Windows 2000 файловая система

Файловые системы Windows 2000 (Часть 1)

В Windows 2000 поддерживаются три файловые системы:

• NTFS (Windows NT file system) — исключительно для Windows 2000;

• FAT (File Allocation Table) — для совместимости с приложениями MSDOS;

• FAT 32 — модифицированная версия FAT, используемая в Windows 95 OSR2 и Windows 98.

Выбор файловой системы зависит от используемых приложений и от требований, предъявляемых к ней. У каждой свои полезные свойства, но возможности защиты и аудита систем различны.

Также в новой версии Windows 2000 поддерживаются распределенная файловая система DFS (Distributed File System) и файловая система с шифрованием EFS (Encrypted File System). Строго говоря, последние не являются файловыми системами в полной мере, как, например, FAT. DFS представляет собой расширение сетевого сервиса и позволяет объединять в единый логический том сетевые ресурсы, расположенные на разделах с различными файловыми системами. EFS — это надстройка над NTFS, добавляющая к последней функции шифрования данных. И DFS, и EFS будут обсуждаться в этой главе.

Просматривая ресурсы компьютера, невозможно сказать, какой формат имеет тот или иной раздел жесткого диска столь же уверенно, как про гибкие диски и CD-ROM. Разделы жесткого диска обозначены просто как Local disk. Чтобы определить тип файловой системы, надо щелкнуть правой кнопкой мыши изображение диска и в контекстном меню выбрать команду Properties.

Дополнительно поддерживается файловая система компакт-дисков CDFS. В этой книге она не рассматривается.

Изображение дисков в окне Explorer

Файловая система FAT

Файловая система FAT (File Allocation Table) получила свое наименование в соответствии с названием метода организации данных — таблицы распределения файлов. FAT первоначально была ориентирована на небольшие диски и простые структуры каталога. Через несколько лет после создания ее усовершенствовали для работы с большими дисками и мощными персональными компьютерами. На рисунке показана организация диска с использованием файловой системы FAT.

Дисковый раздел FAT

Корневой каталог расположен на диске и имеет фиксированный раздел. Каталоги — специальные файлы с 32-битными элементами для каждого файла, содержащегося в этом каталоге. Элемент для каждого файла включает:

• имя файла (8+3 символа);

• байт атрибута (8 бит);

• время модификации (16 бит);

• дату модификации (16 бит);

• первый размещаемый блок (16 бит);

• размер файла (32 бита).

Эта информация используется всеми операционными системами, поддерживающими файловую систему FAT. Windows 2000 может сохранять и дополнительные отметки времени на элементе каталога FAT. Эти элементы позволяют определить момент последнего доступа к файлу и используются в основном приложениями POSIX.

Биты байта атрибута файла в элементе каталога указывают, имеет ли файл соответствующие атрибуты. Установленный первый бит идентифицирует файл как подкаталог; а второй — в качестве метки тома. Обычно назначениями этих битов управляет операционная система. Кроме того, файлы FAT имеют четыре специальных атрибута, которые указывают, как эти файлы может применять пользователь. Различаются файлы архивный, системный, скрытый и только для чтения.

Windows 2000, начиная с версии 3.5, использует биты атрибута для поддержки длинных (до 255 символов) имен файлов в разделах FAT. Применяемый для этого способ не мешает MS-DOS или OS/2 обращаться к подобному разделу. Всякий раз, когда пользователь создает файл с длинным (превышающим стандартное для FAT ограничение «8+3») именем, Windows 2000 учреждает элемент каталога для этого файла, соответствующий соглашению «8+3» (по тем правилам, что и для NTFS) с добавлением одного или нескольких вторичных элементов каталога. Каждый из таких вторичных элементов рассчитан на 13 символов в длинном имени файла и сохраняет длинную часть имени файла в UNICODE. Для этих элементов устанавливаются атрибуты: том, системный, скрытый, только для чтения. MS-DOS и OS/2 игнорируют элементы каталога с таким набором атрибутов, и последние не видимы в этих операционных системах. Вместо них MS-DOS и OS/2 обращаются к элементам, содержащим информацию в стандартном виде «8+3».

