Реферат: Файловая система NTFS

Министерство РФ по связи и информатизации

Сибирскийгосударственный университет телекоммуникаций и информатики

Уральскийтехнический институт связи и информатики

(филиал)

Колледж УрТИСИ

Реферат

тема: «Файловаясистема NTFS»

Операционные системы и сети

Исполнитель:

студент группы 271

Морозов А.В.

Преподаватель:

Скрябина Е.А.

Екатеринбург

2003

Содержание:

TOC o «1-3» h z u Файловая система. Что это и как работает?. PAGEREF _Toc54803942 h 3

NTFS: Немного истории. PAGEREF _Toc54803943 h 3

ОсноваNTFS. PAGEREF _Toc54803944 h 3

Файлы и каталоги. PAGEREF _Toc54803945 h 4

Конфиденциальность и сохранность данных. PAGEREF _Toc54803946 h 4

Журналирование NTFS. PAGEREF _Toc54803947 h 5

Некоторые специальные возможности. PAGEREF _Toc54803948 h 8

Обслуживание диска. PAGEREF _Toc54803949 h 9

Требовательность к ресурсам компьютера. PAGEREF _Toc54803950 h 9

Что предпочтительнее: FAT32 или NTFS?. PAGEREF _Toc54803951 h 9

Информационные источники:PAGEREF _Toc54803952 h 11

Файловая система. Что это и как работает?

Что же такое файловаясистема? Официально, файловая система — это методы и структуры данных, которыеиспользуются операционной системой для хранения файлов на диске или егоразделе. О файловой системе также упоминают, когда ссылаются на диск (илираздел диска), служащий для хранения файлов. Необходима файловая система длятого, чтобы ОС имела возможность работать с данными на жестком диске.

До того как будетрассмотрено устройство и принцип работы файловой системы, важно определить, чтотакое кластер и сектор и чем они друг от друга отличаются.

Сектор — минимальная единицапользовательских данных, которую могут использовать программы, работающие сжестким диском напрямую, в обход операционной системы.

Кластер — минимальная единица пользовательских данных,которую могут использовать программы, работающие с жестким диском посредствомоперационной системы. И хотя размеры кластера и сектора могут совпадать, этовсе же разные понятия.

NTFS: Немногоистории

В апреле 1987 г. Microsoft и IBM начали совместнуюразработку новой операционной системы OS/2. Под эту ОС специально была разработанафайловая система, призванная обеспечить стабильную и быструю работу с диском иоблегчить труд администраторов. Но некоторые разногласия компаний привели ктому, что в сентябре 1990 г. сотрудничество было прекращено и каждый пошелсвоей дорогой. В результате мир получил OS/2 и файловую систему HPFS (HighPerfomance File System) от IBM и Windows NT с файловой системой NTFS (NewTechnology File System) от Microsoft. У файловых систем было много общего, и доверсии Windows NT 3.51 включительно Microsoft обеспечивала в своих операционныхсистемах поддержку HPFS.

На сегодняшний день из семейства Windows файловуюсистему NTFS поддерживают только те операционные системы, которые базируются наядре NT. ЭтоWindows NT 3.xx, Windows NT 4.0, Windows 2000 иWindows XP.

ОсноваNTFS

БазисомNTFS являетсяглавнаятаблицафайлов(Master File Table, MFT). MFT изначально резервирует под себя одну восьмую частьраздела (примерно 12%). Если место на разделе заканчивается, MFT сокращается вдва раза, освобождая для файлов пользователя свободное пространство. Процедураможет повторяться несколько раз. При появлении незанятого места MFT сноварезервирует под себя 12% от объема раздела, что приводит к нежелательномуэффекту — фрагментации MFT. При этом эффективность работы с NTFS-диском падает.

Файлы икаталоги

В NTFS любой элемент является файлом, включая каталогии главную таблицу файлов. Элемент состоит из двух частей: обязательной записи онем в MFT и опциональных параметров, называемых потоками. Все данные файлапредставляют собой опциональные параметры (его содержимое, версия, датапоследней модификации, автор и т. д.). Но наиболее известные файловые менеджерыдают пользователю информацию только об ограниченном и заранее определенномнаборе потоков. А размер файла, показываемый пользователю, является объемомтолько одного потока, который, собственно, и представляет собой то, что мыпривыкли традиционно называть данными файла. Получается, что текстовыйдокумент, состоящий всего из нескольких страниц текста, может занимать не одингигабайт, скрытый в другом потоке.

