Файловые системы Файловая система NTFS

записи и поиска.
Поддерживает улучшенные операции восстановления файловой системы на очень

больших жестких дисках.
Включает возможности безопасности, требуемые для файловых серверов и высококачественных персональных компьютеров в корпоративной среде.

соответствует логическому разделу на диске и создается, когда Вы форматируете

диск или часть его для NTFS.




NTFS обрабатывает каждый том независимо от других.

На одном диске может находиться один или несколько томов.

одного раздела для формирования одного протяженного. Можно использовать разделы с

разных дисков для создания набора томов, большего по объему, чем любой имеющийся на компьютере физический диск.
Зеркальный том (mirrored, RAID 0) содержит копии своих данных на двух разделах. В случае зеркала запись данных производится на оба раздела, а считывание происходит только с одного. Зеркальный том устойчив к сбою одного диска, в этом случае работает оставшаяся половина.
Чередующийся набор томов (stripped , RAID 1) – том, состоящий из нескольких разделов, по которым равномерными блоками распределены данные. Размер блока данных - 64 Кбайт. Первый блок данных размером в 64 Кбайт хранится на первом разделе, вторые 64 Кбайт на втором и т.д. Чередующиеся наборы томов могут повысить производительность системы, если использовать разделы, размещенные на разных дисках, поскольку операции чтения-записи могут выполняться параллельно.
Чередующийся набор томов с четностью (RAID-5) – это чередующийся набор с дополнительным блоком данных размером в 64 Кбайт. Дополнительный блок содержит информацию о четности, которую система может использовать при восстановлении данных, расположенных на одном из разделов чередующегося набора, в случае выхода из строя диска, где был расположен раздел.

о базовых дисках.
Внутреннее имя имеет форму \??\Volume{XX-XX-XX-XX}, где X —

числа, образующие глобальный уникальный ID (GUID), присвоенный тому операционной системой.
Для работы с томами существует системная утилита mountvol (будет рассмотрена позже)

ОС Windows 2000-2003 реализовано много новых возможностей, например, динамические диски,

которым будет посвящена дополнительная тема.

тома NTFS /a:, т.е.
format d: /a:1024 /fs:ntfs

Однако NTFS-сжатие не

поддерживается для кластеров, размер которых больше 4 КБ.

до 64 Кбайт

12% тома отводятся под так называемую MFT зону – пространство,

в которое растет метафайл MFT (об этом ниже). 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% тома представляют собой обычное пространство для хранения файлов.
Свободное место тома, однако, включает в себя всё физически свободное место – незаполненные куски MFT-зоны туда тоже включаются. Механизм использования MFT-зоны таков: 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 расширится. При этом не исключена ситуация, когда в этой зоне остались и обычные файлы: никакой аномалии тут нет. Метафайл MFT все-таки может фрагментироваться, хоть это и было бы нежелательно.

в специальном файле, называемом главной файловой таблицей (MFT – master

file table).
NTFS резервирует первые 16 записей таблицы для специальной информации. Первая запись этой таблицы описывает непосредственно главную файловую таблицу;
за ней следует зеркальная запись (mirror record) MFT. Если первая запись MFT разрушена, то NTFS читает вторую запись для отыскания зеркального файла MFT, первая запись которого идентична первой записи MFT. Местоположения сегментов данных MFT и зеркального файла MFT записаны в секторе начальной загрузки. Дубликат сектора начальной загрузки находится в логическом центре диска.
Третья запись MFT — файл регистрации (log file); используется для восстановления файлов. Файл регистрации подробно описан ниже. Семнадцатая и последующие записи главной файловой таблицы используются собственно файлами и каталогами (также рассматриваются как файлы NTFS) на томе. На слайде показана упрощенная структура MFT.

находятся корневом каталоге NTFS диска – они начинаются с символа

имени "$".
Для метафайлов указан реальный размер - можно узнать, например, сколько ОС тратит на каталогизацию всего диска.

записи файла (4Кбайт). Атрибуты файла записываются в распределенное пространство MFT.

Каждая запись MFT состоит из заголовка записи, за которым следует последовательность пар (заголовок атрибута, значение).
Как правило значения атрибутов располагаются непосредственно после заголовков, однако если длина значения слишком велика, чтобы поместиться в запись таблицы MFT, она может быть помещена в отдельный блок диска. Такой атрибут называется нерезидентным. Например, таким атрибутом может являться атрибут Data.

заголовок записи MFT (H - header)
стандартная информация (SI -

standard information);
имя файла ( FN - file name);
данные (data);
дескриптор безопасности (SD - security descriptor).

размера записи MFT могут полностью содержаться внутри записи MFT.
Подобный

подход обеспечивает очень быстрый доступ к файлам.

MFT, время, необходимое NTFS для доступа к нему, значительно сокращается.

Вместо того, чтобы искать файл в таблице и затем считывать цепочку кластеров для поиска данных файла (как это делается, например, в файловой системе FAT), NTFS обращается к диску только один раз и немедленно считывает данные.

помещаются в запись MFT, поэтому этот атрибут, как правило, является

нерезидентным.





Для увеличения эффективности кластеры выделяются файлам по возможности в виде блоков (серий, пробегов) последовательных кластеров. Каждый блок описывается отдельной записью – (стартовый кластер, число кластеров). Файл без фрагментации описывается всего одной записью.

для файла среднего размера.
Файл состоит из 3-х блоков кластеров:

20 – 23, 64 – 65, 80 – 82. Число таких блоков зависит от того насколько удачно ФС сумела найти место для хранения файла.