Некоторые дисковые утилиты сторонних производителей, взаимодействуя непосредственно с FAT, могут расценивать созданные Windows 2000 элементы каталога с длинным именем файла как ошибки логической структуры тома. Попытки этих утилит исправить ошибки могут привести к потере файлов и каталогов. Чтобы избежать подобных неприятностей, не используйте не проверенные на совместимость с Windows 2000 утилиты работы с диском или его дефрагментации.

Файловая система Windows 2000 FAT функционирует аналогично MS-DOS и Windows. Windows 2000 можно устанавливать на существующем разделе FAT. Если же компьютер работает под управлением Windows 95, длинные имена файлов и каталогов вполне допустимы, так как механизмы работы с длинными именами в обеих системах одинаковы.

Нельзя использовать Windows 2000 совместно с любыми программами сжатия или разбиения диска на разделы, если программное обеспечение требует драйверов MS-DOS. Для чтения подобных дисков нужны драйверы Windows 2000.

Файловая система FAT является системой с точной записью, то есть при необходимости изменения структуры тома дается команда записи на диск. Недостаток такой системы — медленное выполнение последовательных операций записи: ведь первая запись на диск должна быть завершена прежде, чем начнется вторая и т. д. Это не самое эффективное использование мощных компьютеров.

Допускается безболезненный перенос или копирование файлов с тома FAT на NTFS. При выполнении обратной операции информация о разрешениях и альтернативных потоках будет потеряна.

Внимание! Файловая система FAT не обеспечивает защиты данных и их автоматического восстановления. Поэтому FAT используется лишь в том случае, если на компьютере в качестве альтернативной системы установлена MS-DOS или Windows 95, а также для передачи данных на гибких дисках. Небольшой загрузочный раздел, отформатированный под FAT, требуется, кроме того, для RISC-систем. В остальных случаях использование FAT не рекомендуется2.

Файловая система FAT32

FAT32 — модифицированная версия FAT, позволяющая создавать разделы объемом более 2 Гб. Кроме того, она дает возможность использовать кластеры меньшего размера, и, соответственно, более эффективно расходовать дисковое пространство. Впервые данная файловая система появилась в Windows 95 OSR2.

В таблице 4-1 сравниваются размеры кластеров, устанавливаемых по умолчанию для FAT и FAT32.

В качестве примера можно привести Microsoft Small Business Server. Включенный туда вариант Windows 2000 требует обязательной установки на раздел

Формат новой файловой системы не совместим с прежним форматом FAT, поэтому следует внимательно подходить к выбору для работы с диском таких утилит, как дефрагментаторы, антивирусные и т. п.

Файловая система NTFS

По сравнению с FAT или FAT32, NTFS предоставляет пользователю целое сочетание достоинств: эффективность, надежность и совместимость. Она разработана для быстрого выполнения на очень больших жестких дисках операций как стандартных файловых (типа чтения, записи и поиска), так и улучшенных (например, восстановления файловой системы).

Поддерживая управление доступом к данным и привилегии владельца, NTFS дает гарантии безопасности, требуемые для файловых серверов и высококачественных персональных компьютеров в корпоративной среде. Это важно для целостности корпоративных данных.

NTFS простая, но очень мощная разработка, для которой вся информация на томе NTFS — файл или часть файла. Каждый распределенный на томе NTFS сектор принадлежит некоторому файлу. Частью файла являются даже метаданные файловой системы (информация, описывающая непосредственно файловую систему).

Эта основанная на атрибутах файловая система поддерживает объектно-ориентированные приложения, обрабатывая все файлы как объекты с атрибутами, определяемыми пользователем и системой.

Замечание. В Windows 2000 версии 5.0 используется NTFS той же версии. Она не совместима с предыдущими версиями ОС, поэтому если загрузить более раннюю версию операционной системы, NTFS-разделы, созданные в версии 5, будут недоступны.

Главная файловая таблица

Каждый файл на томе NTFS представлен записью в специальном файле — главной файловой таблице MFT (Master File Table). NTFS резервирует первые 1б записей таблицы для специальной информации. Первая запись таблицы описывает непосредственно главную файловую таблицу. За ней следует зеркальная запись MFT. Если первая запись MFT разрушена, NTFS считывает вторую запись, чтобы отыскать зеркальный файл MFT, первая запись которого идентична первой записи MFT. Местоположение сегментов данных MFT и зеркального файла MFT записано в секторе начальной загрузки. Дубликат сектора начальной загрузки находится в логическом центре диска. Третья запись MFT — файл регистрации, применяемый для восстановления файлов.

