3.8. Файлова система ntfs і управління даними в Windows

3.8.1. Особливості файлової системи ntfs

Файлова система NTFS була розроблена спеціально для використання в ОС Windows NT як заміна для застарілої системи FAT. NTFS є основною системою і для нових версій - Windows 2000/XP.

Система NTFS спроектована як дуже потужна багатокористувальницька файлова система з великою кількістю можливостей. Тим не менше, як стверджують розробники, NTFS забезпечує більш швидкий доступ до даних, чим гранично проста система FAT, якщо обсяг диска перевищує 600 Мб.

Серед можливостей, відсутніх в FAT, але реалізованих в NTFS, можна назвати наступні.

· Розвинуті засоби захисту даних, що запобігають можливість несанкціонованого доступу до даних і при цьому дозволяють вельми детально розмежувати права доступу для різних користувачів і груп користувачів.

· Швидкий пошук файлів у великих каталогах.

· Забезпечення цілісності даних у разі збоїв або відключення живлення, засноване на механізмі транзакцій. Це означає, що будь-яка операція з файлом розглядається як неподільне дію (транзакція), яке повинне бути або виконано до кінця, або не виконано зовсім. В ході операції

система протоколює в спеціальному журналі хід виконання окремих етапів транзакції: запис даних, внесення змін в каталог і т.п. Якщо транзакція буде перервана на проміжному етапі, то при наступному завантаженні системи інформація з журналу дозволить «відкотити» Недовиконання транзакцію, тобто скасувати виконані етапи.

· Можливість стиснення даних на рівні окремих файлів (тобто на одному дисковому томі можуть зберігатися файли як в стислому, так і в стислому форматі).

· Можливість зберігання файлів в зашифрованому вигляді.

· Механізм точок повторного аналізу (reparse points), що дозволяє для окремих каталогів задати дії, які повинні виконуватися щоразу, коли система звертається до даного каталогу. Зокрема, цей механізм дозволяє реалізувати такі UNIX-подібні можливості, як символічні зв'язку та монтування файлових систем.

· Можливість протоколювання всіх змін, що відбуваються у файловій системі, таких як створення, зміна та видалення файлів і каталогів.

· Розширюваність системи. Врахувавши важкий досвід, пов'язаний зі спробами модернізації FAT, розробники NTFS заздалегідь заклали в систему можливість додавання нових, не передбачених в даний час атрибутів файлів.

Деякі можливості, закладені в файлову систему NTFS, навіть випереджають розвиток ОС Windows і поки не можуть бути використані в цій системі.

3.8.2. Структури дискових даних

Загальну структуру зберігання даних на диску в системі NTFS часто характеризують двома короткими фразами:

На диску немає нічого, крім файлів.

У файлі немає нічого, крім атрибутів.

Поговоримо докладніше про цих загадкових твердженнях.

3.8.2.1. Головна таблиця файлів

Найбільш важливою частиною файлової системи на диску є головна таблиця файлів (MFT, Master File Table). Ця таблиця містить записи про всі файли і каталогах, розташованих на даному томі. Розмір запису становить один кластер, але не менше 1 Кб. Якщо метадані про файл не поміщаються в одному записі, то можуть бути використані додаткові записи (не обов'язково сусідні).

Після форматування дискового тому, коли на ньому ще немає користувальницьких файлів, MFT містить 16 записів, з яких 11 містять описи файлів метаданих, а 5 зарезервовані як додаткові. Список файлів метаданих досить цікавий.

· Перший запис MFT описує саму MFT, яка теж вважається файлом. Це аж ніяк не формальність, оскільки MFT може, як і інші файли, складатися з декількох сегментів, розміщення яких задається в цьому записі.

· Копія перших 16 записів MFT, яка зберігається як файл десь у середині диска. Це дозволяє відновити метадані в разі пошкодження основного примірника MFT.

· Журнал протоколювання транзакцій.

· Файл інформації про томі: ім'я томи, серійний номер, дата форматування і т.п.

· Файл з перерахуванням всіх атрибутів, використовуваних для опису файлів на даному томі. Таким чином, список атрибутів не є жорстко фіксованим і може бути розширений в наступних версіях NTFS.

· Кореневий каталог томи.

· Бітова карта зайнятості кластерів томи.

· BOOT-сектор. Він як і раніше є першим сектором томи, але теж вважається файлом.

· Файл, що складається з усіх дефектних кластерів на даному томі. Це дає підстави помітити в бітової карті всі дефектні кластери як зайняті.

· Файл, що містить всі різні дескриптори захисту, використовувані для файлів і каталогів даного тому (див. п. 3.8.4.2).

· Файл, задаючий пари великих / малих літер для всіх мов, підтримуваних Windows. Такі дані необхідні, оскільки імена файлів можуть містити літери обох типів, але в Windows за традицією регістр букв в іменах файлів не розрізняється (на відміну, наприклад, від UNIX).

· Каталог, що містить ще 4 файлу метаданих, доданих в Windows 2000. До них відносяться:

- Файл унікальних 16-байтових ідентифікаторів, створюваних Windows для кожного файлу, на який є ярлик або OLE-зв'язок; це дозволяє автоматично виправити ярлик, якщо вихідний файл був переміщений в інший каталог або навіть на інший комп'ютер в межах домену мережі;

- Файл квот дискового простору, що виділяються кожному користувачеві;

- Файл точок повторного аналізу, встановлених для каталогів даного томи;

- Файл журналу змін, що відбуваються на томі.

Далі, починаючи з 17-ої позиції MFT, зберігаються записи метаданих про файли і каталогах, розміщених на даному томі.

Система намагається зберегти MFT безперервної, оскільки це прискорює звернення до всіх описаним у ній файлам. Для цього система намагається по можливості не позичати деяку область на початку диска під розміщення файлів, зберігаючи вільне місце для росту MFT.