Структура раздела - общий взгляд

Как и любая другая система, NTFS делит все полезное место на кластеры - блоки данных, используемые единовременно. NTFS поддерживает почти любые размеры кластеров - от 512 байт до 64 Кбайт, неким стандартом же считается кластер размером 4 Кбайт. Никаких аномалий кластерной структуры NTFS не имеет, поэтому на эту, в общем-то, довольно банальную тему, сказать особо нечего.

Диск NTFS условно делится на две части. Первые 12% диска отводятся под так называемую MFT зону - пространство, в которое растет метафайл MFT (об этом ниже). Запись каких-либо данных в эту область невозможна. MFT-зона всегда держится пустой - это делается для того, чтобы самый главный, служебный файл (MFT) не фрагментировался при своем росте. Остальные 88% диска представляют собой обычное пространство для хранения файлов.

Свободное место диска, однако, включает в себя всё физически свободное место - незаполненные куски MFT-зоны туда тоже включаются. Механизм использования MFT-зоны таков: когда файлы уже нельзя записывать в обычное пространство, MFT-зона просто сокращается (в текущих версиях операционных систем ровно в два раза), освобождая таким образом место для записи файлов. При освобождении места в обычной области MFT зона может снова расширится. При этом не исключена ситуация, когда в этой зоне остались и обычные файлы: никакой аномалии тут нет. Что ж, система старалась оставить её свободной, но ничего не получилось. Жизнь продолжается... Метафайл MFT все-таки может фрагментироваться, хоть это и было бы нежелательно.

Файлы и потоки

Итак, у системы есть файлы - и ничего кроме файлов. Что включает в себя это понятие на NTFS?

Прежде всего, обязательный элемент - запись в MFT, ведь, как было сказано ранее, все файлы диска упоминаются в MFT. В этом месте хранится вся информация о файле, за исключением собственно данных. Имя файла, размер, положение на диске отдельных фрагментов, и т.д. Если для информации не хватает одной записи MFT, то используются несколько, причем не обязательно подряд.

Опциональный элемент - потоки данных файла. Может показаться странным определение "опциональный", но, тем не менее, ничего странного тут нет. Во-первых, файл может не иметь данных - в таком случае на него не расходуется свободное место самого диска. Во-вторых, файл может иметь не очень большой размер. Тогда идет в ход довольно удачное решение: данные файла хранятся прямо в MFT, в оставшемся от основных данных месте в пределах одной записи MFT. Файлы, занимающие сотни байт, обычно не имеют своего "физического" воплощения в основной файловой области - все данные такого файла хранятся в одном месте - в MFT.

Довольно интересно обстоит дело и с данными файла. Каждый файл на NTFS, в общем-то, имеет несколько абстрактное строение - у него нет как таковых данных, а есть потоки (streams). Один из потоков и носит привычный нам смысл - данные файла. Но большинство атрибутов файла - тоже потоки! Таким образом, получается, что базовая сущность у файла только одна - номер в MFT, а всё остальное опционально. Данная абстракция может использоваться для создания довольно удобных вещей - например, файлу можно "прилепить" еще один поток, записав в него любые данные - например, информацию об авторе и содержании файла, как это сделано в Windows 2000 (самая правая закладка в свойствах файла, просматриваемых из проводника). Интересно, что эти дополнительные потоки не видны стандартными средствами: наблюдаемый размер файла - это лишь размер основного потока, который содержит традиционные данные. Можно, к примеру, иметь файл нулевой длинны, при стирании которого освободится 1 Гбайт свободного места - просто потому, что какая-нибудь хитрая программа или технология прилепила в нему дополнительный поток (альтернативные данные) гигабайтового размера. Но на самом деле в текущий момент потоки практически не используются, так что опасаться подобных ситуаций не следует, хотя гипотетически они возможны. Просто имейте в виду, что файл на NTFS - это более глубокое и глобальное понятие, чем можно себе вообразить просто просматривая каталоги диска. Ну и напоследок: имя файла может содержать любые символы, включая полый набор национальных алфавитов, так как данные представлены в Unicode - 16-битном представлении, которое дает 65535 разных символов. Максимальная длина имени файла - 255 символов.