Семнадцатая и последующие записи главной файловой таблицы используются собственно файлами и каталогами на томе. На рисунке показана упрощенная структура MFT, обеспечивающая очень быстрый доступ к файлам.

Организация главной файловой таблицы

Целостность данных и восстановление в NTFS

NTFS — это восстанавливаемая файловая система. В числе ее достоинств — сочетание быстродействия файловой системы с отложенной записью и практически мгновенное восстановление.

Каждая операция ввода-вывода, изменяющая файл на томе NTFS, рассматривается файловой системой как транзакция и может выполняться как неделимый блок. При модификации файла пользователем сервис файла регистрации фиксирует всю информацию, необходимую для повторения или отката транзакции. Если транзакция завершена успешно, производится модификация файла. Если нет, NTFS производит откат транзакции, следуя инструкциям в информации отмены. Если в транзакции обнаружена ошибка, транзакция выполняется в обратном порядке.

Файловая система восстанавливается очень просто. При сбое системы NTFS выполняет три прохода: анализа, повторов и откатов. В процессе анализа на основании информации файла регистрации NTFS оценивает повреждение и точно определяет, какие кластеры нужно модифицировать. Во время повторного прохода выполняются все этапы транзакции от последней контрольной точки. При откате происходит возврат всех незавершенных транзакций.

Важная особенность NTFS — отложенная передача (lazy commit), позволяющая, подобно отложенной записи, минимизировать затраты на регистрацию транзакций. Вместо использования ресурсов для немедленной отметки транзакции как успешно завершенной, эта информация заносится в кэш и записывается в файл регистрации как фоновый процесс. Если сбой происходит до того, как информация о транзакции была зарегистрирована, NTFS произведет повторную проверку транзакции для определения ее успешности. Если NTFS не может гарантировать, что транзакция завершилась успешно, производится откат транзакции. Никакие незавершенные модификации тома не разрешены.

Каждые несколько секунд NTFS проверяет кэш, чтобы определить состояние отложенной записи и отметить его в файле регистрации как контрольную точку. Если вслед за определением контрольной точки последует сбой, система имеет возможность вернуться к состоянию, зафиксированному контрольной точкой. Этот метод предназначен для защиты метаданных и обеспечивает оптимальное время восстановления, сохраняя очередь событий, которая может потребоваться в процессе восстановления. Данные пользователя в случае сбоя системы могут быть разрушены.

Объем журнала транзакций устанавливается командой CHKDSK /L:размер. Размер указывается в килобайтах и по умолчанию равен 4 096 Кб. Для того, чтобы узнать текущий размер журнала, необходимо выполнить команду chkdsk /L.

Длинные и короткие имена файлов

Как уже отмечалось, NTFS поддерживает длинные (до 255 символов) имена файлов. В имени файла используются символы UNICODE, что позволяет именовать файлы, например, кириллическими символами. При этом решен вопрос доступа приложений из MS-DOS: NTFS автоматически генерирует стандартное для MS-DOS имя вида «8+3».

Если генерация коротких имен файлов не нужна, то эта функция может быть отключена, для чего необходимо изменить значение параметра в реестре:

Если значение этого параметра равно 0 (по умолчанию), то происходит генерация коротких имен файлов, если 1 — генерация выполняться не будет.

Набор символов UNICODE для имен файлов делает возможным применение «запрещенных» символов. Но так как и MS-DOS-, и Windows-приложения такие символы «не читают», при генерации короткого имени удаляются и эти символы, и любые пробелы. Чтобы увидеть соответствие коротких имен файлов длинным, можно либо использовать команду DIR /X, либо посмотреть свойства файла, щелкнув его правой кнопкой мыши и выбрав в контекстном меню Properties.

Длинное имя файла теряется при сохранении приложениями MS-DOS или Windows З.х на том NTFS, если приложение сохраняет временный файл, удаляет первоначальный файл и переименовывает временный файл в файл с первоначальным именем. Теряется и любой уникальный набор расширений файла. Права же по умолчанию передаются из родительского каталога заново.

