 |
Тема 3.2 Файловые системы ОС семейства Windows
|
|
|
|
Лекция
Тема: «Физическая организация файловой системы NTFS. Структура файла в NTFS».
План
1. Файловая система NTFS.
2. Загрузочный файл (boot file)
3. Каталог в NTFS
4. CDFS
Файловая система NTFS (New Technology File System) была специально разработана для ОС Windows NT. В ней значительно расширены возможности по управлению доступом к отдельным файлам и каталогам, введено большое число атрибутов, реализованы отказоустойчивость и средства динамического сжатия файлов. NTFS допускает имена файлов длиной до 255 символов, при этом она использует тот же алгоритм для генерации короткого имени, что и VFAT. NTFS обладает возможностью самостоятельного восстановления в случае сбоя ОС или оборудования, так что дисковый том остается доступным, а структура каталогов не нарушается.
Каждый файл на разделе NTFS представлен записью в специальном файле MFT (Master File Table, главная файловая таблица). NTFS резервирует около 1 Мб для размещения первых 16 записей служебной информации. 17-я и последующие записи MFT используются собственно файлами и каталогами. Первая запись содержит саму главную файловую таблицу. За ней следует зеркальная запись MFT. Если первая запись MFT разрушена, NTFS считывает вторую запись, чтобы отыскать зеркальный файл MFT. Местоположение сегментов данных MFT и зеркального файла MFT хранится в секторе начальной загрузки. Копия сектора начальной загрузки находится в логическом центре диска. Третья запись MFT содержит файл регистрации, применяемый для восстановления файлов.
NTFS была разработана как восстанавливаемая файловая система, использующая модель обработки транзакций. Каждая операция ввода-вывода, изменяющая файл на томе NTFS, рассматривается системой как транзакция. При модификации любого файла пользователем, в файле регистрации фиксируется вся информация, необходимая для повторения или «отката» транзакции. Если транзакция завершена успешно, производится модификация файла; в противном случае NTFS оставляет его неизменным. В журнале транзакций (log file) регистрируются все операции, влияющие на структуру тома, включая создание файлов и любые команды, изменяющие структуру каталогов.
|
|
|
Схема распределения пространства на томе хранится в файле битовой карты (bitmap file). Атрибут данных этого файла содержит карту, каждый бит которой представляет один кластер тома и указывает, свободен ли данный кластер или занят некоторым файлом.
В загрузочном файле (boot file) хранится код начального загрузчика операционной системы.
NTFS также поддерживает файл плохих кластеров (bad cluster file) для регистрации поврежденных участков на томе и файл тома (volume file), содержащий имя тома, версию NTFS и бит, который устанавливается при повреждении тома. Наконец, имеется файл, содержащий таблицу определения атрибутов (attribute definition table), которая задает типы атрибутов, поддерживаемые на томе, и указывает, можно ли их индексировать, восстанавливать операцией восстановления системы и т.д.
NTFS распределяет пространство кластерами и использует для их нумерации 64 разряда, что дает возможность иметь на каждом томе 2й4 кластеров, каждый размером до 64 Кбайт. Как и в FAT, размер кластера может меняться, но он не обязательно возрастает пропорционально раз размеру диска.
NTFS позволяет сохранять файлы размером до 16 эксабайт (2м байт) и располагает встроенными средствами уплотнения файлов в реальном времени. Сжатие является одним из атрибутов файла или каталога, и подобно любому атрибуту может быть снято или установлено в любой момент (сжатие возможно на разделах с размером кластера не более 4 Кб). При этом (в отличие от схем уплотнения, используемых в FAT) применяется пофайловое уплотнение; таким образом, порча небольшого участка диска не приводит к потере информации в других файлах. Для уменьшения фрагментации NTFS всегда пытается сохранять файлы в непрерывных блоках.