Каталоги

Каталог на NTFS представляет собой специфический файл, хранящий ссылки на другие файлы и каталоги, создавая иерархическое строение данных на диске. Файл каталога поделен на блоки, каждый из которых содержит имя файла, базовые атрибуты и ссылку на элемент MFT, который уже предоставляет полную информацию об элементе каталога. Внутренняя структура каталога представляет собой бинарное дерево. Вот что это означает: для поиска файла с данным именем в линейном каталоге, таком, например, как у FAT-а, операционной системе приходится просматривать все элементы каталога, пока она не найдет нужный. Бинарное же дерево располагает имена файлов таким образом, чтобы поиск файла осуществлялся более быстрым способом - с помощью получения двухзначных ответов на вопросы о положении файла. Вопрос, на который бинарное дерево способно дать ответ, таков: в какой группе, относительно данного элемента, находится искомое имя - выше или ниже? Мы начинаем с такого вопроса к среднему элементу, и каждый ответ сужает зону поиска в среднем в два раза. Файлы, скажем, просто отсортированы по алфавиту, и ответ на вопрос осуществляется очевидным способом - сравнением начальных букв. Область поиска, суженная в два раза, начинает исследоваться аналогичным образом, начиная опять же со среднего элемента.

Журналирование

NTFS - отказоустойчивая система, которая вполне может привести себя в корректное состояние при практически любых реальных сбоях. Любая современная файловая система основана на таком понятии, как транзакция - действие, совершаемое целиком и корректно или не совершаемое вообще. У NTFS просто не бывает промежуточных (ошибочных или некорректных) состояний - квант изменения данных не может быть поделен на до и после сбоя, принося разрушения и путаницу - он либо совершен, либо отменен.

Пример 1: осуществляется запись данных на диск. Вдруг выясняется, что в то место, куда мы только что решили записать очередную порцию данных, писать не удалось - физическое повреждение поверхности. Поведение NTFS в этом случае довольно логично: транзакция записи откатывается целиком - система осознает, что запись не произведена. Место помечается как сбойное, а данные записываются в другое место - начинается новая транзакция.

Пример 2: более сложный случай - идет запись данных на диск. Вдруг, бах - отключается питание и система перезагружается. На какой фазе остановилась запись, где есть данные, а где чушь? На помощь приходит другой механизм системы - журнал транзакций. Дело в том, что система, осознав свое желание писать на диск, пометила в метафайле $LogFile это свое состояние. При перезагрузке это файл изучается на предмет наличия незавершенных транзакций, которые были прерваны аварией и результат которых непредсказуем - все эти транзакции отменяются: место, в которое осуществлялась запись, помечается снова как свободное, индексы и элементы MFT приводятся в с состояние, в котором они были до сбоя, и система в целом остается стабильна. Ну а если ошибка произошла при записи в журнал? Тоже ничего страшного: транзакция либо еще и не начиналась (идет только попытка записать намерения её произвести), либо уже закончилась - то есть идет попытка записать, что транзакция на самом деле уже выполнена. В последнем случае при следующей загрузке система сама вполне разберется, что на самом деле всё и так записано корректно, и не обратит внимания на "незаконченную" транзакцию.

И все-таки помните, что журналирование - не абсолютная панацея, а лишь средство существенно сократить число ошибок и сбоев системы. Вряд ли рядовой пользователь NTFS хоть когда-нибудь заметит ошибку системы или вынужден будет запускать chkdsk - опыт показывает, что NTFS восстанавливается в полностью корректное состояние даже при сбоях в очень загруженные дисковой активностью моменты. Вы можете даже оптимизировать диск и в самый разгар этого процесса нажать reset - вероятность потерь данных даже в этом случае будет очень низка. Важно понимать, однако, что система восстановления NTFS гарантирует корректность файловой системы, а не ваших данных. Если вы производили запись на диск и получили аварию - ваши данные могут и не записаться. Чудес не бывает.

NTFS

NTFS является предпочтительной файловой системой для этой версии Windows. Она имеет множество преимуществ перед более ранней системой FAT32; ниже перечислены некоторые из них.

Способность автоматически восстанавливаться после некоторых ошибок диска (FAT32 не обладает такой способностью).

Улучшенная поддержка больших жестких дисков.

Более высокая степень безопасности. Возможно использование разрешений и шифрования для запрета пользовательского доступа к определенным файлам.

