4.Внутреннее устройство Windows (гл. 12-14) - Марк Руссинович

Ha рис. 12–54 показана запись MFT для пользовательского файла, в одном из групп которого имеется плохой сектор. Когда NTFS получает ошибку, связанную с плохим сектором, она присоединяет содержащий его кластер к своему файлу плохих кластеров. Это предотвращает повторное выделение данного кластера другому файлу. Затем NTFS выделяет новый кластер и изменяет сопоставление VCN-LCN для файла так, чтобы оно указывало на этот кластер. Данная процедура, известная как переназначение плохого кластера (bad-cluster remapping), иллюстрируется на рис. 12–55. Кластер номер 1357, содержащий плохой сектор, заменяется новым кластером с номером 1049.

Появление плохих секторов нежелательно, но когда они все же появляются, лучшее решение предлагается NTFS в сочетании с диспетчером томов. Если плохой сектор находится на томе с избыточностью данных, диспетчер томов восстанавливает данные и замещает сектор, если это возможно. Если сектор заменить нельзя, диспетчер томов возвращает предупреждение NTFS, которая заменяет кластер с плохим сектором.

Если том не сконфигурирован как отказоустойчивый, данные из плохого сектора восстановить нельзя. Когда том отформатирован для FAT и диспетчер томов не может восстановить данные, чтение из плохого сектора дает непредсказуемые результаты. Если в плохом секторе располагались какие-либо управляющие структуры файловой системы, может быть потерян целый файл или группа файлов (а иногда и весь диск). B лучшем случае будет потеряна часть данных файла (как правило, все файловые данные, расположенные в данном секторе и за ним). Более того, FAT скорее всего повторно выделит плохой сектор под другой файл, в результате чего проблема возникнет снова.

Как и другие файловые системы, NTFS не может восстановить данные из плохого сектора без помощи диспетчера томов. Однако она значительно сокращает ущерб, который наносится появлением плохого сектора. Если NTFS обнаруживает плохой сектор в ходе операции чтения, она переназначает кластер, как показано на рис. 12–55. Если том не сконфигурирован для избыточного хранения информации, NTFS возвращает ошибку чтения вызывающей программе. Хотя данные, находившиеся в этом кластере, теряются, остаток файла и сама файловая система сохраняются, вызывающая программа может соответствующим образом отреагировать на потерю данных, а плохой кластер больше не будет использоваться при распределении пространства на томе. Если NTFS обнаруживает плохой кластер во время записи, а не чтения, она переназначает его до выполнения операции записи и тем самым вообще избегает потери данных.

Ta же процедура восстановления используется, когда в аварийном секторе хранятся данные файловой системы. Если он находится на томе с избыточностью данных, NTFS динамически заменяет соответствующий кластер, используя данные, восстановленные диспетчером томов. Если том не избыточный, восстановить данные нельзя, и NTFS устанавливает в файле тома бит, указывающий, что том поврежден. При перезагрузке системы NTFS-утилита Chkdsk проверяет этот бит и, если он установлен, исправляет повреждение файловой системы, реконструируя метаданные NTFS.

Крайне редко повреждение файловой системы может произойти даже на отказоустойчивом томе: двойная ошибка способна разрушить и данные файловой системы, и информацию для их восстановления. Если авария системы происходит в тот момент, когда NTFS сохраняет, например, зеркальную копию записи MFT, индекса имен файлов или журнала транзакций, то зеркальная копия этих данных файловой системы обновляется не полностью. Если после перезагрузки системы ошибка, связанная с плохим сектором, возникает в том же месте основного диска, где находится частично записанная зеркальная копия, NTFS не может восстановить информацию с зеркального диска. Для детекции таких повреждений системных данных в NTFS реализована специальная схема. Если обнаружено нарушение целостности, в файле тома устанавливается бит повреждения, в результате чего при следующей загрузке системы метаданные NTFS будут реконструированы Chkdsk. Так как в отказоустойчивой дисковой конфигурации повреждение данных файловой системы маловероятно, потребность в Chkdsk возникает редко. Эта утилита позиционируется как дополнительная мера предосторожности, а не как основное средство восстановления информации.