|
|
|
Каталог в NTFS представляет собой специфический файл, хранящий ссылки на другие файлы и каталоги; тем самым обеспечивается иерархическое строение данных на диске. Файл каталога поделен на блоки, каждый из которых содержит имя файла, базовые атрибуты и ссылку на элемент MFT, который предоставляет полную информацию об элементе каталога. Внутренняя структура каталога NTFS представляет собой бинарное дерево. Если в линейном каталоге (например, во всех версиях FAT) для поиска файла с данным именем операционной системе приходится просматривать все его элементы, то в бинарном дереве имена файлов располагаются таким образом, чтобы поиск осуществлялся максимально быстро. Например, для поиска одного файла среди 1000 в FAT придется осуществить в среднем 500 сравнений (наиболее вероятно, что файл будет найден где-то в середине списка), а системе NTFS – всего около 10.
Начиная с ОС Windows 2000, Microsoft использует новую версию данной файловой системы – NTFS 5.O. В ней были введены дополнительные атрибуты файлов; наряду с правом доступа появилось понятие запрета доступа (что позволяет, например, при наследовании пользователем прав группы на какой-нибудь файл, запретить ему возможность изменять его содержимое). Новая система также позволяет вводить ограничения (квоты) на размер дискового пространства, предоставляемого пользователям и проецировать любой каталог (как на локальном, так и на удаленном компьютере) в подкаталог на локальном диске.
CDFS (CD File System) была разработана для хранении информации на компакт-дисках. Это довольно простая система, и она имеет ряд существенных ограничений. Например, длина имени файла не может превышать 128 символов, нельзя использовать глубоко вложенные каталоги (более 8 уровней) и т.д. Поэтому сейчас все большее распространение при записи информации на CD и DVD-диски получает формат UDF (Universal Disk Format), который является надмножеством формата CDFS. Это вполне современный стандарт файловой системы, поддерживаемый Ассоциацией технологий оптической долговременной памяти (OSTA). По некоторым характеристикам UDF вполне сопоставим с форматами файловых систем, используемых на жестких дисках. Поддерживаемый размер имени файла увеличен до 256 символов, добавлена возможность загрузки ОС. В состав Windows 2000 включена поддержка UDF vl.5, в то время как Windows 98 ограничивается UDF vl.02, причем драйвер UDF позволяет производить только операции чтения.
|
|
|
Правила именования устройствпрактически не изменились со времени появления первых ОС. В компьютере может быть два накопителя на гибких магнитных дисках, обозначаемые А: и В:, и несколько накопителей на жестком магнитном диске, CD-ROM, ZIP-Drive и др. Они обозначаются заглавными латинскими буквами с двоеточием, начиная от С: и до Z: Двоеточие ставится, чтобы ОС могла отличить имена устройств от имен файлов (в которых использовать двоеточие запрещено).
Помимо имен накопителей на магнитных дисках, в ОС зарезервированы следующие имена устройств:
– СОМ1:, COM2:, COM3: COM4: – устройства, присоединяемые к последовательным коммуникационным портам (например, мышь, модем и т.п.);
– LPT1:, LPT2: – устройства, присоединяемые к параллельным портам (обычно это принтеры или сканеры).
Некоторые устройства имеют альтернативные имена, которые задаются без двоеточия в конце:
– aux – устройство, присоединяемое к коммуникационному порту СОМ1:;
– ргп – принтер, подключенный к LPT1:;
– con – консоль (при вводе данных – клавиатура, при выводе – экран);
– nul – «пустое» устройство; все операции ввода-вывода для него игнорируются, но сообщение об ошибке не выдается.
Эти имена также нельзя использовать в качестве имен файлов. Даже если добавить к ним какое-либо расширение, все равно MS DOS будет воспринимать такие имена как обращение к устройству. Однако расширения имени файлов.CON.AUX.PRN и.NUL вполне допустимы
Контрольные вопросы:
1. Как представлен файл на разделе NTFS?
2. С какой целью была разработана NTFS?
3. Что хранится в загрузочном файле (boot file)?
4. Как представлен каталог в NTFS?
5. Основное назначение файловой системы CDFS?
|
|
|
