Файловая система NTFS

Механизм инсталлируемой файловой системы позволяет Windows NT работать с различными файловыми системами. Однако наиболее высокоэффективную работу вычислительных систем с несколькими жесткими дисками большого объема обеспечивает файловая система NTFS. Кроме того, NTFS поддерживает длинные имена файлов и обеспечивает надежное хранение и повышенные возможности для восстановления информации. NTFS в полной мере использует все средства контроля доступа, свойственные Windows NT как объектно-ориентированной системе.

В соответствии с общей объектно-ориентированной архитектурой Windows NT, каждый файл в NTFS представляется как объект, имеющий определенный набор атрибутов. К атрибутам относятся, например: имя файла, тип файла, временные отметки, дескриптор безопасности, индексная информация (для каталогов) и т.д. Данные файла также являются его атрибутом. Каждый файл в виде списка своих атрибутов представлен записью в специальном файле, называемом Главной Файловой Таблицей (MFT - Master File Table). Размер записи в MFT не фиксирован, но ограничен сверху (до 2 Кбайт). Примерная структура записи MFT показана на рисунке 5.4.

Рисунок 5.4 Структура записи MFT в файловой системе NTFS

Атрибуты файла, размещаемые непосредственно в записи MFT, называются резидентными. Так, имя файла - обязательно резидентный атрибут. Атрибуты, не поместившиеся в записи MFT, становятся нерезидентными, они размещаются в отдельных экстентах, а запись MFT содержит указатели на них.

В зависимости от размера файла, возможны следующие варианты его размещения (в порядке возрастания размера):

• данные файла целиком размещаются в области данных записи MFT;
• область данных записи MFT содержит список адресов и размеров экстентов, занимаемых файлом;
• вместо области данных в записи MFT содержатся расширенные атрибуты, в которых имеется указатель на другую запись MFT, которая содержит только заголовок и список адресов и размеров экстентов, занимаемых файлом;
• расширенные атрибуты содержат список указателей на другие записи MFT, каждая из которых которая содержит заголовок и список экстентов файла.

Подобным же, хотя и несколько отличным образом размещаются и каталоги:

• небольшой каталог представляет собой список имен файлов, который целиком размещается в области данных MFT;
• для большого каталога список имен файлов в области данных MFT также имеется, однако добавляется еще атрибут, называемый индексом размещения, содержащий указатели на другие записи MFT; список имен файлов совместно с индексом размещения образуют корень B-дерева, упорядоченного таким образом, чтобы минимизировать время поиска файла по некоторому атрибуту (как правило, этим атрибутом является имя файла, но возможно упорядочение по любому резидентному атрибуту).

Несколько первых записей MFT зарезервированы для системных нужд. Первая запись описывает сам файл MFT, вторая - его резервную копию. Адрес MFT и копии записаны в секторе начальной загрузки и продублированы в логическом центре диска. Вся системная информация представлена в виде файлов - записей MFT, хотя и скрытых от просмотра. Системными файлами являются:

• сама MFT;
• резервная копия MFT;
• файл регистрации транзакций;
• дескриптор тома;
• корневой каталог;
• информация начальной загрузки;
• битовый массив кластеров;
• список плохих кластеров.

Дисковая память в NTFS распределяется кластерами, размер кластера может выбираться.

Надежность NTFS обеспечивается прежде всего регистрацией транзакций. NTFS использует "ленивую" запись - занесение в кэш информации о любой транзакции. Параллельно, как фоновый процесс, эта информация записывается в файл регистрации транзакций. Каждые несколько секунд NTFS проверяет кэш, чтобы определить состояние отложенной записи, и фиксирует это состояние в файле регистрации как контрольную точку. При возникновении сбоя файловая система приводит свое состояние к последней контрольной точке, после чего обрабатывает записи регистрации транзакций, сделанные после фиксации контрольной точки: повторно выполняет все завершенные транзакции и отменяет (откатывает) незавершенные. Такая система гарантирует сохранение целостности тома, то есть, соответствие метаданных файловой системы ее действительному состоянию.

