не исключена ситуация, когда в этой зоне останутся обычные файлы.

MFT размещается в MFT-зоне и представляет собой централизованный каталог всех остальных файлов диска (в том числе, и себя самого). MFT управляет всеми файлами тома и, так называемыми, метаданными с помощью реляционной базы данных. Информация о файлах размещается в строчках, а в столбцах записаны атрибуты файлов (скрытый, шифрованный, сжатый, системный и т.д.).

MFT поделен на записи фиксированного размера (обычно 1 Кбайт), и каждая запись соответствует какому-либо файлу. Первые 16 файлов носят служебный характер и недоступны ОС – они называются метафайлами , причем самый первый метафайл – сам MFT . Файлы размером до 900 байт могут полностью помещаться в одну запись. Для файлов большего размера MFT содержит указатели на их расположение в дисковой памяти. То же самое относится и к папкам: если они имеют достаточно малый размер, то полностью входят в MFT .

Первые 16 элементов MFT – единственная часть диска, имеющая фиксированное положение. Вторая копия первых трех записей, для надежности (они очень важны) хранится ровно посередине диска. Остальной MFT-файл может располагаться, как и любой другой файл, в произвольных местах диска – восстановить его положение можно с помощью его самого, «зацепившись» за самую основу – за первый элемент MFT .

Каждый метафайл отвечает за какой-либо аспект работы системы. Преимущество такого подхода заключается в гибкости. Например, в файловой системе FAT физическое повреждение в самой области FAT фатально для функционирования всего диска, а NTFS может сместить, даже фрагментировать по диску, все свои служебные области, обойдя любые неисправности поверхности - кроме первых 16 элементов MFT .

Метафайлы находятся в корневом каталоге NTFS диска – они начинаются с символа имени «$». В настоящее время используются следующие метафайлы:

· $MFT – сам MFT;

· $MFTmirr – копия первых 16 записей MFT, размещенная посередине диска;

· $LogFile – файл поддержки журналирования;

· $Volume – служебная информация (метка тома, версия файловой системы и т.д.);

· $AttrDef – список стандартных атрибутов файлов на томе;

· $. - корневой каталог;

· $Bitmap – карта свободного места тома;

· $Boot – загрузочный сектор (если раздел загрузочный);

· $Quota - файл, в котором записаны права пользователей на использование дискового пространства;

· $Upcase – файл-таблица соответствия заглавных и прописных букв в именах файлов на текущем томе.

Все файлы, размещаемые на диске, упоминаются в MFT . В этом месте хранится вся информация о файле (за исключением собственно данных): имя файла, размер, положение на диске отдельных фрагментов, и т.д. Если для информации не хватает одной записи MFT , то используются несколько, причем не обязательно подряд.

Файлы небольшого размера (до 900 байт) хранятся прямо в MFT , в оставшемся от основных данных месте в пределах одной записи MFT . Файлы, занимающие сотни байт, обычно не имеют своего «физического» воплощения в основной файловой области - все данные такого файла хранятся в одном месте - в MFT .

Имя файла может содержать любые символы, включая полный набор национальных алфавитов, так как данные представлены в Unicode – 16-битном представлении, которое дает 65535 разных символов. Максимальная длина имени файла – 255 символов.

Каталог на NTFS представляет собой специфический файл, хранящий ссылки на другие файлы и каталоги, создавая иерархическое строение данных на диске. Файл каталога поделен на блоки, каждый из которых содержит имя файла, базовые атрибуты и ссылку на элемент MFT , который уже предоставляет полную информацию об элементе каталога. Внутренняя структура каталога представляет собой бинарное дерево (В-дерево ). Это означает следующее: для поиска файла с данным именем в линейном каталоге, таком, например, как в FAT, ОС приходится просматривать все элементы каталога, пока она не найдет нужный. Бинарное же дерево располагает имена файлов таким образом, чтобы поиск файла осуществлялся более быстрым способом – с помощью получения двухзначных ответов на вопросы о положении файла. Вопрос, на который бинарное дерево способно дать ответ, таков: в какой группе, относительно данного элемента, находится искомое имя – выше или ниже? Такой поиск начинается с вопроса к среднему элементу, и каждый ответ сужает зону поиска в среднем в два раза. Файлы отсортированы по алфавиту, и ответ на вопрос осуществляется очевидным способом – сравнением начальных букв. Область поиска, суженная в два раза, начинает исследоваться аналогичным образом, начиная опять же со среднего элемента. Пример поиска по В-дереву показан на рис. 10.