Характерно также, что файл, содержащий небольшие пообъему данные, может иметь только ссылку на запись в MFT. В этом случае данныехранятся в главной таблице файлов вместе с информацией о самом элементе. Грубо говоря,весь файл находится внутри MFT.

Каталоги в NTFS представляют собой ссылки на другиедиректории и файлы.

Имя элемента данной файловой системы может содержатьдо 255 символов в кодировке Unicode (количество возможных символов — 65 536).Данная кодировка, в частности, обеспечивает многоязычную поддержку.

Есть ли ограничения при создании логического диска?

Практически нет. Дело в том, что объем раздела NTFSтеоретически не ограничен, так как он может занимать до двух экзабайт (2 000000 Гбайт). При этом логический диск может содержать до 224 файлов. А кластерне зависит от объема раздела, и стандартом де-факто является объем в 4 Кбайт.

Конфиденциальностьи сохранность данных

Одним из важных преимуществ NTFS являетсяразграничение прав пользователей на файлы и каталоги. Правильное применениеэтой возможности повысит стабильность вашей системы. Стоит отметить, чторазделение прав пользователей привязано к используемой операционной системе, ив другом семействе операционных систем права могут и не соблюдаться. В такомслучае поможет шифрование.

Возможность шифрования была введена в Windows 2000.Если вы опасаетесь за конфиденциальность своих данных, вы можете зашифроватьлюбой элемент файловой системы. Даже если ваш жесткий диск попадет в рукилюдей, для которых информация не предназначалась, они не смогут ее извлечь. Тоесть, если выразиться корректно, они не будут иметь правомочного доступа квашей информации. Взломать шифр, как известно, можно, и здесь уже вопрос лишь втом, насколько желанна ваша зашифрованная информация для взломщика.

Однако главное достоинство NTFS — журналирование иметоды, которыми файловая система проводит операции с данными. Любое действие вразделе NTFS выполняется транзакцией. Транзакция — это пакет операций, которыйили выполняется полностью или не выполняется совсем, третьего не дано. Любоедействие с данными записывается в журнал; из него в случае какого-либо сбоя вдальнейшем можно узнать, какая транзакция не смогла успешно завершиться ипочему. Основные объекты NTFS ко всему прочему зеркалируются, т. е. делаетсярезервная копия загрузочной записи и некоторых элементов MFT. Такая логикаопераций с данными приводит к высокой стабильности файловой системы. Сбой вовремя дефрагментации, скорее всего, будет просто незаметен для пользователя, вто время как для FAT32 такая ошибка стала бы в большинстве случаев фатальной.

ЖурналированиеNTFS

Прежде всего, мне хотелось бы рассказать о том, какиеименно операции журналируются. Совершенно очевидно, что полный undo-файл,способный откатить абсолютно все операции, абсолютно невозможен как с точкизрения быстродействия, так и с точки зрения здравого смысла. Да, такоежурналирование дало бы возможность восстановить большее число данных — например, при осуществлении перезаписи трех мегабайт в середине файла мы моглибы сначала сохранить новые данные в логе, затем переписать туда же предыдущиетри мегабайта файла, и уж только затем осуществлять операции с реальнымиданными. Такой подход гарантировал бы полную определенность с судьбойинформации — мы всегда смогли бы понять, какая часть данных уже записалась надиск, а какая находится в исходном, не обновленном состоянии. Он имеет всегоодин скромный недостаток — небольшая накладочка по быстродействию: для записина диск трех мегабайт мы вынуждены будем осуществить разнообразные дисковыеоперации на объем в три раза больший — девять мегабайт. Да, полноежурналирование также применяется — но в основном при работе с базами данных.Если вы желаете обеспечить полное журналирование каких-либо данных, вы можетепоставить MS SQL или даже Oracle, который вообще не будет пользоватьсясредствами какой либо файловой системы и обеспечит сохранность ваших данных влюбых разумных условиях.

