 |
Основная надстройка над FAT-32, это длинные имена файлов.
|
|
|
|
Для каждого файла стали присваивать два имени:
1. Короткое 8+3 для совместимости с MS-DOS
2. Длинное имя файла, в формате Unicode
Доступ к файлу может быть получен по любому имени.
Если файлу дано длинное имя (или используются пробелы), то система делает следующие шаги:
· берет первые шесть символов
· преобразуются в верхний регистр ASCII, удаляются пробелы, лишние точки, некоторые символы преобразуются в "_"
· добавляется суффикс ~1
· если такое имя есть, то используется суффикс ~2 и т.д.
Короткие имена хранятся в в обычном дескрипторе файла.
Длинные имена хранятся в дополнительных каталоговых записях, идущих перед основным описателем файла. Каждая такая запись содержит 13 символов формата Unicode (для символа Unicode нужно два байта).
Формат каталогов записи с фрагментом длинного имени файла в Windows 98
Поле "Атрибуты" позволяет отличить фрагмент длинного имени (значение 0х0F) от дескриптора файла. Старые программы MS-DOS каталоговые записи со значением поля атрибутов 0х0F, просто игнорируют.
Последовательность - порядковый номер в последовательности фрагментов.
Длина имени файла ограничена 260 символами не из-за порядкового номера (1 байт), для номера используются только 6 бит 6х13=819 символов.
Контрольная сумма нужна для выявления ошибок, т.к. файл с длинным именем может удалить MS-DOS и создать новый, и тогда останутся не удаленные записи, которые "прилипнут" к новому файлу. Т.к. это поле один байт, есть вероятность 1/256 что Windows 98 не заметит подмены.
Файловая система NTFS
Файловая система NTFS была разработана для Windows NT.
Особенности:
· 64-разрядные адреса, т.е. теоретически может поддерживать 2^64*2^16 байт (18 446 744 073 Тбайт).
· Размеры блока (кластера) от 512байт до 64 Кбайт, для большинства используется 4Кбайта.
|
|
|
· Поддержка больших файлов.
· Имена файлов ограничены 255 символами Unicode.
· Длина пути ограничивается 32 767 (2^15) символами Unicode.
· Имена чувствительны к регистру, my.txt и MY.TXT это разные файлы (но из-за Win32 API использовать нельзя), это заложено на будущее.
· Журналируемая файловая система, т.е. не попадет в противоречивое состояние после сбоев.
· Контроль доступа к файлам и каталогам.
· Поддержка жестких и символических ссылок.
· Поддержка сжатия и шифрования файлов.
· Поддержка дисковых квот.
Главная файловая таблица MFT (Master File Table) - главная структура данных в каждом томе, записи фиксированные по 1Кбайту. Каждая запись описывает один каталог или файл. Для больших файлов могут использоваться несколько записей, первая запись называется - базовой записью.
MFT представляет собой обычный файл (размером до 2^48 записей), который может располагаться в любом месте на диске.
Главная файловая таблица MFT, каждая запись ссылается на файл или каталог.
Первые 16 записей MFT зарезервированы для файлов метаданных. Каждая запись описывает нормальный файл, имена этих файлов начинаются с символа "$".
Каждая запись представляет собой последовательность пар (заголовок атрибута, значение).
Некоторые записи метаданных в MFT:
0) Первая запись описывает сам файл MFT, и содержит все блоки файла MFT. Номер первого блока файла MFT содержится в загрузочном блоке.
1) Дубликат файла MFT, резервная копия.
2) Журнал для восстановления, например, перед созданием, удалением каталога делается запись в журнал. Система не попадет в противоречивое состояние после сбоев.
3) Информация о томе (размер, метка и версия)
4) Определяются атрибуты для MFT записей.
6) Битовый массив использованных блоков - для учета свободного места на диске
7) Указывает на файл начальной загрузки
Атрибуты, используемые в записях MFT:
|
|
|
· Стандартная информация - флаговые биты (только чтение, архивный), временные штампы и т.д.
· Имя файла - имя файла в кодировке Unicode, файлы могут повторятся в формате MS-DOS 8+3.