Таким образом, для поиска одного файла среди, например, 1000, FAT придется осуществить в среднем 500 сравнений (наиболее вероятно, что файл будет найден на середине поиска), а системе на основе В-дерева – всего около 10-ти (2 10 = 1024).

Главный каталог диска - корневой - ничем не отличается об обычных каталогов, кроме специальной ссылки на него из начала метафайла MFT .

NTFS – отказоустойчивая система, которая может привести себя в корректное состояние при практически любых реальных сбоях.

В табл. 4 приведены ограничения, налагаемые на файловые системы NTFS и FAT .

Таблица 4. Ограничения файловых систем

Для новой ОС Vista компания Microsoft разрабатывает новую файловую систему Windows Future Storage (WinFS – «грядущая система хранения »), призванную заменить NTFS и FAT . В основе WinFS лежит доработанная NTFS с улучшенными функциями администрирования, организации доступа к файлам, синхронизации и защиты файловых ресурсов.

Новая файловая система предназначена для хранения файлов на основе критериев их содержания, т.е. автора, содержания, имени, источника и последнего обратившегося пользователя. Структура папок, отображаемая в Проводнике , представляет собой просто виртуальную карту.

Сутью WinFS является, так называемая, модель данных – механизм, который постоянно администрирует и структурирует цифровые элементы или «предметы» (items ). Предметы используют описательные элементы, выходящие за понятие файла. Эти описательные элементы не присутствуют в файле, а полностью принадлежат и управляются WinFS . При данной схеме в качестве предметов можно регистрировать не только файлы, но и, например, контакты, ссылки в Интернете, письма и т.д.

С точки зрения пользователей, предметы снимают необходимость в использовании физического места расположения файлов. Вместо этого ОС организует данные, в зависимости от их содержания, в виртуальные папки. При поиске данных пользовательские критерии типа «Все документы по курсу ИКТ за последние два года » заменяют информацию о формате файлов, авторах и расположении.

Microsoft реализовала меняющуюся модель предметов в WinFS , т.е. пользователи могут сами определять предметы с помощью метаданных XML и указывать связи между предметами. При этом существует возможность, например, вывода всех документов данного автора вместе с информацией о его адресе и связанных с ним документов.

Задание №4 1. Определите, какие файловые системы используются на жестком диске вашей рабочей станции: · выполните команды главного меню Windows: Пуск Þ Настройка Þ Панель управления Þ Администрирование Þ Управление компьютером; · в левой панели консоли Управление компьютером раскройте раздел Запоминающие устройства и дважды щелкните мышью по опции Управление дисками; · в правой панели консоли Управление компьютером отобразится информация о структуре дисков и используемых файловых системах; · запишите эту информацию в свою рабочую тетрадь; · закройте окно консоли. 2. Определите характеристики логических и физических дисков вашей рабочей станции: · выполните команды главного меню Windows: Пуск Þ Программы Þ Стандартные Þ Служебные Þ Сведения о системе; · в левой панели консоли Сведения о системераскройте раздел Компоненты, а в нем – подраздел Запоминающие устройства; · двойным щелчком мыши выберите первую опцию Диски. В правой панели отобразятся характеристики логических дисков. Выпишите значения в свою рабочую тетрадь; · двойным щелчком мыши выберите вторую опцию Диски. В правой панели отобразятся характеристики физических дисков. Выпишите основные значения в свою рабочую тетрадь; · закройте окно консоли.