Файловая система NTFS — хранение и восстановление данных
Основные отличия и ключевые моменты файловой системы, а также определим, был ли переход с FAT на NTFS оправданным.
Содержание:
Перед массовым распространением операционных систем семейства Windows NT (2000, XP, Vista, 7, 10, Server и т.д.) большинство продуктов Microsoft, а также MS DOS использовали файловую систему FAT, которая была разработана Б. Гейтсом еще в середине 80-ых годов. FAT зарекомендовала себя как надежная и проверенная файловая система (ФС), но с развитием технологий и увеличением объемов накопителей, Microsoft представили NTFS – новую ФС, которая активно используется и до сих пор.
NTFS – «файловая система новой технологии»
ФС FAT была разработана специально для использования с дискетами, которые ушли в прошлое с массовым распространением компакт-дисков и USB-накопителей. FAT плохо подходил для масштабирования, а максимальный размер файла в 4 гигабайта накладывал множество ограничений. Помимо этого, устаревший формат файловой системы не обладал требуемыми функциями безопасности, а также не позволял производить восстановление удаленной информации. Эти причины заставили Microsoft заняться разработкой новой ФС.
Интересный факт: по состоянию на 2016 год производством 3.5” дискет занимается всего один завод в Тайване.
Во время разработки NTFS, Microsoft использовали некоторые наработки, а также отдельные моменты уже существующих ФС FAT и HPFS (файловая система для операционной системы OS/2, которая разрабатывалась Microsoft совместно с IBM). После нескольких лет активной разработки, Microsoft представили свою новую ФС NTFS в Windows NT 3.1 – специализированной ОС для серверов и рабочих станций.
NTFS представляет собой необычную файловую систему, которая основана на… файлах. Действительно, каждый элемент NTFS представляет собой файл. Даже сама структура NTFS: её журнал, главная таблица файлов (MFT) и другие элементы построены и ориентированы непосредственно на файлы.
Разберемся с основными моментами и преимуществами NTFS более детально.
Масштабируемость
Microsoft занимались разработкой ФС NTFS во времена, когда объем в 1 гигабайт считался весьма значительным. Тем не менее, разработчики предвидели мощный скачок цифровых технологий, поэтому новая файловая система создавалась «с запасом». Таким образом максимальный теоретический размер тома ограничивается 16 экзабайтами, что равно примерно одному миллиону терабайт. В данный момент не существует такого носителя для частного использования, который бы хоть-сколько приблизился к этой отметке. С этого можно сделать вывод, что NTFS имеет превосходную масштабируемость, значительно обогнавшую своё время.
Интересный факт: одним из самых объемных и в то же время мобильных накопителей является хранилище на базе грузовика Snowmobile от Amazon. Его емкость составляет 100000 терабайт, а само запоминающее устройство транспортируется в морском контейнере, установленном на 18-ти колесном тягаче. Такое решение необходимо для быстрой транспортировки сверх объёмных архивов компаний, государственных корпораций и других учреждений.
Надёжность
Надежность никогда не была сильной стороной файловой системы FAT. Из-за особенности её строения, даже незначительное повреждение таблицы размещения файлов может со временем привести к потере значительного количества информации .
В NTFS такая проблема была нивелирована внедрением теневых копий тома , а также автоматическим ведением журнала файловой системы , куда фиксируются все записи. В случае сбоя, система может обратиться к записи в журнале и откатить все незафиксированные изменения .
В то же время, функция теневого копирования, не только позволяет восстанавливать данные, но и выбирать необходимые перезаписанные версии файлов (включая системные компоненты, настройки, программные компоненты и т.д.), которые для удобства, могут записываться на сторонний носитель.
Безопасность
ФС FAT32 напрочь лишена встроенной системы безопасности. У неё отсутствует управление доступом, шифрование системы, а также уровневое шифрование с привязкой к конкретной учетной записи.
NTFS обладает всеми вышеописанными функциями, а также предлагает дополнительный функционал безопасности.
Безопасность на уровне ОС включает в себя списки контроля доступа , управляющие разрешениями для каждого файла, папки или другого объекта. В списках указывается какие пользователи или группы (локальные или сетевые) могут выполнять с объектами различные манипуляции (только чтение, изменение, удаление, без доступа и т.д.).
Стоит отметить, что подобная мера безопасности не является помехой для восстановления утерянной информации. К примеру, утилита для восстановления данных RS NTFS Recovery превосходно справляется со своей задачей, обходя разрешения, установленные файловой системой.
Тем не менее, в NTFS присутствует еще несколько мер безопасности, о которых следует рассказать более детально.
NTFS может производить шифрование на уровне отдельного объекта , что позволяет шифровать конкретные папки и файлы от других пользователей на одном компьютере. Суть этого состоит в том, что выбранные файлы для шифрования будут автоматически расшифровываться при входе с нужной учетной записи. В то же время, для всех других – объекты останутся недоступными.