· Список атрибутов - расположение дополнительных записей MFT
· Идентификатор объекта - 64-разрядный идентификатор файла, уникальный для данного тома.
· Точка повторного анализа - используется для символьных ссылок и монтирования устройств.
· Название тома
· Версия тома
· Корневой индекс - используется для каталогов
· Размещение индекса - используется для очень больших каталогов
· Битовый массив - используется для очень больших каталогов
· Поток данных утилиты регистрации - используется для шифрования
· Данные - поточные данные, может повторяться, используется для хранения самого файла. За заголовком следует список дисковых адресов, определяющий положение файла на диске, если файл очень маленький (несколько сотен байт), то следует сам файл (такой файл называется - непосредственный файл).
Как привило, все данные файла не помещаются в запись MFT.
Дисковые блоки файлам назначаются по возможности в виде серий последовательных блоков (сегментов файлов). В идеале файл должен быть записан в одну серию (не фрагментированный файл), файл, состоящий из n блоков, может быть записан от 1 до n серий.
Запись MFT для 9-блочного файла, состоящего из трех сегментов (серий).
Вся запись помещается в одну запись MFT (файл не сильно фрагментирован).
Заголовок содержит количество блоков (9 блоков).
Каждая серия записывается в виде пары, дисковый адрес - количество блоков (20-4, 64-2, 80-3).
Каждая пара, при отсутствие сжатия, это два 64-разрядные числа (16 байт на пару).
Многие адреса содержат большое количество нулей, сжатие делается за счет убирания нулей в старших байтах. В результате для пары требуется чаще всего 4байта.
Если файл сильно фрагментирован, требуется несколько записей MFT.
Три записи MFT для сильно фрагментированного файла.
В первой записи указывается индексы на дополнительные записи.
Может потребоваться очень много индексов MFT, так что индексы не поместятся в запись. В этом случае список хранится не в MFT, а в файле.
Запись MFT для небольшого каталога
Поиск файла в каталоге по имени состоит в последовательном переборе имен файлов.
|
|
|
Для больших каталогов используется другой формат. Используется дерево В+, обеспечивающее поиск в алфавитном порядке.
Поиск файла по имени
При создании файла, программа обращается к библиотечной процедуре
CreateFile("C:\windows\readmy.txt",...)
Этот вызов попадает в совместно используемую библиотеку уровня пользователя kernel32.dll, где \??\ помещается перед именем файла, и получается строка:
\??\C:\windows\readmy.txt
Это имя пути передается системному вызову NtFileCreate в качестве параметра.
Этапы поиска файла C:\windows\readmy.txt
Сжатие файлов
Если файл помечен как сжатый, то система автоматически сжимает при записи, а при чтении происходит декомпрессия.
Алгоритм работы:
1. Берутся для изучения первые 16 блоков файла (не зависимо от сегментов файла).
2. При меняется к ним алгоритм сжатия.
3. Если полученные данные можно записать хотя бы в 15 блоков, они записываются в сжатом виде.
Если их можно записать только в 16 блоков, то они записываются в несжатом виде.
4. Алгоритм повторяется для следующих 16 блоков.
Пример 48-блочного файла, сжатого до 32 блоков
Запись MFT для предыдущего файла.
Недостатки сжатия:
· Как видно из рисунка, сжатие приводит к сильной фрагментации.
· Чтобы прочитать сжатый блок системе придется распаковать весь сегмент. Поэтому сжатие применяют к 16 блокам, если увеличить количество блоков, уменьшится производительность (но возрастет эффективность сжатия).
Шифрование файлов
Любую информацию, если она не зашифрована, можно прочитать, получив доступ. Поэтому самая надежная защита информации от несанкционированного доступа - шифрование.
Даже если у вас украдут винчестер, прочесть данные не смогут (большинство не сможет).
Если файл помечен как шифрованный, то система автоматически шифрует при записи, а при чтении происходит дешифрация.
Шифрование и дешифрование выполняет не сама NTFS, а специальный драйвер EFS (Encrypting File System).
Каждый блок шифруется отдельно.
