6.3.2. Файловая система ntfs

Файловая система NTFS оперирует с общим понятием "ТОМ", частным случаем которого является логический диск. Возможно также создание отказоустойчивого тома, занимающего несколько разделов, с использованием RAID-технологии. Применение RAID-технологии позволяет повысить или быстродействие диска, или его надёжность, или то и другое вместе. Следует иметь в виду, что при установке операционной системы для использования RAID-технологии требуются так называемые динамические диски, представляющие стандарт распределения дискового пространства фирмы Microsoft. Они несовместимы с промышленным стандартом. Поэтому если диски будут преобразованы в динамические, то на этот жёсткий диск не дастся установить ни одну операционную систему, а ранее установленные операционные системы не смогут даже запуститься. Обратное преобразование динамических дисков в стандартные диски без полной потери данных невозможно [1].

Структура тома NTFS показана на рис. 6.5. Том состоит из следующих частей:

• зона главной таблицы файлов MFT (12% ёмкости тома)

• обычная зона файлов и каталогов (88% ёмкости тома), которая делится на две области;

• копии первых 16 записей таблицы MFT, занимающие часть обычной зоны.

$MFT

Зона MFT

Зона файлов и каталогов (область 1)

Копии первых 16 записей MFT

Зона файлов и каталогов (область 2)

Рис. 6.5. Структура тома NTFS

Всё пространство тома делится на кластеры. Поддерживаются кластеры размером от 512 байт до 64 Кбайт. Увеличение размера кластера более чем до 4К исключает сжатие файлов и каталогов [1].

Главная таблица MFT является файлом и содержит сведения о всех остальных файлах имеющихся на диске, в том числе и о самой MFT. Она содержит имена файлов, размеры, адреса на диске файлов и их фрагментов и т.д. Таблица поделена на записи размером 1К, соответствующие файлам. Файлы, имеющие размер не более 100 байтов записываются непосредственно в таблицу MFT. Первые 16 файлов, упомянутые в таблице являются служебными и недоступны через интерфейс операционной системы. Эти файлы называются метафайлами (табл. 6.3) и находятся в корневом каталоге.

Таблица 6.3. Метафайлы тома NTFS

Имя метафайла	Описание
$MFT	Главная таблица файлов
$MFTmirr	Копия первых 16 записей MFT
$LogFile	Файл журналов
$Valume	Служебная информация: метка тома и версия файловой системы
$AttrDef	Список стандартных аттрибутов на томе
$	Корневой каталог
$BitMap	Битовая карта свободного места тома
$Boot	Загрузочный сектор
$Quota	Файл прав пользователей
$Upcase	Таблица соответствия строчных и прописных букв в именах файлов

Копия информации о метафайлах помещена в зоне файлов и каталогов. Зона MFT заполняется по мере роста таблицы MFT.

Файловая система NTFS имеет следующие особенности:

• файл идентифицируется 64-разрядной числом, которое называется файловой ссылкой и состоит из номера файла в таблице MFT и номера последовательности, который увеличивается всякий раз, когда позиция файла MFT используется повторно;

• файлы представлены потоками данных, которыми являются данные, хранящиеся в файле, их неосновные атрибуты, сведения об авторе и содержании файла и т.д.;

• наличие средств самовосстановления:

  • механизмы проверки целостности системы (журналы транзакций, журналы изменений и т.д.);

  • механизм отката при наличии незавершённых операций

  • процедуры внутренней проверки целостности файловой системы;

• поддержка дисков с большими объёмами;

• повышенная отказоустойчивость;

• эмуляция других файловых систем;

• параллельная обработка потоков данных;

• сжатие отдельных файлов и каталогов;

• шифрование файлов (не рекомендуется);

• ограничение доступа к файлам и каталогам посредством создания специальных расширенных атрибутов файлов и каталогов;

• мощная модель безопасности.

В числе особенностей файловой системы NTFS упоминается наличие средств самовосстановления, в частности поддержка журналов транзакций и изменений. Журналы транзакций являются специальными файлами, которые позволяют воспроизвести операции записи на диск. Журналы изменений также являются системными файлами, в которых ведётся протокол изменения файловой структуры. Каждой такой операции соответствует одна запись в журнале изменений, которая помечается как незавершённая. Если операция успешно выполнена, то пометка снимается. В случае сбоя или прерывания операции любым способом пометка сохраняется. При последующей перезагрузке процедура внутренней проверки целостности файловой системы обнаруживает пометки незавершённых операций и восстанавливает первоначальное состояние системы, т.е. задействует механизм отката.

Поддержка диска с большими объёмами дискового пространства позволяет получить логические диски с объёмами во много раз превышающими существующие технические возможности: 16 Эбайт (Эбайт – обозначение единицы объёма диска экзобайт, составляющего 2⁶⁴ байт или приблизительно 16 млрд. гигабайт). Кроме того, встроенные средства сжатия файлов и каталогов обеспечивает существенную экономию дискового пространства. Сжатие можно назначать отдельно взятым томам, логическим дискам, каталогам и файлам. При желании можно сжатие отменить.

NTFS поддерживает объектную модель безопасности, разработанную для Windows NT. В соответствии ней файловая система рассматривает файлы и каталоги как объекты. Для пользователей введены учётные записи. Пользователи могут объединяться в группы, для которых задаются права доступа к различным каталогам и файлам. Права доступа файлам и каталогам хранятся в списках управления доступом (ACL) каждого каталога и файла.