Файловая система NTFS

Структура файловой системы. Как и любая другая система, NTFS делит все полезное пространство диска на кластеры — блоки данных, используемые единовременно. NTFS поддер­живает различные размеры кластеров — от 512 байт до 64 Кбайт, стандартом считается кластер размером 4 Кбайт.

Диск NTFS условно делится на две части (рис. 5.2). Первые 12 % диска отводятся под так называемую MFT-зону — про­странство, в котором размещен метафайл MFT (Master File Table). Запись каких-либо данных в эту область невозможна-MFT-зона всегда держится пустой — это делается для того, что бы главный служебный файл (MFT) не фрагментировался при своем расширении. Остальные 88 % диска представляют собой пространство для размещения файлов.

Свободное место диска, однако, включает в себя все физиче­ски свободное место – незаполненные участки MFT-зоны туда тоже включаются. Механизм использования MFT-зоны таков: когда файлы уже нельзя записывать в обычное пространство, MFT-зона сокращается, освобождая место для записи файлов. При освобождении участка обычной области MFT-зона может снова расшириться.

Структура MFT. Каждый элемент файловой системы NTFS представляет собой файл, даже служебная информация. Как уже говорилось, главный файл NTFS называется MFT, или Master File Table — общая таблица файлов, которая размещается в MFT-зоне и представляет собой централизованный каталог всех остальных файлов диска. MFT поделен на записи фиксированно­го размера (обычно 1 Кбайт), и каждая запись соответствует ка­кому-либо файлу. Первые 16 файлов носят служебный характер и недоступны операционной системе — они называются метафайлами, причем самый первый из них — сам MFT. Эти пер­вые 16 элементов MFT — единственная часть диска, имеющая фиксированное положение. Остальная часть MFT-файла может сполагаться, как и любой другой файл, в произвольных местах иска — восстановить его положение можно с помощью его самого, используя за основу первый элемент MFT.

Все пространство тома NTFS представляет собой либо файл, либо часть файла. Главная таблица файлов содержит по крайней мере одну запись для каждого файла тома, включая одну запись адя самой себя.

Все файлы на томе NTFS идентифицируются номером файла, который определяется позицией файла в MFT. Каждый фай и каталог на томе NTFS определяется набором атрибутов.

Базовая единица распределения дискового пространства для файловой системы NTFS — кластер. Размер кластера выражает­ся в байтах и всегда равен целому количеству физических секто­ров. В качестве адреса файла NTFS использует номер кластера не физическое смещение в секторах или байтах.

Загрузочный сектор тома NTFS располагается в начале тома а его копия — в середине тома. Загрузочный сектор состоит из стандартного блока параметров BIOS, количества секторов в томе, а также начального логического номера кластера основной копии MFT и зеркальной копии MFT.

Каждый атрибут файла NTFS состоит из полей: тип атри­бута, длина атрибута, значение атрибута и, возможно, имя ат­рибута.

Имеется системный набор атрибутов, определяемых структу­рой тома NTFS. Системные атрибуты имеют фиксированные имена и коды их типа, а также определенный формат. Могут применяться также атрибуты, определяемые пользователями. Их имена, типы и форматы задаются исключительно пользователем. Атрибуты файлов упорядочены по убыванию кода атрибута, причем атрибут одного и того же типа может повторяться несколько раз. Существует два способа хранения атрибутов фай­ла — резидентное хранение в записях таблицы MFT и нерезидентное хранение вне ее. Сортировка может осу­ществляться только по резидентным атрибутам. Файлы NTFS состоят, по крайней мере, из атрибутов, приведенных в табл. 5.2.

Размещение файлов. Небольшие файлы (small). Если файл имеет небольшой размер, то он может целиком распола­гаться внутри одной записи MFT размером 2 Кбайт (рис. 5.3, а) Из-за того, что файл может иметь переменное количество атри­бутов, а также из-за переменного размера атрибутов нельзя на­верняка утверждать, что файл уместится внутри записи. Однако, обычно файлы размером менее 1500 байт помещаются внутри записи MFT.

Большие файлы (Large). Если файл не вмещается в одну запись MFT, то этот факт отображается в значении атриоу та «данные», который содержит признак того, что файл являете нерезидентным и находится вне таблицы M FT. В этом случае а рибут «данные» содержит номер кластера для первого кластер каждого фрагмента данных (data run), а также количество непре­рывных кластеров в каждом фрагменте (рис. 5.3, б).

Очень большие файлы (huge). Если файл настолько велик, что его атрибут данных не помещается в одной записи, то этот атРибут становится нерезидентным, т. е. он размещается в другой записи таблицы MFT, ссылка на которую помещена в исходной записи о файле (рис. 5.3, в). Эта ссылка называется внешним атрибутом (external attribute). Нерезидентный атрибут содержит указатели на фрагменты данных.

Сверхбольшие файлы (extremely huge). Для сверх­больших файлов внешний атрибут может указывать на несколько нерезидентных атрибутов (рис. 5.3, г). Кроме того, внешний атрибут, как и любой другой атрибут, может храниться в нерези­ной форме, поэтому в NTFS не может быть атрибутов слишком большой длины, которые система не может обработать.

Каталоги. Каждый каталог NTFS представляет собой один вход в таблицу MFT, который содержит список файлов специальной формы, называемый индексом (index). Индексы позволяют сортировать файлы для ускорения поиска, основанного на рачении определенного атрибута. В файловых системах FAT и HPFS используется сортировка файлов по имени. NTFS позво­ляет использовать для сортировки любой атрибут, если он хра­нится в резидентной форме. Имеется две формы списка файлов.

Небольшие списки файлов (small indexes). Если количество файлов в каталоге невелико, то список файлов мо­жет быть резидентным в записи в MFT, являющейся каталогом. В этом случае он называется небольшим каталогом (рис. 5.4, а). Небольшой список файлов содержит значения атрибутов файла. По умолчанию — это имя файла, а также номер записи MTF, содержащей начальную запись файла.

Большие списки файлов (large index). По мере того, как каталог растет, список файлов может потребовать не­резидентной формы хранения. Однако начальная часть списка всегда остается резидентной в корневой записи каталога в табл це MFT (рис. 5.4, б).

Имена файлов резидентной части списка файлов являются узлами В-дерева. Остальные части списка файлов размещаются вне MFT. Для их поиска используется специальный атрибут «размещение списка» (Index Allocation — IA), представляющий собой набор номеров кластеров, которые указывают на остальные части списка. Одни части списков являются листьями дерева, а другие — промежуточными узлами, т. е. со­держат наряду с именами файлов атрибут Index Allocation, ука­зывающий на списки файлов более низких уровней.