Подход разработчиков NTFS был принципиально иным.Главный девиз был, видимо, не «надежность любой ценой», а«неизменность быстродействия». Журналирование просто не должно былопомешать работе файловой системы. Первый логичный шаг — отменить полноежурналирование как абсолютно неприемлемое с точки зрения быстродействия. В NTFSприменяется журналирование логических структур, а не данных пользователя — отсюда и идет фраза, что сохранность данных не гарантируется, но, тем не менее,корректное состояние самой системы будет поддерживаться. То, что NTFS нежурналирует данные файлов, приводит на практике к одному варианту потери данных- в том же гипотетическом случае записи трех мегабайт, в случае сбоя в процессезаписи никогда уже не удастся установить, какая часть данных записалась, акакая осталась неизменна. Операции, которые, тем не менее, журналируютсясистемой — это операции со структурами самой системы, то есть с файлами икаталогами: добавление файлов, переименование, перенос, создание и удаление(освобождение свободного места). Журналируются также и операции дефрагментации- то есть перемещения фрагментов файлов. Одним словом, все логические операциижурналированы.

Отложеннаязапись и контрольные точки журналирования

Известно, что любая современная система для ускоренияфайловых операций вынуждена использовать кэширование, в том числе — кэшированиеопераций записи. Так называемая отложенная запись — принцип кэширования, прикотором данные, предназначенные для записи на диск, некоторое время сохраняютсяв КЭШе и лишь в свободное от других занятий время сохраняются физически. Отложеннаязапись существенно повышает эффективность дисковых операций, так как такоекэширование группирует множество операций в одну — это особенно эффективно,если запись производится в компактные участки диска. Еще один плюс отложеннойзаписи — не мешать более нужным операциям чтения, и осуществлять запись толькотогда, когда система свободна и ей не требуется доступ к диску для других нужд.Как согласовать отложенную запись с журналированием? Это довольно сложныйвопрос, так как откладывание записи делает возможным потерю тех данных, которыенаходились в очереди на физическую запись и не успели записаться на диск досбоя. Самое неприятное здесь даже не потеря данных, а то, что происходитрассогласование времени записи: какие-то служебные области могут быть обновлены,а какие-то смежные по смыслу — еще нет, так как их обновление могло отложитсяеще на пару секунд и не состоятся из-за сбоя.

NTFS справляется с этими проблемами с помощьюсмысловой интеграции операций отложенной записи и ведения журнала. При попыткеначать журналируемую операцию в лог тут же записывается намерение — например,стереть файл. Это случается без задержек — на этом этапе отложенная запись неработает: это плата за присутствие журналирования, которой нельзя избежать. Новот все остальные операции уже идут в задержанном режиме — то есть они могутсостояться частично или не состоятся вообще. Единственная задержанная операция,работа которой несколько отличается от простой записи — запись в лог об удачномзавершении предыдущих транзакций, так называемая контрольная точка. Черезопределенные промежутки времени — обычно через каждые несколько секунд — система в обязательном порядке сбрасывает абсолютно все задержанные операции надиск. После произведения этой операции в журнал записывается простейшая запись- контрольная точка, — которая говорит о том, что все предыдущие операции выполненыкорректно на всех уровнях — как на логическом, так и на физическом.

Такой режим работы — с помощью записей и контрольныхточек — с одной стороны, по прежнему гарантирует полностью корректную работужурналирования, а с другой стороны практически совершенно не приводит кзамедлению работы: простановка контрольных точек производится, считай,мгновенно, а запись в журнал о начале операции соответствует по трудозатратамзаписи самих данных без отложенного кэширования. Реальная же запись,осуществляемая позже, в подавляющем числе случаев не мешает никаким операциям ине идет в ущерб производительности системы.

Проблемыотложенного журналирования: концепция дублирования информации

Вся вышеописанная теория достаточно хороша, носпособна, тем не менее, вызвать очень неприятные последствия, если не учестьеще нескольких вещей, о которых и пойдет речь.

Рассмотрим такой случай: мы стираем файл. Журналполучил запись — «файл N стирается». Затем запаздывающему КЭШу сталоугодно осуществить сначала физическую пометку о том, что место, занимаемоефайлом, освободилось, а уж только затем удалить файл из физических структур MFTи каталога. Допустим, диск находится в активной работе, и на освободившеесяместо тут же записывается другой файл. В этот момент происходит сбой. Система,загружаясь, исследует журнал и видит незавершенную операцию «файл Nстирается» — вернее, как я уже описал выше, не незавершенную, а простооперацию, контрольная точка после которой отсутствует, что автоматическиговорит о её незавершенности. Следующая фаза была бы «откат операции»- то есть восстановление файла. Одна незадача — место, физически занимаемоефайлом, содержит уже другие данные.