Важно заметить, если пользователь утеряет данные для доступа к учетной записи (пароль может сбросить администратор компьютера или его могут изменить с помощью вредоносного ПО), скорее всего файлы так и останутся заблокированными без возможности прочтения или разблокировки.
Отметим, зашифрованные файлы в NTFS сохраняют свою структуру, поэтому удаленные зашифрованные данные можно восстановить при помощи RS Partition Recovery или RS NTFS Recovery точно так же, как и файлы, не подвергающиеся шифрованию. К тому же, восстановленные файлы будут сохранять шифрование, которое можно снять при наличии соответствующего пароля.
Встроенное шифрование NTFS отлично подходит для защиты данных на системном уровне (между пользователями одного ПК), но для большей безопасности в Windows присутствует дополнительная система шифрования BitLocker, предназначенная для шифрования целых логических разделов.
Это позволяет безопасно пользоваться и работать нескольким пользователям за одним компьютером, а также предотвращать офлайн-атаки (к примеру, когда злоумышленники извлекли жесткий диск с ценной информацией и попытались считать его на другом ПК, разделы не будут доступны, пока не будет введен специальный ключ для дешифровки).
Важно! После введения ключа BitLocker, зашифрованные разделы станут доступны всем пользователям ПК.
Технология сжатия NTFS
Другой особенностью файловой системы NTFS является возможность сжимать содержимое файлов и папок для экономии места на носителе. Данная функция достаточно быстро работает, а также позволяет считывать отдельные фрагменты данных, без необходимости распаковывания целого файла.
Сжатый файл воспринимается файловой системой NTFS в виде обычной информации, поэтому при утере сжатых данных, пользователь может воспользоваться RS Partition Recovery или RS NTFS Recovery для восстановления сжатой информации без каких-либо потерь.
Альтернативные потоки данных в NTFS
В NTFS реализована поддержка альтернативных потоков данных, которые изначально были разработаны для обеспечения совместимости различных файловых систем.
В данный момент альтернативные потоки данных используются в целях безопасности, поскольку данная технология позволяет ставить «метки» на файлах, по которым система в автоматическом режиме может определять потенциально опасные объекты . В метках могут содержаться данные об производителе или авторе файла, а также о его происхождении.
Помимо этого, в альтернативных потоках могут находиться абсолютно любые файлы с практически произвольным размером, который может превышать размер файла из основного потока. Такая возможность альтернативных потоков данных является серьезной брешью в безопасности, которой часто пользуются разработчики вредоносного ПО. К счастью, большинство современных антивирусов имеют надежный системы сканирования, которые также проверяют информацию в альтернативных потоках.
Утилита для восстановления информации RS NTFS Recovery работает с альтернативными потоками данных, поэтому удаленные файлы после восстановления будут сохранять все потоки и их содержимое.
Разреженные файлы
Необычной дополнительной особенностью NTFS является работа с так называемыми «Разреженными файлами» («Sparse files»).
В разреженных файла неиспользуемые (пустые) области представляются в виде метаданных, которые в свою очередь не занимают физического места на носителе .
Чем это полезно? Представим базу данных, которая состоит из одного главного файла объемом в несколько терабайт. Чтобы создать или сохранить файл такого размера на жестком диске, системе может понадобиться значительное количество времени для заполнения неиспользуемого пространства накопителя нулями . При использовании NTFS данный процесс можно значительно ускорить, поскольку ФС поддерживает указание пустых областей в виде ссылок на метаданные .
Точки повторной обработки
Точки повторной обработки или Reparse Points позволяют создавать в файловой системе NTFS жесткие или символические ссылки , при помощи которых пользователь может выполнять различные манипуляции с данными и их местоположением. Более детально узнать про данную функцию можно в статье: « Символические и жесткие ссылки в Windows », где приведены примеры их создания, а также их основные возможности.
Отметим, программа RS NTFS Recovery , как и другие утилиты от Recovery Software , отлично справляются с подобными данными.
Файловая система REFS и ее сравнение с NTFS
Впервые REFS файловая система появилась в ОС Windows Server 2012, а с некоторых пор и в windows 10
REFS (Resilient File System) новая файловая система, созданная на базе NTFS, только появившаяся в версиях Windows 10 ( с версии Creators Update ее можно использовать для любых дисков). Перевести на русский можно примерно как «Устойчивая» файловая система.
Файловая система REFS разработана что бы устранить недостатки файловой системы NTFS, минимизировать потери данных, лучше справляется с повышенной нагрузкой и легко масштабируется для очень больших файловых систем. Важный факт в том что система имеется так же и свои недостатки.
Одной из основных особенностей файловой системы REFS — защита от потери данных: по умолчанию, на дисках хранятся контрольные суммы для метаданных или файлов. При операциях чтения-записи данные файлов сверяются с хранимыми для них контрольными суммами, таким образом, в случае повреждения данных есть возможность сразу обратить на это внимание .
