NTFS文件系统简介

 第一章 前言

    NTFS是随着Windows NT操作系统而产生的,全称为“NT File System”,中文意为NT文件系统,如今已是windows类操作系统中的主力分区格式了。它的优点是安全性和稳定性极其出色,在使用中不易产生文件碎片,NTFS分区对用户权限作出了非常严格的限制,每个用户都只能按着系统赋予的权限进行操作,任何试图越权的操作都将被系统禁止,同时它还提供了容错结构日志,可以将用户的操作全部记录下来,从而保护了系统的安全。
    NTFS是一个具备错误预警的文件系统。由于NTFS对关键文件系统的系统信息采用了冗余存储,故而当磁盘上的某个扇区损坏时,NTFS仍可以访问卷上的关键数据。NTFS分区的最开始的16个扇区是分区引导扇区,用以保存分区引导代码,接下来是主文件表(MFT),如果MFT所在的磁盘扇区出现损坏,NTFS文件系统会将MFT转移到到硬盘的其他扇区,这样就保证了NTFS文件系统和Windows操作系统的正常运行。比之先前的FAT16和FAT32文件系统的FAT(文件分配表),FAT只能固定在分区引导扇区的后面,一旦该扇区,整个文件系统就会瘫痪,NTFS文件系统显然要先进的多了。不过这种移动MFT的做法却也并非十全十美,如果分区引导代码中指向MFT的部分出现错误,那么NTFS文件系统便会不知道到哪里寻找MFT ,从而会报告“磁盘没有格式化”这样的错误信息。为了避免这样的问题发生,分区引导代码中会包含一段校验程序,专门负责侦错。

 第二章 NTFS概述

    NTFS是Mircrosoft推出的一种新型文件系统。Mircrosoft推出NTFS文件系统的主要目的是将其作为WindowsNT/2000/XP和服务器版本的默认文件系统。NTFS的目标是获得可靠性.高效性和安全性。
 
2.1 NTFS的特点
Ø    它提供了容错结构日志,可以有效地保护系统的安全。NTFS是一个可恢复的文件系统。在NTFS分区上用户很少需要运行磁盘修复程序。NTFS通过使用标准的事务处理日志和恢复技术来保证分区的一致性。
Ø    它的可升级性基于使用常规结构对特殊数据结构进行管理。在NTFS文件系统将所有的数据都视为文件,通常在其他文件系统中被隐藏的管理数据在NTFS中也被存储在文件中,文件系统管理数据可以像普通文件一样被存放在文件系统内任何位置。
Ø    NTFS支持对分区.文件夹和文件的压缩。
Ø    NTFS分区上,可以为共享资源.文件夹以及文件设置访问许可权限,许可的设置包括两方面的内容:一是哪些组或用户对文件夹.文件和共享资源进行访问。二是获取访问许可的组或用户可以进行什么级别的访问。
Ø    Windows 2000的NTFS文件系统下可以进行磁盘配额管理。磁盘配额就是管理员可以为用户所能使用的磁盘空间进行配额限制,每一用户只能使用最大配额限制内的磁盘空间。
Ø    NTFS被作为Windows操作系统的标准文件系统,同时也被大多数免费发行的Unix版本的支持。
Ø    NTFS支持对大容量磁盘存储,可以支持的卷大小可以达到2TB。
Ø    NTFS于FAT文件系统一样,也使用“簇”作为数据寸取的最小单位。但因为它将所有的数据,包括文件系统管理数据也作为文件进行管理,所以NTFS文件系统中的所有扇区都被分配以簇号,并以0开始对所有的簇进行编号,文件系统的0号扇区为0号簇的起始位置。
 
