Студопедия

КАТЕГОРИИ:


Архитектура-(3434)Астрономия-(809)Биология-(7483)Биотехнологии-(1457)Военное дело-(14632)Высокие технологии-(1363)География-(913)Геология-(1438)Государство-(451)Демография-(1065)Дом-(47672)Журналистика и СМИ-(912)Изобретательство-(14524)Иностранные языки-(4268)Информатика-(17799)Искусство-(1338)История-(13644)Компьютеры-(11121)Косметика-(55)Кулинария-(373)Культура-(8427)Лингвистика-(374)Литература-(1642)Маркетинг-(23702)Математика-(16968)Машиностроение-(1700)Медицина-(12668)Менеджмент-(24684)Механика-(15423)Науковедение-(506)Образование-(11852)Охрана труда-(3308)Педагогика-(5571)Полиграфия-(1312)Политика-(7869)Право-(5454)Приборостроение-(1369)Программирование-(2801)Производство-(97182)Промышленность-(8706)Психология-(18388)Религия-(3217)Связь-(10668)Сельское хозяйство-(299)Социология-(6455)Спорт-(42831)Строительство-(4793)Торговля-(5050)Транспорт-(2929)Туризм-(1568)Физика-(3942)Философия-(17015)Финансы-(26596)Химия-(22929)Экология-(12095)Экономика-(9961)Электроника-(8441)Электротехника-(4623)Энергетика-(12629)Юриспруденция-(1492)Ядерная техника-(1748)

Особенности файловой системы NTFS




Файловая система NTFS (New Technologies File System – файловая система новой технологии) была выпущена вместе с ОС Windows NT 3.5 в 1993 г. До выхода Windows 2000 разработка двух линий ОС была раздельной, и потребительские ОС Windows 95/98/Me были ограничены использованием FAT16 или FAT32. В отличие от них, линейка NT, включая Windows XP, поддерживает все системы (за исключением Windows NT4, не знакомой с FAT32).

Система NTFS содержит множество улучшений по сравнению с системами FAT. Наиболее важные относятся к:

· оптимизированному использованию пространства на больших томах,

· исправлению ошибок после аварий,

· защите данных от несанкционированного доступа,

· службе индексации,

· сжатию и шифрованию данных,

· восстановлению системы после серьезных сбоев.

NTFS может управлять разделами размером в несколько сотен Тбайт. Что касается безопасности, то администраторы получили возможность использовать встроенные функций защиты: политики доступа пользователей к файлам и папкам, системы шифрования файлов EFS (Encryption File System – шифрованная файловая система).

Система NTFS, используемая в версиях Windows, вплоть до Windows 2000, не соответствовала современным требованиям, в частности:

· ограничивала число томов 26 (диски от A до Z);

· изменение раздела всегда требовало перезагрузки;

· информация о томах NTFS хранилась в реестре, что усложняло использование диска с другой системой.

Указанные проблемы были решены в Windows 2000 с помощью LDM (Logical Disk Manager – логический дисковый менеджер), который больше не требует присвоения букв дискам. Улучшения NTFS, используемой в Windows XP, были связаны с:

· улучшением пропускной способности данных,

· введением возможности устанавливать значения размера кластера, отличные от фиксированного по 512 байт;

· улучшением административных функций: индексация папок и ограничение непредвиденных расходов памяти.

Файловая система NTFS представляет собой выдающееся достижение структуризации: каждый элемент системы представляет собой файл – даже служебная информация. Самый главный файл в NTFS называется MFT (Master File Table – общая таблица файлов). В отличие от FAT, которая хранит таблицы отдельно, в начале тома, NTFS помещает MFT в скрытых файлах.

Раздел NTFS может быть почти какого угодно размера. Его максимальный размер ограничен лишь размерами жестких дисков.

NTFS делит все полезное место носителя на кластеры – блоки данных, причем размер кластера изменяется от 512 байт до 64 Кбайт (стандартом считается кластер размером 4 Кбайт).

Диск NTFS условно делится на две части. Первые 12% диска отводятся под MFT-зону - пространство, в которое растет метафайл MFT. 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 (рис. 9).

Рис. 9. Физическая структура NTFS

Механизм использования MFT-зоны следующий: когда файлы уже нельзя записывать в обычное пространство, MFT-зона просто сокращается (в текущих версиях ОС ровно в два раза), освобождая таким образом место для записи файлов. При освобождении места в обычной области MFT-зона может снова расшириться. При этом не исключена ситуация, когда в этой зоне останутся обычные файлы.