ReFS защищает данные от повреждения
Файловая система использует контрольные суммы для метаданных, а также может использовать контрольные суммы для данных файла. Во время чтения или записи файла, система проверяет контрольную сумму что бы убедиться в её правильности. Таким образом осуществляется обнаружение искаженных данных в режиме реального времени.
Если файловая система обнаружит поврежденные данные, которые не имеют альтернативной копии для восстановления, то ReFS сразу удалить такие данные с диска. Это не потребует перезагрузки системы или отключения устройства хранения информации, как в случае с NTFS.
Необходимость использования утилиты chkdsk полностью исчезает, так как файловая система автоматически корректируется сразу в момент возникновения ошибки. Новая система устойчива и к другим вариантам повреждения данных. NTFS во время записи метаданных файла записывает их напрямую. Если в это время произойдет отключение питания или сбой компьютера, вы получите повреждение данных.
Основные преимущества над NTFS:
— В NTFS имя файла ограничено 255 символами, в ReFS имя файла может содержать до 32768 символов. Windows 10 позволяет отключить ограничение на предел символов для файловых систем NTFS, но он всегда отключается на томах ReFS.
— В ReFS больше не поддерживаются короткие имена файлов в формате DOS 8.3. На томе NTFS вы можете получить доступ к C:\Program Files\ в C:\PROGRA
1\ для обеспечения совместимости со старым программным обеспечением.
— NTFS имеет теоретический максимальный объем в размере 16 эксабайт, а у ReFS теоретический максимальный объем – 262144 экзабайт. Хотя сейчас это не имеет большого значения, но компьютера постоянно развиваются.
-В REFS не поддерживается сжатие, дополнительные атрибуты, шифрование средствами файловой системы (в NTFS такое есть, для REFS работает шифрование Bitlocker).
ФАЙЛОВЫЕ СИСТЕМЫ WINDOWS NT
Файловая система Windows NT (NTFS) обеспечивает производительность, надежность и совместимость, которые не в состоянии предоставить файловая система FAT. NTFS разрабатывалась с целью обеспечения скоростного выполнения стандартных операций над файлами (включая чтение, запись, поиск) и предоставления продвинутых возможностей, включая восстановление поврежденной файловой системы на чрезвычайно больших дисках.
Кроме того, NTFS обладает характеристиками защищенности, которые необходимы на мощных файловых серверах и высокопроизводительных компьютерах в корпоративных средах. Файловая система NTFS поддерживает контроль доступа к данным и привилегии владельца, играющие исключительно важную роль в обеспечении целостности жизненно важных конфиденциальных данных. Разделяемые папки на компьютере Windows NT имеют назначенные им права доступа, папки и файлы NTFS могут иметь назначенные им права доступа вне зависимости от того, являются они разделяемыми или нет. NTFS — единственная файловая система в Windows NT, которая позволяет назначать права доступа к отдельным файлам. Однако, если файл будет скопирован из раздела или тома NTFS на раздел или том FAT, все права доступа и другие уникальные атрибуты, присущие файловой системе NTFS, будут потеряны.
Файловая система NTFS является простой, и одновременно чрезвычайно мощной. Практически все, что имеется на томе, представляет собой файл, а все, что имеется в файле представляет собой атрибут, включая атрибуты данных, атрибуты системы безопасности, атрибуты имени файла. Каждый занятый сектор на томе NTFS принадлежит какому-нибудь файлу. Частью файла являются даже метаданные файловой системы (информация, которая представляет собой описание самой файловой системы).
Структура тома NTFS
Файловая система NTFS, как и FAT, использует кластеры в качестве фундаментальной единицы дискового пространства. В NTFS размер кластера по умолчанию зависит от размера тома. Программа Disk Administrator позволяет устанавливать размер кластера до 4 Кб. Если для форматирования тома NTFS используется программа Format, запускаемая из командной строки, то нужный размер кластера можно указать в качестве параметра этой команды. Допустимые размеры кластеров приведены в следующей таблице:
Форматирование тома для использования файловой системы NTFS приводит к созданию нескольких системных файлов и главной таблицы файлов (Master File Table, MFT). MFT содержит информацию обо всех файлах и папках, имеющихся на томе NTFS.
Основную информацию о томе NTFS содержит загрузочный сектор раздела (Partition Boot Sector), который начинается с сектора 0 и может иметь длину до 16 секторов. Он состоит из двух структур:
— Блока параметров BIOS. Эта структура содержит информацию о строении тома и структурах файловой системы.
— Кода, который описывает, как найти и загрузить файлы для любой из загружаемых операционных систем.
Рисунок иллюстрирует строение тома NTFS после завершения форматирования.
Рис. Структура тома NTFS
Файловая система NTFS воспринимает каждый файл и каждую папку в виде набора атрибутов. Атрибутами файла являются его имя, информация системы безопасности, и даже содержащиеся в нем данные. Каждый атрибут идентифицируется кодом типа атрибута и, в качестве необязательного параметра, — именем атрибута.