Лекция: Ключевые возможности NTFS
NTFS представляет собой гибкую и мощную файловую систему, которая, как мы увидим, построена на простой и элегантной модели. К наиболее достойным внимания особенностям NTFS относятся следующие.
• Способность восстановления данных. Первой в списке требований к новой файловой системе W2K была способность восстановления данных при полном отказе системы и сбоях дисков. В таких случаях NTFS способна реконструировать дисковые тома и вернуть их к согласованному состоянию. Это достигается посредством использования модели обработки транзакций для операций обмена в файловой системе; каждый значительный обмен рассматривается как атомарное действие, которое либо выполняется полностью, либо не выполняется вовсе. Кроме того, NTFS использует избыточное хранение критических данных файловой системы.
• Безопасность. Для обеспечения безопасности NTFS использует объектную модель W2K. Открытый файл реализуется как файловый объект с дескриптором, определяющим атрибуты безопасности.
• Диски и файлы больших объемов. NTFS поддерживает очень большие диски и файлы более эффективно по сравнению с другими файловыми системами, включая FAT.
• Множественные потоки данных. Содержимое файла рассматривается как поток байтов. В NTFS можно определить несколько потоков данных для одного файла. Примером использования этой особенности служит использование W2K удаленными системами Macintosh для хранения и получения файлов. В компьютерах Macintosh каждый файл состоит из двух компонентов: данных файла и ветви ресурса, которая содержит информацию о файле. NTFS рассматривает эти компоненты как два потока данных.
Рис. 119
Структура тома NTFS. Загрузочный блок тома NTFS располагается в начале тома, а его копия – в середине тома. Далее располагается первый отрезок MFT, содержащий 16 стандартных, создаваемых при форматировании записей о системных файлах NTFS. NTFS файл целиком размещается в записи таблицы MFT, если это позволяет сделать его размер. В том же случае, когда размер файла больше размера записи MFT, в запись помещаются только некоторые атрибуты файла, а остальная часть файла размещается в отдельном отрезке тома (или нескольких отрезках). Часть файла, размещаемая в записи MFT, называется резидентной частью, а остальные части – нерезидентными. Адресная информация об отрезках, содержащих нерезидентные части файла, размещается в атрибутах резидентной части.
Нулевая запись MFT содержит описание самой MFT, в том числе и такой ее важный атрибут, как адреса всех ее отрезков. Из приведенного описания видно, что сама таблица MFT рассматривается как файл, к которому применим метод размещения в томе в виде набора произвольно расположенных нескольких отрезков.
Каждый файл и каталог на томе NTFS состоит из набора атрибутов. Важно отметить, что имя файла и его данные также рассматриваются как атрибуты файла. Каждый атрибут файла NTFS состоит из полей: тип атрибута, длина атрибута, значение атрибута и, возможно, имя атрибута. Тип атрибута, длина и имя образуют заголовок 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. Существуют два способа хранения атрибутов файла — резидентное хранение в записях таблицы MFT и нерезидентное хранение вне ее, во внешних отрезках. Таким образом, резидентная часть файла состоит из резидентных атрибутов, а нерезидентная — из нерезидентных атрибутов. Сортировка может осуществляться только по резидентным атрибутам.
Файлы NTFS в зависимости от способа размещения делятся на небольшие, большие, очень большие и сверхбольшие.
Каждый каталог NTFS представляет собой один вход в таблицу MFT, который содержит атрибут Index Root. Индекс содержит список файлов, входящих в каталог. Индексы позволяют сортировать файлы для ускорения поиска, основанного на значении определенного атрибута. Обычно в файловых системах файлы сортируются по имени. NTFS позволяет использовать для сортировки любой атрибут, если он хранится в резидентной форме.
За областью MFT следует область, обычно длиной 1 Мбайт, содержащая системные файлы. Среди файлов этой области находятся следующие:
• MFT2. Зеркальное отображение первых трех строк MFT, используемых для гарантированного доступа к MFT в случае сбоя одного сектора.
• Системный журнал. Список шагов транзакций, используемый при восстановлении данных в NTFS.
• Битовая карта кластеров. Представление тома, указывающее используемые кластеры.