MFT размещается в MFT-зоне и представляет собой централизованный каталог всех остальных файлов диска (в том числе, и себя самого). MFT управляет всеми файлами тома и, так называемыми, метаданными с помощью реляционной базы данных. Информация о файлах размещается в строчках, а в столбцах записаны атрибуты файлов (скрытый, шифрованный, сжатый, системный и т.д.).

MFT поделен на записи фиксированного размера (обычно 1 Кбайт), и каждая запись соответствует какому-либо файлу. Первые 16 файлов носят служебный характер и недоступны ОС – они называются метафайлами, причем самый первый метафайл – сам MFT. Файлы размером до 900 байт могут полностью помещаться в одну запись. Для файлов большего размера MFT содержит указатели на их расположение в дисковой памяти. То же самое относится и к папкам: если они имеют достаточно малый размер, то полностью входят в MFT.

Первые 16 элементов MFT – единственная часть диска, имеющая фиксированное положение. Вторая копия первых трех записей, для надежности (они очень важны) хранится ровно посередине диска. Остальной MFT-файл может располагаться, как и любой другой файл, в произвольных местах диска – восстановить его положение можно с помощью его самого, «зацепившись» за самую основу – за первый элемент MFT.

Каждый метафайл отвечает за какой-либо аспект работы системы. Преимущество такого подхода заключается в гибкости. Например, в файловой системе FAT физическое повреждение в самой области FAT фатально для функционирования всего диска, а NTFS может сместить, даже фрагментировать по диску, все свои служебные области, обойдя любые неисправности поверхности - кроме первых 16 элементов MFT.

Метафайлы находятся в корневом каталоге NTFS диска – они начинаются с символа имени «$». В настоящее время используются следующие метафайлы:

· $MFT – сам MFT;

· $MFTmirr – копия первых 16 записей MFT, размещенная посередине диска;

· $LogFile – файл поддержки журналирования;

· $Volume – служебная информация (метка тома, версия файловой системы и т.д.);

· $AttrDef – список стандартных атрибутов файлов на томе;

· $. - корневой каталог;

· $Bitmap – карта свободного места тома;

· $Boot – загрузочный сектор (если раздел загрузочный);

· $Quota - файл, в котором записаны права пользователей на использование дискового пространства;

· $Upcase – файл-таблица соответствия заглавных и прописных букв в именах файлов на текущем томе.

Все файлы, размещаемые на диске, 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.

Файлы небольшого размера (до 900 байт) 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.

Имя файла может содержать любые символы, включая полный набор национальных алфавитов, так как данные представлены в Unicode – 16-битном представлении, которое дает 65535 разных символов. Максимальная длина имени файла – 255 символов.

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 (В-дерево). Это означает следующее: для поиска файла с данным именем в линейном каталоге, таком, например, как в FAT, ОС 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? Такой поиск начинается с вопроса к среднему элементу, и каждый ответ сужает зону поиска в среднем в два раза. Файлы 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. Пример поиска по В-дереву показан на рис. 10.

Таким образом, для поиска одного файла среди, например, 1000, FAT придется осуществить в среднем 500 сравнений (наиболее вероятно, что файл будет найден на середине поиска), а системе на основе В-дерева – всего около 10-ти (210 = 1024).

Главный каталог диска - корневой - ничем не отличается об обычных каталогов, кроме специальной ссылки на него из начала метафайла MFT.

NTFS – отказоустойчивая система, которая может привести себя в корректное состояние при практически любых реальных сбоях.

В табл. 4 приведены ограничения, налагаемые на файловые системы NTFS и FAT.

Таблица 4. Ограничения файловых систем

Ограничения NTFS FAT16/FAT32
Размеры тома · Минимальный размер тома составляет приблизительно 10 Мбайт · На практике рекомендуется создавать тома, размер которых не превышает 2 Тбайт · С помощью NTFS нельзя форматировать дискеты · FAT16 поддерживает различные размеры томов - от объема дискет до 2 Гбайт · FAT32 поддерживает тома объемом от 2 Гбайт до 2 Тбайт. Работая под управлением Windows 2000 для FAT32 можно отформатировать тома, объем которых не превышает 32 Гбайт
Размеры файлов Теоретически размер файла может составлять 16 Экзабайт(263-1) · FAT16 поддерживает файлы размером не более 2 Гбайт · FAT32 поддерживает файлы размером не более 4 Гбайт

Для новой ОС Vista компания Microsoft разрабатывает новую файловую систему Windows Future Storage (WinFS – «грядущая система хранения»), призванную заменить NTFS и FAT. В основе WinFS лежит доработанная NTFS с улучшенными функциями администрирования, организации доступа к файлам, синхронизации и защиты файловых ресурсов.