FAT32

Файловая система FAT32 и редко применяемая система FAT использовались в предыдущих версиях Windows, в том числе в Windows 95, Windows 98 и Windows Millenium Edition. Файловая система FAT32 не обеспечивает уровня безопасности, предоставляемого NTFS, поэтому если на компьютере имеется раздел или том, отформатированный под FAT32, файлы на этом разделе видны любому пользователю, имеющему доступ к компьютеру. Файловая система FAT32 также имеет ограничения по размеру файлов. В этой версии Windows невозможно создать раздел FAT32 размером более 32Гб. Кроме того, раздел FAT32 не может содержать файл размером более 4Гб.

Основной причиной использования системы FAT32 может служить то, что на компьютере можно будет запустить как Windows 95, Windows 98 или Windows Millenium Edition, так и эту версию Windows (конфигурация с несколькими операционными системами). Для создания такой конфигурации необходимо установить предыдущую версию операционной системы на раздел, отформатированный под FAT32 или FAT, сделав его основным (основной раздел может содержать операционную систему). Другие разделы, доступ к которым осуществляется из предыдущих версий Windows, также должны быть отформатированы под FAT32. Более ранние версии Windows могут обращаться только к сетевым NTFS-разделам или томам. NTFS-разделы на локальном компьютере будут недоступны.

Задания

Формулировка задачи

Размер кластера жесткого диска составляет 4 кБайт. Таблица размещения файлов имеет вид, приведенный в таблице 1. Последовательность обращений к API-функциям файловой системы задана таблицей 2 (или в текстовом варианте). Вариант задания определяется по номеру в журнале.

Пример решения

Размер кластера жесткого диска составляет 4 кБайт. Таблица размещения файлов имеет вид:

№ кл.	1	2	3	4	5	6	7	8	9	10	11	12	13	14
Зн.	EOF	0	0	7	0	0	9	10	EOF	14	0	0	0	EOF

Как изменится состояние таблицы размещения файлов FAT при следующей последовательности вызовов API – функций:

1)Создать файл А; 

2)Создать файл В; 

3)Записать в А 6кБайта;

4)Записать в В 2кБайт

5)Закрыть А

6)Удалить А

7)Записать в B 3 кБайта 

8) Закрыть B.

При открытии файла в системе FAT производится поиск первого свободного кластера диска- это кластер 2. Аналогично поступаем и для файла B:

№ кл.	1	2	3	4	5	6	7	8	9	10	11	12	13	14
Зн.	EOF	EOF	EOF	7	0	0	9	10	EOF	14	0	0	0	EOF
Файл		A	B
Свободно		4к	4к

Размер кластера жесткого диска – 4 кБайта, поэтому при записи фрагмента 6 кБайт файл будет занимать 2 кластера. При записи в файл В 2 кБайт нового кластера для него не потребуется.

№ кл.	1	2	3	4	5	6	7	8	9	10	11	12	13	14
Зн.	EOF	5	EOF	7	EOF	0	9	10	EOF	14	0	0	0	EOF
Файл		A	B		А
Свободно		0к	2к		2к

При удалении файла кластеры, которые он занимает, отмечаются как свободные.

№ кл.	1	2	3	4	5	6	7	8	9	10	11	12	13	14
Зн.	EOF	0	EOF	7	0	0	9	10	EOF	14	0	0	0	EOF
Файл			B
Свободно			2к

В кластере 3 имеется только 2кБайта свободного пространства. Поэтому при записи 3кБайт будет задействован первый свободный кластер 2.

№ кл.	1	2	3	4	5	6	7	8	9	10	11	12	13	14
Зн.	EOF	EOF	2	7	0	0	9	10	EOF	14	0	0	0	EOF
Файл		B	B
Свободно		3к	0к

«Файловая система»

Вариант 1.

Задание 1.

1. Дайте понятие файловой системы
2. Физическая структура NTFS
3. Логическая запись
4. Блок
5. Опишите и изобразите способы логической организации файлов
6. FAT32
7. Перечислите и охарактеризуйте, какие операции можно выполнить над файлами
8. Права доступа над файлами

Задание 2.

Размер кластера жесткого диска составляет 4 кБайт. Таблица размещения файлов имеет вид, приведенный.