Рис. 120
Рис. 121
Рис. 122
UNIX является примером удачной реализации простой мультипрограммной и многопользовательской ОС. Она проектировалась как инструментальная система для разработки программного обеспечения. Своей уникальностью система UNIX обязана тому, что была создана всего двумя разработчиками, которые создавали ее для себя, и первое время ее использовали на миниЭВМ с очень скромными вычислительными ресурсами. По этой причине UNIX обладает простым, но очень мощным командным языком и независимой от устройств файловой системой. Поскольку при создании этой ОС использовался язык высокого уровня, то система и приложения, выполняющиеся в ней, получились легко переносимыми (мобильными). Компилятор с языка С для всех оттранслированных программ дает реентерабельный и разделяемый код, что позволяет эффективно использовать имеющиеся в системе ресурсы.
Первой целью при разработке этой системы было стремление сохранить простоту и обойтись минимальным количеством функций. Все реальные сложности оставлялись пользовательским программам.
Второйцелью была общность. Одни и те же методы и механизмы должны были использоваться во многих случаях. Поэтому общность в UNIX-системах проявляется во многих аспектах, и в частности:
· обращения к файлам, устройствам ввода/вывода и буферам межпроцессных сообщений выполняются с помощью одних и тех же примитивов;
· одни и те же механизмы именования, присвоения альтернативных имен и защиты от несанкционированного доступа применяются к файлам с данными и директориями и устройствам;
· одни и те же механизмы работают в отношении программно и аппаратно инициируемых прерываний.
Третья цель заключалась в создании операционной среды, в которой большие задачи можно было бы решать, комбинируя существующие небольшие программы, а не разрабатывая программы заново.
Система UNIX предоставляет пользователям возможность направить выход одной программы непосредственно на вход другой (речь идет о программных каналах). В результате большие программные системы можно создавать путем композиции имеющихся небольших программ, а не путем написания новых, что в большинстве случаев упрощает задачу. UNIX-системы существуют уже 30 лет, и к настоящему времени имеется чрезвычайно большой набор легко переносимых из системы в систему отлично отлаженных и проверенных временем приложений.
Рис. 123
Память – дисковый накопитель, который состоит из пакета пластин. На каждой стороне каждой пластины размечены тонкие концентрические кольца – дорожки (traks), на которых хранятся данные. Количество дорожек зависит от типа диска. Совокупность дорожек одного радиуса на всех поверхностях всех пластин пакета называется цилиндром (cylinder). Каждая дорожка разбивается на фрагменты, называемые секторами (sectors), или блоками (blocks), так что все дорожки имеют равное число секторов, в которые можно максимально записать одно и то же число байт. Сектор имеет фиксированный для конкретной системы размер, выражающийся степенью двойки. Чаще всего размер сектора составляет 512 байт. Сектор – наименьшая адресуемая единица обмена данными дискового устройства с оперативной памятью.
Рис. 124
Информация на дисках размещается поблочно, по 512 байт в каждом блоке. Диск разбивается на следующие области:
· неиспользуемый блок;
· управляющий блок, или суперблок, в котором содержится размер диска и границы других областей;
· i-список, состоящий из описаний файлов, называемых i-узлами;
· область для хранения содержимого файлов.
Каждый i-узел содержит:
· идентификацию владельца;
· идентификацию группы владельца;
· биты защиты;
· физические адреса на диске или ленте, где находится содержимое файла;
· размер файла;
· время создания файла;
· время последнего использования файла;
· время последнего изменения атрибутов;
· число связей-ссылок, указывающих на файл;
· индикацию, является ли файл директорией, обычным файлом или специальным файлом.
Следом за i-списком идут блоки, предназначенные для хранения содержимого файлов. Пространство на диске, оставшееся свободным от файлов, образует связанный список свободных блоков.
Таким образом, файловая система UNIX представляет собой структуру данных, размещенную на диске и содержащую управляющий суперблок, в котором определена файловая система в целом; массив i-узлов, где определены все файлы в файловой системе; сами файлы; и совокупность свободных блоков. Выделение пространства под данные осуществляется блоками фиксированного размера.