Использование Chkdsk в NTFS существенно отличается от ее использования в FAT Перед записью на диск FAT устанавливает бит изменения тома, который сбрасывается по завершении модификации тома. Если сбой системы происходит при выполнении операции вывода, бит остается установленным, и после перезагрузки машины запускается Chkdsk. B NTFS утилита Chkdsk запускается, только когда обнаруживаются неожиданные или нечитаемые данные файловой системы и NTFS не может восстановить их с избыточного тома или из избыточных структур данных файловой системы на обычном томе. (Система дублирует загрузочный сектор, равно как и части MFT, необходимые для загрузки системы и выполнения процедуры восстановления NTFS. Эта избыточность гарантирует, что NTFS всегда сможет загрузиться и восстановить сама себя.)

B таблицу 12-6 сведены данные о том, что происходит при появлении плохого сектора на дисковом томе (отформатированном для одной из файловых систем Windows) в различных ситуациях, описанных в данном разделе.

1. Диспетчер томов не может заменять секторы ни в одном из следующих случаев: 1) жесткие диски, отличные от SCSI, не поддерживают стандартный интерфейс для замены секторов; 2) некоторые жесткие диски не имеют аппаратной поддержки замены секторов, а SCSI-диски, у которых она есть, могут со временем исчерпать весь резерв секторов.

2. Отказоустойчивым является том одного из следующих типов: зеркальный или RAID-5. При записи данные не теряются: NTFS переназначает кластер до выполнения записи.

Если том, на котором появился плохой сектор, сконфигурирован как отказоустойчивый, а жесткий диск поддерживает замену секторов и его запас резервных секторов еще не исчерпан, то тип файловой системы (FAT или NTFS) не имеет значения. Диспетчер томов заменяет плохой сектор, не требуя вмешательства со стороны пользователя или файловой системы.

Если плохой сектор появился на жестком диске, не поддерживающем замену секторов, то за переназначение плохого сектора или, как в случае NTFS, кластера, в котором находится плохой сектор, отвечает файловая система. FAT не умеет переназначать секторы или кластеры.

EFS (Encrypting File System) использует средства поддержки шифрования. При первом шифровании файла EFS назначает учетной записи пользователя, шифрующего этот файл, криптографическую пару — закрытый и открытый ключи. Пользователи могут шифровать файлы с помощью Windows Explorer; для этого нужно открыть диалоговое окно Properties (Свойства) применительно к нужному файлу, щелкнуть кнопку Advanced (Другие) и установить флажок Encrypt Contents To Secure Data (Шифровать содержимое для защиты данных), как показано на рис. 12–56. Пользователи также могут шифровать файлы с помощью утилиты командной строки cipher. Windows автоматически шифрует файлы в каталогах, помеченных зашифрованными. При шифровании файла EFS генерирует случайное число, называемое шифровальным ключом файла (file encryption key, FEK). EFS использует FEK для шифрования содержимого файла по более стойкому варианту DES (Data Encryption Standard) — DESX (в Windows 2000), а также no DESX, 3DES (Triple-DES) или AES (Advanced Encryption Standard) в Windows XP (Service Pack 1 и выше) и Windows Server 2003. EFS сохраняет FEK вместе с самим файлом, но FEK шифруется по алгоритму RSA-шифрования на основе открытого ключа. После выполнения EFS этих действий файл защищен: другие пользователи не смогут расшифровать данные без расшифрованного FEK файла, a FEK они не смогут расшифровать без закрытого ключа пользователя — владельца файла.

По умолчанию FEK шифруется в Windows 2000 и Windows XP по алгоритму DESX, а в Windows XP с Service Pack 1 (или выше) и Windows Server 2003 — по алгоритму AES. B версиях Windows, разрешенных к экспорту за пределы США, драйвер EFS реализует 56-битный ключ шифрования DESX, тогда как в версии, подлежащей использованию только в США, и в версиях с пакетом для 128-битного шифрования длина ключа DESX равна 128 битам. Алгоритм AES в Windows использует 256-битные ключи. Применение 3DES разрешает доступ к более длинным ключам, поэтому, если вам требуется более высокая стойкость FEK, вы можете включить шифрование 3DES одним из двух способов: как алгоритм шифрования для всех криптографических сервисов в системе или только для EFS.

Чтобы 3DES стал алгоритмом шифрования для всех системных криптографических сервисов, запустите редактор локальной политики безопасности, введя secpol.msc в диалоговом окне Run (Запуск программы), и откройте узел Security Options (Параметры безопасности) под Local Policies (Локальные политики). Найдите параметр System Cryptography: Use FIPS Compliant Algorithms For Encryption, Hashing And Signing (Системная криптография: использовать FIPS-совмести-мые алгоритмы для шифрования, хеширования и подписывания) и включите его.