сильно фрагментирован), что его атрибут данных не помещается в одной

записи MFT, то этот атрибут становится нерезидентным, то есть он находится в другой записи таблицы MFT, ссылка на которую помещена в исходной записи о файле. Эта ссылка называется внешним атрибутом (external attribute).

производится следующим образом.
Когда файловая система NTFS записывает на диск файл,

помеченный для сжатия, она изучает первые 16 логических блоков файла, независимо от того, сколько сегментов на диске они занимают. Затем к этим блокам применяется алгоритм сжатия. Если полученные на выходе блоки могут поместиться в 15 или менее блоков, то сжатые данные записываются на диск, предпочтительно в виде одного сегмента. Если получить выигрыш не получается, то данные 16 блоков записываются без сжатия. Затем алгоритм повторяется для следующих 16 блоков и т.д.
Сжатие файла частями по 16 блоков явилось компромиссом, если бы порции были меньше, то эффективность бы сжатия снизилась. Если размер блока был бы больше, то это замедлило бы произвольный доступ.

успешно сжаты в 8 блоков, следующие 16 не могут быть

сжаты, наконец, последние 16 блоков также успешно сжаты на 50%.
Эти три части файла записаны в виде трех сегментов, информация о которых хранится в записи MFT. “Пропущенные” блоки обозначаются в записи MFT как сегменты с нулевым дисковым адресом. На слайде за заголовком (0,48) следует 5 пар, две для первого (сжатого) сегмента, одна для несжатого и две для последнего (сжатого) сегмента.
При чтении этого файла система NTFS должна знать, какие из сегментов файла сжаты, а какие нет. Она видит это по дисковым адресам. Дисковый адрес 0 указывает на то, что предыдущий сегмент сжат. Дисковый блок 0 не может использоваться для хранения данных во избежание неоднозначности (это загрузочный сектор).
Произвольный доступ к сжатому файлу возможен, но не прост. Например, для чтения блока 35 необходимо определить где находится этот блок и распаковать весь сегмент.

вас есть файлы, которые содержат множество нулей (попросту говоря в

файле есть "пустые области"), то NTFS позволяет сохранять пространство диска, давая таким файлам определение sparse (разреженный).
Так вот при сохранении таких файлов система просто не выделяет место для пустых областей файла - в результате чего и достигается уменьшение размера файла. При обращении системы к частям, отмеченным как пустые, NTFS просто возвращает нулевые значения. При просмотре свойств файла система сообщит о зарезервированном для него размере, хотя фактический объем может занимать в сотни тысяч раз меньший объем.
Разреженные файлы применяются, в частности, в журнале NTFS ($LogFile).

fsutil sparse.

можно хранить несколько потоков информации. Это позволяет, в частности, снабжать

файлы документов дополнительной информацией, хранить в одном файле несколько версий документов (например, на разных языках), хранить в отдельных потоках одного файла программный код и данные и т.п.
При создании файла основные данные следует записать в неименованный поток. Затем необходимо создать внутри того же файла именованный поток, предназначенный для данных образа. Теперь один файл будет содержать два потока.

командной строки. Перейдем в раздел NTFS (например, в папку, содержащую

системные шрифты) и введем следующую команду (не делайте лишних пробелов!): С:\WINDOWS\Fonts>dir > New_Stream.TXT:New_Stream
В результате выполнения этой команды система создаст файл New_Stream.TXT. Он будет содержать два потока: неименованный, в котором находится 0 байт, и именованный (с именем New_Stream), где будет находиться результат выполнения команды dir. Доступ к именованному потоку можно получить, обратившись к нему по имени через двоеточие после имени файла.
Для вывода содержимого именованного потока воспользуемся:
C:\WINDOWS\Fonts>more < New_Stream.TXT:New_Stream

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 B+ дерево (форма двоичного дерева, в каждом узле которого хранится несколько элементов), элементы которого сортируются по имени.
Для поиска файла с данным именем в линейном каталоге, таком, например, как у FAT-а, системе 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.
Вывод - для поиска одного файла среди 1000, например, FAT придется осуществить в среднем 500 сравнений (наиболее вероятно, что файл будет найден на середине поиска), а системе на основе дерева - всего около Log2(N), т.е 10-ти (2^10 = 1024).

же, как записи файла (копии атрибута File_Name файлов и подкаталогов).

Для хранения используется атрибут $Index_Root (корневой индекс), который всегда резидентный !
В том случае, когда атрибуты файла (или каталога) не умещаются в MFT и требуется выделение дополнительного пространства:
для хранения описания файлов выделяются нерезидентные индексные буферы (4 Кбайт), каждый из которых имеет виртуальный номер кластера (virtual clusters numbers, VCN) для сквозной нумерации кластеров в рамках одной записи MFT;
корневой индекс хранит корень дерева B+ и ссылки (VCN) на индексные буферы.
соответствие между VCN и LCN хранится в атрибуте каталога $Index_Allocation. Примечание: Логические номера кластеров (LCN), представляют последовательность кластеров всего тома

запись MFT для “большого” каталога (нерезидентное хранение)

несколько каталоговых записей, каждая из которых описывает файл или каталог.

Фиксированная запись содержит индекс записи MFT файла, длину имени файла, а также другие разнообразные поля и флаги.
Поиск файла в каталоге по имени состоит в последовательном переборе всех имен файлов.

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. Обычно, корень индекса и буферы размещения индексов могут хранить элементы для более чем трех файлов, в зависимости от длины имен.
Красные стрелки указывают, что элементы NTFS хранятся в алфавитном порядке

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 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.