Компрессия файлов и каталогов

Особенность NTFS — возможность динамического сжатия файлов и каталогов. Те, кто работал с MS-DOS, наверняка знакомы с утилитами динамического сжатия дисков DriveSpace или Stack. Так вот, можно сказать, что компрессия на NTFS подобна упомянутым утилитам. Ее отличие от упомянутых утилит в том, что в Windows 2000 компрессия возможна как для отдельных каталогов, так и для файлов на диске. Сжатие является новым атрибутом файла или каталога и подобно любому атрибуту может быть снято или установлено в любой момент времени.

Замечание. Сжатие возможно только на разделах, размер блока которых не превышает 4 096 байт. Для установки размера блока используется команда FORMAT /А:размер.

Если каталог имеет атрибут Compressed, то все файлы, копируемые в него, также получат этот атрибут. Если Вы хотите, чтобы вновь создаваемый раздел диска автоматически сжимал все создаваемые и копируемые файлы, его надо отформатировать с ключом /С, то есть:

FORMAT диск: /С /FS:NTFS.

Для сжатия существующего файла или каталога используется либо команда Compress, либо Properties в Windows 2000 Explorer.

Диалоговое окно File Properties

По умолчанию сжатые файлы не выделяются цветом при просмотре папок. Если Вы хотите использовать эту возможность, чтобы видеть разницу, отметьте соответствующий флажок в окне настроек View Options.

Степень сжатия файлов зависит от типа файла. Наиболее эффективно применять этот атрибут к файлам документов Microsoft Word, PowerPoint, графическим файлам и т. п. Организуя файл-сервер, имеет смысл сжать все персональные каталоги пользователей. С другой стороны, совершенно непродуктивно сжимать каталоги, содержащие дистрибутивы программных продуктов, уже и так, как правило, достаточно сжатые.

Создание и модификация разделов диска

Те, кто уже имеет опыт работы с предыдущими версиями Windows 2000, знают, что для создания новых разделов на диске, их форматирования, назначения томам букв, зеркализации и других режимов повышенной надежности используется программа Disk Administrator, имеющая графический интерфейс.

В Windows 2000 версии 5.0 для управления системой используется единый инструмент — ММС (Microsoft Management Console ). (Подробнее об этом — в главе 6). Для конфигурирования дисков необходимо открыть предназначенный для этого слепок (snap-in). После его загрузки окно консоли управления станет весьма похожим на окно программы администратора дисков из ранних версий.

Окно консоли управления ММС Disk Management

Команда FORMAT по-прежнему присутствует в системе, но содержит ряд дополнительных или модифицированных ключей:

FORMAT drive: [/FS:file-system] [/V:label] [/Q] [/A:size] [/C]

FORMAT drive: [/V:label] [/Q] [/F:size]

FORMAT drive: [/V:label] [/Q] [/T:tracks /N:sectors]

FORMAT drive: [/V:label] [/Q] [/1] [/4]

FORMAT drive: [/Q] [/1] [/4] [/8],

• /FS : file-system — указывает тип файловой системы (FAT, FAT32, NTFS);

• /V: label — указывает метку тома;

• /Q — выполняет быстрое форматирование;

• /С — указывает, что файлы, записываемые на новый том, по умолчанию будут компрессированы;

• /E — разрешает автоматическое обновление тома (при этом разрешается использование всех расширенных функций NTFS);

• /A:size — указывает на использование блоков размещения, размер которых отличается от установленного по умолчанию.

Внимание! В общем случае настоятельно рекомендуется использовать размер, установленный по умолчанию:

^ на NTFS — 512, 1024, 2048, 4096, 8192, 1бКб, 32Кб, б4 Кб;

^ на FAT — 512, 1024, 2048, 4096, 8192, 1бКб, 32Кб, б4 Кб, (128 Кб, 256 Кб для размеров сектора > 512 байт);

^ на FAT32 — 512, 1024, 2048, 4096, 8192, 1бКб, 32 Кб, б4 Кб, (128 Кб, 256 Кб для размеров сектора > 512 байт).

Заметьте, что FAT и FAT32 накладывают следующие ограничения на число кластеров в томе: FAT— ][Содержание ][Вперед ]

Источник