№ кл.	1	2	3	4	5	6	7	8	9	10	11	12	13	14	15
Зн.	3	0	EOF	0	8	0	0	10	EOF	0	13	0	14	15	EOF
Файл	D		D		E			E	E		F		F	F	F
Свободно			2к						1к						3к

Объем кластера – 4 кБайта. Последовательность вызовов API-функций файловой системы

A	Создать
D	Запись 2к
A	Запись 6к
E	Удалить

«Файловая система»

Вариант 2.

Задание 1

1. NTFS
2. Структура раздела NTFS
3. Каталоги NTFS
4. Блок
5. Опишите и изобразите физическую организацию файлов
6. FAT32
7. Перечислите и охарактеризуйте, какие операции можно выполнить над файлами
8. Права доступа над файлами

Задание 2

Размер кластера жесткого диска составляет 4 кБайт. Таблица размещения файлов имеет вид, приведенный.

№ кл.	1	2	3	4	5	6	7	8	9	10	11	12	13	14	15
Зн.	3	0	EOF	0	8	0	0	10	EOF	0	13	0	14	15	EOF
Файл	D		D		E			E	E		F		F	F	F
Свободно			2к						1к						3к

Объем кластера – 4 кБайта. Последовательность вызовов API-функций файловой системы

D	Запись 4к
B	Создать
B	Запись 1к
F	Запись 5к

«Файловая система»

Вариант 3.

Задание 1

1. Журналирование NTFS
2. Структура раздела NTFS
3. Перечислите, какие ФС вы знаете. Какая организация файлов присуща программистам
4. Блок
5. FAT32
6. Каталоги NTFS
7. Перечислите и охарактеризуйте операции над файлами
8. Права доступа над файлами

Задание 2

Размер кластера жесткого диска составляет 4 кБайт. Таблица размещения файлов имеет вид, приведенный.

№ кл.	1	2	3	4	5	6	7	8	9	10	11	12	13	14	15
Зн.	3	0	EOF	0	8	0	0	10	EOF	0	13	0	14	15	EOF
Файл	D		D		E			E	E		F		F	F	F
Свободно			2к						1к						3к

Объем кластера – 4 кБайта. Последовательность вызовов API-функций файловой системы

F	Запись 5к
D	Запись 2к
A	Создать
D	Запись 2к

«Файловая система»

Вариант 4.

Задание 1

1. Дайте понятие файловой системы
2. FAT32
3. Опишите и изобразите способы логической организации файлов
4. Изобразите физическую организацию файлов
5. Журналирование NTFS
6. Физическая структура NTFS
7. Перечислите и охарактеризуйте операции над файлами
8. Права доступа над файлами

Задание 2

Размер кластера жесткого диска составляет 4 кБайт. Таблица размещения файлов имеет вид, приведенный.

№ кл.	1	2	3	4	5	6	7	8	9	10	11	12	13	14	15
Зн.	3	0	EOF	0	8	0	0	10	EOF	0	13	0	14	15	EOF
Файл	D		D		E			E	E		F		F	F	F
Свободно			2к						1к						3к

Объем кластера – 4 кБайта. Последовательность вызовов API-функций файловой системы

B	Создать
F	Запись 5к
E	Запись 2к
B	Удалить

Содержание отчета

 Отчет должен содержать:

1. Название работы.

2. Цель работы.

3. Задание и его решение.

4. Вывод по работе.

Контрольные вопросы

1. Что такое файловая система

2. В чем отличие файловой системы Fat от NTFS

3. В чем преимущества и недостатки файловой системы Fat

4. В чем преимущества и недостатки файловой системы NTFS

Литература

1. Информатика и ИКТ: учебник для начального и среднего профессионального образования. Цветкова Н.С., Великович Л.С. – Академия, 2011 г.

2. Информатика и ИКТ. Практикум для профессий и специальностей технического и социально-экономического профилей. Н. Е. Астафьева, С. А. Гаврилова, под ред. М.С. Цветковой, Академия, 2012г.

3. Информатика и ИКТ. Базовый уровень: учебник для 10-11 кл. / И.Г.Семакин, Е.К.Хеннер. – 4 изд., испр. – М. – Бином. Лаборатория знаний, 2008г. – 246 с.: ил.

4. Энциклопедия школьной информатики / под ред. И.Г.Семакина. – М.: Бином. Лаборатория знаний, 2011г.

5. http//www.informatika.ru;

6. http//www.student.informatika.ru;

7. http://mirgeo.ucoz.ru/.