Для недопущения таких ситуаций система, желающаяограничиться логическим журналированием, вынуждена применять принцип«временно занятого места». Место, освобожденное каким-либо объектомили записью о нем, не объявляется свободным до тех пор, пока физически незавершились все операции с логическими структурами. Данный механизм в NTFS, повидимому, не синхронизирован даже с проставлением контрольных точек, так кактипичное время освобождения временно занятого места — около 30 секунд, точки жеидут чаще.

Данный механизм применяется не только при стираниифайла, но и при самых разных операциях: принцип журналирования — объект,убранный или перемещенный на новое место, должен иметь возможность корректнооткатить своё «отбытие» — то есть данные, на которые ссылаютсялогические структуры удаляемого или перемещаемого объекта, необходимо еще нанекоторое время зарезервировать как занятое место (диска/каталога). Это ещеодин шаг NTFS к полному журналированию, где специфическим журналом файловойинформации служат сами данные освобождаемых областей, не уничтожаемыефизически.

Допущения,обеспечивающие надежность

Жесткий диск, в штатном режиме, должен записать именното и именно туда, что и куда ему сказано было записать операционной системой.Данный принцип нарушается в случае, если система имеет ненадежный шлейф,процессор, память или контроллер — и это самая распространенная причина сбоевNTFS. Вам поможет: неразогнанный процессор, дорогая (качественная) память,хорошая материнская плата и протокол UDMA, обеспечивающий контроль ивосстановление ошибок на участке контроллер-диск.

Жесткий диск, в случае аварии, отключения питания илиполучения от контроллера сигнала «сброс» (в случае внезапнойперезагрузки материнской платы) обязан корректно завершить запись данныхтекущего физического сектора, если таковая производилась на момент аварии.Промежуточное состояние сектора не допускается. Вам помогут современныевинчестеры, которые могут осуществить данную операцию даже в случае полногопропадания питания — у них хватит буферизированной в конденсаторах энергии, иих логика рассчитана на корректное поведение в случае отказа питания призаписи.

Диск обязан мгновенно осуществить запись данных,отправленных с флагом «не кэшировать». Дело в том, что многиесовременные диски или контроллеры обеспечивают задержанную запись. МетафайлыNTFS обновляются в режиме «писать сразу», и контроллер/диск обязанвыполнять это требование.

Жесткий диск обязан обеспечить чтение именно техданных, которые были записаны. В случае невозможности прочесть данные выдаетсясигнал «ошибка». Диск не имеет права возвращать ошибочные данные(возможно, лишь частично некорректные) без сигнала об ошибке. Все современныежесткие диски имеют контрольные суммы секторов и жестко следуют этой логикеповедения.

Четкое выполнение этих требований полностьюгарантирует надежную работу NTFS. Структура файловой системы не будет содержатьсущественных ошибок даже после сбоя. Некоторые несущественные ошибки всё жепоявляются из-за того, что логика журналирования часто пытается завершитьнедоделанные операции — например, то же удаление файла — тогда как полнуюнадежность обеспечивал бы только безусловный откат всего, что находится послепоследней контрольной точки. Малые несоответствия, рождающиеся из этих попыток,относятся к избыточной информации системы безопасности, не представляют никакойреальной опасности для данных — они действительно незначительны. Суть этихнесоответствий чаще всего заключается в том, что на диске остаются«лишние» данные о тех режимах доступов, которые уже не понадобятсясистеме. Их прочистка — дело сугубо повышения производительности, как,например, дефрагментация, поэтому их наличие не является на самом деле ошибкой.В случае же обнаружения серьезных, реальных, проблем драйвер сам установитфлажок тома «грязный», что проинструктирует систему проверить том приследующем его монтировании.

Некоторые специальныевозможности

В NTFS существуют такие понятия, как жесткая ссылка иточка присоединения.

Жесткими (Hard Links) являются ссылки на такие файлыили каталоги (их может быть несколько), которые указывают на одну и ту жезапись в главной таблице файлов, т. е. один и тот же элемент (файл или каталог)имеет несколько имен, а чтобы его удалить, необходимо уничтожить все ссылки нанего. Тогда на счетчике указателей соответствующей этому элементу записи в MFTокажется ноль, а данные этого элемента будут стерты.

Точка присоединения (Reparse Point) — это, грубоговоря, ссылка, указывающая на какой-либо каталог (понятие <точкаприсоединения> нельзя применять к файлам). С ее помощью можно создать некийвиртуальный каталог-дублер, неотличимый от оригинала, но располагающийся вдругом месте структуры каталогов. Это бывает полезно при администрировании иработе с файлами.