Новая файловая система предназначена для хранения файлов на основе критериев их содержания, т.е. автора, содержания, имени, источника и последнего обратившегося пользователя. Структура папок, отображаемая в Проводнике, представляет собой просто виртуальную карту.

Сутью WinFS является, так называемая, модель данных – механизм, который постоянно администрирует и структурирует цифровые элементы или «предметы» (items). Предметы используют описательные элементы, выходящие за понятие файла. Эти описательные элементы не присутствуют в файле, а полностью принадлежат и управляются WinFS. При данной схеме в качестве предметов можно регистрировать не только файлы, но и, например, контакты, ссылки в Интернете, письма и т.д.

С точки зрения пользователей, предметы снимают необходимость в использовании физического места расположения файлов. Вместо этого ОС организует данные, в зависимости от их содержания, в виртуальные папки. При поиске данных пользовательские критерии типа «Все документы по курсу ИКТ за последние два года» заменяют информацию о формате файлов, авторах и расположении.

Microsoft реализовала меняющуюся модель предметов в WinFS, т.е. пользователи могут сами определять предметы с помощью метаданных XML и указывать связи между предметами. При этом существует возможность, например, вывода всех документов данного автора вместе с информацией о его адресе и связанных с ним документов.

Задание №4 1. Определите, какие файловые системы используются на жестком диске вашей рабочей станции: · выполните команды главного меню Windows: Пуск Þ Настройка Þ Панель управления Þ Администрирование Þ Управление компьютером; · в левой панели консоли Управление компьютером раскройте раздел Запоминающие устройства и дважды щелкните мышью по опции Управление дисками; · в правой панели консоли Управление компьютером отобразится информация о структуре дисков и используемых файловых системах; · запишите эту информацию в свою рабочую тетрадь; · закройте окно консоли. 2. Определите характеристики логических и физических дисков вашей рабочей станции: · выполните команды главного меню Windows: Пуск Þ Программы Þ Стандартные Þ Служебные Þ Сведения о системе; · в левой панели консоли Сведения о системераскройте раздел Компоненты, а в нем – подраздел Запоминающие устройства; · двойным щелчком мыши выберите первую опцию Диски. В правой панели отобразятся характеристики логических дисков. Выпишите значения в свою рабочую тетрадь; · двойным щелчком мыши выберите вторую опцию Диски. В правой панели отобразятся характеристики физических дисков. Выпишите основные значения в свою рабочую тетрадь; · закройте окно консоли.

ВЫВОДЫ

1. В основе любой ОС лежит принцип организации работы внешнего устройства хранения информации. Основным понятием при этом является файл - логически связанная совокупность данных или программ, для размещения которой во внешней памяти выделяется именованная область.

Файл характеризуется следующими параметрами: полным именем файла; объемом файла в байтах; датой и временем создания (модификации) файла; специальными атрибутами файла.

2. Полное имя файла состоит из двух частей: собственно имени, которое должно быть уникально, чтобы отличить один файл от другого, и расширения, отделяемого от имени точкой. В MS DOS принята система полного имени (8,3), означающая, что имя файла может включать до 8, а расширение – до 3 буквенно-цифровых символов (причем в качестве букв допустимы только символы латинского алфавита). Начиная с ОС Windows 95 появилась возможность использовать длинные имена файлов (до 254 символов), при этом были сняты практически все ограничения на допустимые символы, используемые в именах.

3. Для доступа к файлам, хранящихся на внешних носителях, необходимо иметь некоторую их организацию. Имена файлов регистрируются на носителях в папках (каталогах, директориях). Папка (каталог) – это справочник файлов с указанием месторасположения на носителе. Во всех ОС, начиная с MS DOS, принята иерархическая структура организации папок. На каждом носителе всегда имеется единственный главный (корневой) каталог. Он находится на 0-м уровне иерархической структуры. Корневой каталог создается при форматировании (инициализации, разметке) носителя, имеет ограниченный размер и не может быть удален средствами ОС. В главный каталог могут входить другие каталоги и файлы, которые создаются командами ОС и могут быть удалены соответствующими командами.

4. Для указания пути к файлу необходимо использовать полное имя файла, имеющего структуру [ накопитель: ][ путь\ ] имя-файла.расширение.