Для обеспечения надежности в отношении пользовательских данных в Windows NT имеется возможность программной поддержки технологий RAID. К таким средствам относятся:

• RAID 0 - зеркальное копирование дисков - поддержка двух идентичных разделов на разных дисководах, управляемых одним контроллером;
• RAID 1 - дублирование дисков - поддержка двух идентичных разделов на дисководах с разными контроллерами;
• RAID 5 - чередование дисков с контролем четности - технология, обеспечиваемая программно на уровне драйвера, поддерживается только в Windows NT Server, в Workstation обеспечивается только чередование, без контроля.

NTFS совместима с файловыми системами FAT и HPFS. Для согласования с POSIX в NTFS включаются дополнительные средства, используемые в подсистеме выполнения POSIX-приложений.

Следует признать, что концепции, положенные в основу архитектуры Windows NT, являются изящными и хорошо продуманными и способны обеспечить как высокую функциональность и эффективность ОС, так и ее безопасность. Справедливые претензии пользователей к надежности и к уязвимости системы для хакерских атак объясняются, по мнению специалистов (см., например [4]), ошибками и небрежностью в реализации в основном системных и сетевых служб, но отчасти - и ядра системы. В старших версиях ОС разработчики с целью повышения быстродействия допускают нарушение некоторых концептуальных свойств системы (например, взаимодействия драйверов с оборудованием только через Уровень аппаратных абстракций, взаимодействия клиентов с сервером только через Вызов локальных процедур и т.п.), что снижает надежность системы.

Поскольку на момент создания Windows NT основные интересы фирмы Microsoft были сосредоточены на персональной сфере применения компьютеров первая версия этой ОС (v.3.1) не получила должного развития и поддержки. Начиная с версии 3.5, Windows NT попадает в число стратегических продуктов фирмы Microsoft, широкое распространение получает версия 4, а версия 5, переименованная в Windows 2000, объявляется Microsoft единственным стратегическим продуктом в сфере ОС. Предполагалось, что Windows 2000 будет существовать в различных редакциях - от "тонкого" клиента до корпоративного сервера, и, по замыслу Microsoft, станет единственной операционной системой фирмы. Однако, на сегодняшний день (середина 2001 г.) на рынке всерьез рассматриваются только ее серверные редакции. Персональные редакции по объему потребляемых ресурсов пока не могут конкурировать с ОС семейства Windows 9x, хотя отличаются от них значительно большей надежностью. Большинство производителей промышленного промежуточного и прикладного программного обеспечения (например, IBM, Oracle, Inprise) объявили о "готовности своих продуктов к Windows 2000" практически в день ее появления в продаже. Но они не рекомендуют своим покупателям спешить с миграцией на нее с Windows NT 4, предлагая подождать, пока в Windows 2000 не будут исправлены основные ошибки. Однако, следует ожидать, что в ближайшие 2-3 года такая миграция произойдет повсеместно, Windows 2000 как серверная ОС продолжит конкуренцию с клонами Unix.

Судя по последней (начало 2002 г.) "смене вывески", фирма Microsoft намерена разделить все свои ОС на два семейства продуктов - Windows XP и Windows.NET Server. Оба семейства должны базироваться на ядре Windows 2000. Windows XP масштабируется от версии Embedded до Server. Windows.NET Server представляет серверы промышленного масштаба, обеспечивающие концепцию Microsoft.NET. Концепция.NET представляет собой архитектуру взаимодействия в глобальном информационном пространстве, на основе которой фирма Microsoft намерена вступить борьбу с промышленными стандартами интероперабельности и с фирмами, обеспечивающими взаимодействие в глобальной сети (Sun Microsystems, IBM и др.).

Дата добавления: 2015-10-26