Точка монтирования отличается от точки присоединениятем, что применяется не к каталогам, а к томам (логическим дискам). То естьесли примонтировать диск D: к каталогу C:Distrib, раздел D: как бы вообщеперестает существовать для пользователя; к любому файлу бывшего диска D: онможет обращаться через C:Distrib.

Жесткая ссылка, точка присоединения и точкамонтирования объединяются общим понятием <точка повторной обработки>.

Для администраторов серверов пригодится сервисквотирования — разграничение свободного пространства, доступного пользователю.Хотя на домашнем или обычном рабочем компьютере это не так уж и актуально.

Рассматриваемая файловая система обладает еще однойинтересной функцией — возможностью сжатия. Сжатым может быть каталог, файл илидаже часть файла. И уплотненный элемент не будет чем-либо отличаться отобычного в <понимании> приложений, его использующих. Таким образом,достигается увеличение свободного пространства, но время доступа к даннымвозрастает.

Обслуживаниедиска

Несколько хуже у NTFS обстоят дела с фрагментацией,особенно когда диск заполнен более чем на 88%. Выход в дефрагментации, но здесьесть проблема. Практически ни одна из созданных для этого программ не способнапровести нормальную оптимизацию, поскольку возможности используемых имистандартных функций ОС очень ограниченны. В результате этот процесс придетсяповторять чуть ли не каждый месяц. Один из немногих, а может быть, иединственный дефрагментатор, который способен исправить ситуацию, — Speed Diskиз пакета программ Norton Utilities. Его методы работы позволяют обходитьограничения, наложенные функциями ОС. Так что выбор за вами: или не проводитьдефрагментацию вообще, потому что оптимизацию раздела не этой утилитой можноназвать вредной, или использовать Speed Disk. Хотя падение производительностина NTFS из-за фрагментации гораздо менее заметно, чем в случае FAT32.

Требовательностьк ресурсам компьютера

Для приятной (без заметного паденияпроизводительности) работы с рассматриваемой файловой системой необходимодостаточное количество оперативной памяти (64 Мбайт и более).

Наконец, как уже, наверное, понятно, для работы сNTFS-диском необходимо пользоваться ОС из семейства Windows NT. В принципесуществуют обходные пути решения этой <проблемы>. Можно использоватьспециальные утилиты, делающие возможным доступ к разделу NTFS при работеоперационной системы с другой файловой системой. Но большая часть из нихобеспечит только чтение, являясь по сути лишь неким файловым протезом. Крометого, эти программы чаще всего являются коммерческими продуктами, что невыгоднодля обычных пользователей.

Чтопредпочтительнее: FAT32 или NTFS?

Если у вас есть желание выбрать NTFS, подумайте,сможете ли вы в полной мере насладиться ее возможностями. Целиком использоватьпреимущества этой файловой системы под силу только опытному пользователю, да ина домашнем компьютере обычно нет необходимости в шифровании данных, разделенииправ и выделении квот. Конечно, в качестве главного критерия может выступатьнадежность, но в этом плане ничто не сравнится с резервным копированием данных.Однако почему бы не использовать RAID-массив из, скажем, двух жестких дисков врежиме <зеркало>?

Существует еще одна хитрость, подстерегающая любителейпоэкспериментировать над своим жестким диском. Дело в том, что еслипреобразование FAT32 в NTFS легко осуществимо средствами, например, WindowsNT/2000/XP, то обратное преобразование без потери данных не сделаешь. Поэтому,прежде чем решиться на настойчивое предложение Windows переформатировать FAT32в NTFS, следует тщательно подумать, так как единственным методом обратногопреобразования будет перепись содержимого NTFS-раздела диска на другой раздел споследующим форматированием NTFS-раздела и его преобразованием в FAT32.

Итак, если у вас хранятся важные данные или закомпьютером работают несколько пользователей, имеющих различный уровень доступак информации, то NTFS значительно облегчит администрирование ПК и уменьшитвероятность порчи файлов.

А когда компьютер для вас большей частью являетсяэдаким местом из печатной машинки и развлекательно-коммуникационного центра, торасширенные возможности, предоставляемые NTFS, едва ли стоят сложностей,например, с выбором ОС, поддерживающей NTFS и ваши любимые игры.

Информационныеисточники:

1.

www.iatp.irklib.ru

2.

www.osp.ru/pcworld

3.

Русский переводкниги Windows2000.

еще рефераты

Еще работы по программному обеспечению

Реферат по программному обеспечению

Excel и Access

29 Августа 2013