Физическая организация ntfs

Файловая система NTFS была разработана в качестве основной файловой системы для ОС Windows NT в начале 90-х годов с учетом опыта разработки файловых систем FAT и HPFS (основная файловая система для OS/2), а также других существовавших в то время файловых систем.

Основными отличительными свойствами NTFS являются:

1. поддержка больших файлов и больших дисков; (СКОЛЬКО?)

2. восстанавливаемость после сбоев и отказов;

3. высокая скорость операций, в том числе и для больших дисков;

4. низкий уровень фрагментации, в том числе и для больших дисков;

5. гибкая структура, допускающая развитие за счет добавления новых типов записей и атрибутов файлов с сохранением совместимости с предыдущими версиями ФС;

6. устойчивость к отказам дисковых накопителей;

7. поддержка длинных символьных имен;

8. контроль доступа к каталогам и отдельным файлам.

Структура тома ntfs

Основой структуры тома NTFS является главная таблица файлов (Master File Table, Main File Table, MFT), которая содержит по крайней мере одну запись для каждого файла тома, включая одну запись для самой себя. Она использует 64-битные указатели? Каждая запись MFT имеет фиксированную длину, зависящую от объема диска, — 1,2 или 4 Кбайт. Для большинства дисков, используемых сегодня, размер записи MFT равен 2 Кбайт, который мы далее будет считать размером записи по умолчанию.

Порядковый номер кластера в томе NTFS называется логическим номером кластера (Logical Cluster Number, LCN).

Файл NTFS состоит из последовательности кластеров, при этом порядковый номер кластера внутри файла называется виртуальным номером кластера ( Virtual Cluster Number, VCN).

Базовая адресуемая единица распределения дискового пространства для файловой системы NTFS — отрезок, который представляет собой непрерывную последовательность кластеров.

В качестве адреса отрезка NTFS использует логический номер его первого кластера, а также количество кластеров в отрезке k, то есть пара (LCN, k).

NTFS поддерживает тома и файлы размером до 2⁶⁴ кластеров и использует 64-битные указатели на кластеры.

Загрузочный блок содержит:

1. Стандартный блок параметров BIOS

2. Количество блоков в томе

3. Начальный LCN основной копии MFT

4. Начальный LCN зеркальной копии MFT.

В общем случае том NTFS представляет собой последовательность областей:

1. MFT.

2. Данные.

NTFS поддерживает:

1. Динамическое сжатие файлов (только при размере кластера до 4 Кбайт). То есть пользовательские приложения даже не будут знать, что файл сжат и будут работать с ним как с обычными.

2. Шифрование файлов. Но его выполняет не сама ФС, а специальный драйвер EFS (Encrypting File System).

3. Ведет учет свободного места на логическом диске при помощи битовых карт.

4. Поддерживает разделение доступа к файлам .

5. Квотирование (Для определенного пользователя выставляется квота (предел) занимаемого объема его файлов).

6. Ведет журнал транзакций

Сжатие и шифрование выставляются как свойства файла NTFS.

Физическая организация s5 и ufs

Файловые системы s5 (получившие название от System V, родового имени нескольких версий ОС UNIX, разработанных в Bell Labs компании AT&T) и ufs (UNIX File System) используют очень близкую физическую модель. Это не удивительно, так как система ufs является развитием системы s5. Файловая система ufs расширяет возможности s5 по поддержке больших дисков и файлов, а также повышает ее надежность.

Здесь вместо термина «кластер» будет использоваться термин «блок», как это принято в файловых системах UNIX.

Раздел диска s5, делится на четыре области:

1. Загрузочный блок;

2. Суперблок (superblock) содержит самую общую информацию о ФС: размер ФС, размер области индексных дескрипторов, число индексных дескрипторов, список свободных блоков и список свободных индексных дескрипторов и пр.;

3. Область индексных дескрипторов (inode list), порядок расположения индексных дескрипторов под их номерами;

4. Область данных, в которой расположены как обычные файлы, так и файлы-каталоги, в том числе и корневой каталог; специальные файлы представлены в файловой системе только записями в соответствующих каталогах и индексными дескрипторами специального формата, но места в области данных не занимают.

Характеристики файлов хранящихся в индексном дескрипторе (inode). Индексный дескриптор в s5 имеет размер 64 байта (в 2 раза больше, чем в FAT 32) и содержит:

1. данные о типе файла,

2. адресную информацию,

3. привилегии доступа к файлу

4. и некоторую другую информацию:

1. идентификатор владельца файла;

2. тип файла; файл может быть файлом обычного типа, каталогом, специальным файлом, а также конвейером или символьной связью;

3. права доступа к файлу;

4. временные характеристики: время последней модификации файла, время последнего обращения к файлу, время последней модификации индексного дескриптора;

5. число ссылок на данный индексный дескриптор, равный количеству псевдонимов файла;

6. адресная информация (структура адреса рассмотрена выше в разделе «Физическая организация и адресация файла»);

7. размер файла в байтах.

Каждый индексный дескриптор имеет номер, который одновременно является уникальным именем файла..

Система ведет список номеров свободных индексных дескрипторов. При создании файла ему выделяется номер из этого списка, а при уничтожении файла номер его индексного дескриптора возвращается в список.

Запись о файле в каталоге состоит всего из двух полей: символьного имени файла и номера индексного дескриптора.

Физическая организация файловой системы ufs отличается от описанной физической организации файловой системы s5 тем, что раздел ufs состоит из повторяющейся несколько раз последовательности областей:

1. загрузчик;

2. суперблок;

3. блок группы цилиндров (данные, адресуемые группой цилиндров, он описывает количество индексных дескрипторов и блоков данных, расположенных на данной группе цилиндров);

4. область индексных дескрипторов.

В них суперблок является резервной копией основной первой копии суперблока. Области блока группы цилиндров и индексных дескрипторов содержат индивидуальные для каждой последовательности значения. Блок группы цилиндров описывает количество индексных дескрипторов и блоков данных, расположенных на данной группе цилиндров. Такая группировка делается для ускорения доступа, чтобы просмотр индексных дескрипторов и данных файлов, описываемых этими дескрипторами, не приводил к слишком большим перемещениям головок диска.

В ufs имена файлов могут быть до 255 символов (кодировка ASCII, по одному байту на символ), а в s5 длина имени не превышает 14 символов.