В Windows 2000 используется случайно сгенерированный 128-разрядный ключ для каждого файла. Этот ключ шифруется открытым ключом пользователя и сохраняется на диске.
|
|
|
Шифрование файлов в NTFS
Лекция 14
Примеры файловых систем.
UNIX V7; BSD; Linux (EXT2; EXT3; RFS; JFS; XFS); NFS
Файловая система UNIX V7
Хотя это старая файловая система основные элементы используются и современных UNIX системах.
Особенности:
· Имена файлов ограничены 14 символами ASCII, кроме косой черты "/" и NUL - отсутствие символа. (в последующих версиях расширены до 255)
· Поддержка ссылок.
· Контроль доступа к файлам и каталогам.
· Имена чувствительны к регистру, my.txt и MY.TXT это разные файлы.
· Используется схема i-узлов.
· Не делается различий между разными файлами (текстовыми, двоичными и д.р.).
· Поддерживаются символьные специальные файлы (для символьных устройств ввода-вывода).
- Если открыть файл /dev/lp и записать в него данные, то данные будут распечатаны на принтере.
- Если открыть файл /dev/tty и прочитать из него данные, то получим данные, введенные с клавиатуры.
· Поддерживаются блочные специальные файлы (для блочных устройств ввода-вывода, например /dev/hd1).
· Позволяет монтировать разделы в любое место дерева системы.
Расположение файловой системы UNUX
Суперблок содержит:
· Количество i-узлов
· Количество дисковых блоков
· Начало списка свободных блоков диска
При уничтожении суперблока, файловая система становится не читаемой.
Каждый i-узел имеет 64 байта в длину и описывает один файл (в том числе каталог).
Каталог содержит по одной записи для каждого файла.
Каталоговая запись UNIX V7 в 16 байт
Структура i-узела
| Поле | Байты | Описание |
| Mode | Тип файла, биты защиты, биты setuid и setgid | |
| Nlinks | Количество каталоговых записей, указывающий на этот i-узел | |
| Uid | Идентификатор владельца | |
| Gid | Номер группы | |
| Size | Размер файла в байтах | |
| Addr | Адрес первых 10 дисковых блоков файла и 3 косвенных блока | |
| Gen | Счетчик использования i-узла | |
| Atime | Время последнего доступа файла | |
| Mtime | Время последнего изменения файла | |
| Ctime | Время последнего изменения i-узла |
Первые 10 дисковых блоков файла хранятся в самом i-узле, при блоке в 1Кбайт, файл может быть 10Кбайт.
Дополнительные блоки для i-узла, в случае больших файлов:
· Одинарный косвенный блок -дополнительный блок с адресами блоков файла, если файл не сильно большой, то один из адресов в i-узле указывает на дополнительный блок с адресами. Файл может быть 266Кбайт=10Кбайт+256Кбайт (256Кбайт <= 256 (2^8)-адресов блоков = 1Кбайт-размер блока / 4байта-размер адреса)
· Двойной косвенный блок - дополнительный блок с адресами одинарных косвенных блоков, если одного дополнительного блока не хватает. Файл может быть 65Мбайт=10Кбайт+2^8Кбайт+2^16Кбайт.
|
|
|
· Тройной косвенный блок - дополнительный блок с адресами двойных косвенных блоков, если одного одинарного косвенного блока не хватает. Файл может быть 16Гбайт=10Кбайт+2^8Кбайт+2^16Кбайт+2^24Кбайт.
i-узел UNIX V7
Поиск файла
Этапы поиска файла по абсолютному пути /usr/sbin/mc
При использовании относительного пути, например sbin/mc, поиск начинается с рабочего каталога /usr.
Блокировка данных файла
Блокирование осуществляется по блочно.
Стандартом POSIX два типа блокировки:
· Блокировка с монополизацией - больше ни один процесс эти блоки заблокировать не может.
· Блокировка без монополизации - могут блокировать и другие процессы.
Блокировки данных файла без монополизации
Если процесс К попытается блокировать блок 6 с монополизацией, то сам процесс будет заблокирован до разблокирования блока 6 всеми процессами.
|
|
|