5. Файловая система – часть ОС, управляющая размещением и доступом к файлам и папкам на физическом носителе, которая создается в процессе форматирования носителя. Файловая структура носителя данных – организация размещения на носителе главного каталога, папок, файлов, операционной системы, а также выделенные для них объемы секторов, кластеров, дорожек.

6. Для увеличения скорости обмена данными между внешними накопителями и оперативной памятью группы смежных секторов объединяются в кластеры. Кластер – это минимальный размер адресуемого пространства на носителе.

7. На выбор файловой системы оказывают влияние ряд факторов: цель, для которой предполагается использовать ПК; аппаратная платформа; количество жестких дисков и их объем; требования к безопасности; используемые в системе приложения.

8. Во многих современных ПК используется файловая система FAT (File Allocation Tabl – таблица размещения файлов). Сначала для дискет и небольших жестких дисков (менее 16 Мбайт) использовалась 12-разрядная версия FAT (так называемая FAT12). В MS-DOS v.3.0 была введена 16-разрядная версия FAT для более крупных дисков. Концепция, заложенная в основу FAT, предусматривает не только секторную организацию структуры диска, но и разбиение его на четыре функциональные области: блок начальной загрузки; таблицу размещения файлов; главный каталог; файлы и каталоги разного назначения.

9. Появление жестких дисков большой емкости (десятки и сотни Гбайт) заставило разработчиков ОС перейти к 32-разрядной файловой системе FAT32, обеспечивающей оптимальный доступ к жестким дискам, CD(DVD)-ROM и сетевым ресурсам, повышая скорость и производительность всех операций ввода/вывода. FAT32 обеспечивает следующие преимущества по сравнению с прежними реализациями FAT: поддержку дисков размером до 2 Тбайт; более эффективное расходование дискового пространства (на 10-15%); быструю работу с малыми и средними каталогами и эффективная работа на медленных дисках; повышенную надежность и более быструю загрузку программ.

10. Файловая система NTFS (New Technologies File System – файловая система новой технологии) содержит множество улучшений по сравнению с системами FAT. Наиболее важные относятся к: оптимизированному использованию пространства на больших томах, исправлению ошибок после аварий, защите данных от несанкционированного доступа, службе индексации, сжатию и шифрованию данных, восстановлению системы после серьезных сбоев.

Контрольные вопросы

1. Что такое файл? Какими параметрами он характеризуется?

2. Как определяется полное имя файла в системе MS DOS? Какие ограничения накладываются на используемые символы в этой ОС?

3. Какие ограничения на полные имена файлов сняты в ОС семейства Windows?

4. Что собой представляют шаблоны в именах файлов? Определите основные правила их использования.

5. Что собой представляют папки? Для каких целей они используются и как образуется иерархическая структура папок?

6. Что собой представляет путь к файлу? Как он образуется?

7. Дайте определения файловой системы. Что собой представляет файловая структура носителя данных?

8. Определите файловую структуру дискеты.

9. Какие факторы оказывают влияние на выбор файловой системы?

10. Что собой представляет файловая система FAT16? Опишите структуру носите в этой системе.

11. Какую информацию содержит блок начальной загрузки?

12. Опишите структуру записи в главном каталоге файловой системы FAT16.

13. Опишите механизм доступа к кластерам файла в файловой системе FAT16.

14. В чем состоят достоинства и недостатки файловой системы FAT16?

15. Сравните между собой характеристики файловых систем FAT16 и FAT32. В чем состоят преимущества FAT32?

16. Какими преимуществами обладает файловая система NTFS?

17. Опишите структуру файловой системы NTFS.

18. Опишите механизм поиска файлов в системе NTFS.

19. Какие ограничения накладываются на использование файловой системы NTFS?

20. Какие перспективные направления файловых систем вы знаете?

 


* Если в ПК установлен один жесткий диск, то он, как правило, разбивается на несколько логических дисков (разделов диска), имеющих имена C:, D: и т.д. Такое разбиение осуществляется специальными программами, например, в MS DOS внешней командой FDISK, в Windows XP – программой Partion Magic.




Поделиться с друзьями:


Дата добавления: 2014-01-05; Просмотров: 1341; Нарушение авторских прав?; Мы поможем в написании вашей работы!


Нам важно ваше мнение! Был ли полезен опубликованный материал? Да | Нет



studopedia.su - Студопедия (2013 - 2024) год. Все материалы представленные на сайте исключительно с целью ознакомления читателями и не преследуют коммерческих целей или нарушение авторских прав! Последнее добавление




Генерация страницы за: 0.054 сек.