2.2  NTFS的基本概念
    MFT
    MFT,即主文件分配表的简称,它是NTFS文件系统的核心。MFT由一个或几个MFT项(文件记录)组成,每个MFT项占用1024字节的空间。每个MFT项的前部几十个字节有着固定的头结构,用来描述本MFT项的相关信息。后面的字节用于存放“属性”。每个文件和目录的信息都包含在MFT中,每个文件和目录在表中至少有有一个MFT项。初引导扇区外,访问其他任何一个前都要先访问MFT,在MFT中找到该文件的MFT项,根据MFT项中的记录的信息找到内容并对其进行访问。
   属性
    在NTFS中,所有与数据相关的信息都称为“属性”,NTFS与其他文件系统最大的不同之处在于,大多数文件系统是对文件的内容进行读写,而NTFS则是对包含文件内容的属性进行读写。
在数据结构中,属性又可以分为常驻属性和非常驻属性
    常驻属性。有的属性其属性内容很小,它的MFT项可以容纳下它的全部内容,为了节约空间,系统会直接将其存放在MFT项中,而不再为其另外分配簇空间,这样的属性称为常驻属性
    非常驻属性。非常驻属性是指那些内容较大,无法完全存放在其MFT项中的属性。如文件的数据属性,通常内容很大,需要在MFT之外另为其分配足够的簇空间进行存储,这样的属性就是非常驻属性。
 
2.3 NTFS元文件
    NTFS文件系统被创建时,会同时建立一些重要的系统信息。这些系统信息也全是以文件的形式存在,被称为元文件。元文件的文件名都以 $ 符号开头,表示其为隐藏的系统文件,用户不可直接访问。
NTFS下的元文件总共有17个,其具体含义如下:
        $MFT:它其实是整个主文件表,也就是将整个MFT看做一个文件。
        $MFTMirr:MFT前几个MFT项的备份,NTFS也将其作为一个文件看待。
        $LogFile:日志文件。
        $Volume:卷文件,包含卷标和其他版本信息。
        $AttDef:属性定义列表,定义每种属性的名字和类型。
        $Root:根目录文件。
        $Bitmap:位图文件,它的数据属性的每个bit对应文件系统中的一个簇,用以描述簇的分配情况。
        $Boot:引导文件,DBR扇区就是引导文件的第一个扇区。
        $BadClus:坏簇记录文件。
        $Quota:早期的NT系统中记录磁盘配额信息。
        $Secure:安全文件。
        $UpCase:大小写字符转换表文件。
        $Extend metadata directory:扩展元数据目录。
        $Extend\$Reparse:重解析点文件。
        $Extend\$UsnJrnl:变更日志文件。
        $Extend\$Quota:配额管理文件。
        $Extend\$ObjId:对象ID文件。
 
第三章 NTFS文件系统的布局
 
    一个NTFS文件系统大致上可以分为引导区、MFT、MFT备份区、数据区和DBR备份扇区几个部分。因为NTFS将所有的数据都视为文件,理论上除引导扇区必须位于第一个扇区外,NTFS卷可以在任意位置存放任意文件,但通常情况下会遵循一定的习惯布局。在XP系统下NTFS卷大致布局如下图:

DBR引导区
 
用户数据
 
MFT区
 
用户数据
 
MFT部分记录备份
 
用户数据
 
DBR备份

NTFS的特点

1)      引导扇区。引导区部分包括DBR和引导代码,一般系统为其分配16个扇区,未完全使用。

2)      MFT区。文件系统中出现一个“MFT”区,这个“MFT区”是一个连续的簇空间,除非其他空间已全部被分配使用,否则不会在此空间中存储用户文件或目录。在WINXP下创建的NTFS,其MFT通常距离引导扇区较远,但在WIN2000下创建的NTFS,其MFT通常起始于4号簇位置。

3)      MFT备份区。由于MFT备份的重要性,在文件系统的中部为其保存了一个备份,不过这个备份很小,只是MFT前几个项的备份。

4)      引导扇区备份扇区。在卷的最后一个扇区,保存了一份DBR扇区的备份。这个扇区包含在分区表描述的该分区大小中,但却不在DBR描述的文件系统大小范围之内。DBR描述文件系统大小时,总是比分区表描述的扇区数小1个扇区。
 
第四章DBR(引导扇区)
 
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