Серверные технологии хранения данных в среде Windows® 2000 Windows® Server 2003 - Наик Дайлип

Все данные, включая метаданные системы, хранятся в файлах.

NTFS и программные интерфейсы приложений Win32 поддерживают использование 64-разрядных указателей для структур данных файлов.

NTFS поддерживает имена файлов длиной до 255 символов и кодировку Unicode.

Структуры данных поддерживают быстрое перемещение и поиск в каталогах. '

Файловая система поддерживает сжатие и разреженные файлы.

Начиная с Windows 2000 поддерживается шифрованная файловая система (EFS).

Файловая система обеспечивает устойчивость к отказам, например к появлению поврежденных кластеров на диске или перераспределению секторов.

NTFS не имеет ограничения на длину имен 8.3, которое было характерно для MS DOS. Кроме того, обеспечивается совместимость с именами

файлов POSIX, включая точки и пробелы в начале имени. Тем не менее иногда при использовании имен, не соответствующих стандарту 8.3, возникают проблемы. Основной их причиной могут быть утилиты, не поддерживающие длинных имен, которые не соответствуют стандарту 8.3. Отдельные имена файлов NTFS могут иметь размер до 255 символов, а полный путь к файлу не должен превышать 32 767 символов.

■ В NTFS используются 64-разрядные указатели файлов и теоретически может поддерживаться размер файла 264 байт.

В NTFS поддерживается несколько потоков данных для одного файла. Поток можно открыть с помощью функции Win32 API CreateFile, а имя потока в виде: ИмяПотока может быть добавлено к имени файла, например Filel: Stream25. Потоки поддерживают запись, чтение и независимую от других открытых потоков блокировку. Операционная система Windows NT для серверов Macintosh использует эту функцию при поддержке клиентов Мае, на которых файл имеет две «ветви»: ветвь данных и ветвь ресурсов.

Обратите внимание, что, хотя NTFS и поддерживает несколько потоков, множеству утилит и программ об этом ничего не известно. Таким образом, о файле, содержащем 1024 байт в обычном неименованном потоке и 1 Мбайт данных в именованном потоке, команда dir сообщит, как о файле размером 1024 байт (команда dir не поддерживает многопоточность). При копировании файлов с несколькими потоками с раздела NTFS в FAT копируется только неименованный поток, принятый по умолчанию. Данные из остальных потоков считаются потерянными.

В табл. 6.3 сравниваются FAT и NTFS.

Таблица 6.3. Сравнение файловых систем, поддерживаемых Windows NT

Окончание табл. 6.3

Файловая система организует все содержимое диска в виде файлов, включая не только пользовательские файлы, но и файлы, содержащие метаданные, которые относятся к файловой системе. В этом разделе рассматриваются файлы, которые NTFS использует для внутренней, организации функционирования.

Главная файловая таблица (Master File Table – MFT; $Mft) всегда представляет собой первый файл тома NTFS. Она содержит множество записей и, как минимум, одну запись для каждого файла и каталога тома, включая запись для самой MFT. Каждая запись в MFT может иметь размер 1024–4096 Кбайт, в зависимости от размера тома, на котором размещена файловая система. Для файлов с несколькими атрибутами или чрезмерной фрагментацией может потребоваться несколько записей в MFT. Таблица MFT хранится в начале тома.

Производительность системы существенно повышается, если записи MFT хранятся в соседних кластерах диска, т.е. когда MFT не фрагментирована и занимает непрерывную область диска. Для выполнения этого условия NTFS резервирует область, которая называетсязоной MFT, в начале тома или раздела и стремится не использовать эту область ни для чего, кроме хранения записей MFT. Первые файлы и каталоги записываются сразу после MFT. Около 12% тома зарезервировано для зоны MFT. Начиная с Windows NT 4.0 SP4, в реестр добавлена специальная запись, которая позволяет управлять размером зоны MFT. Эта запись может иметь значения в диапазоне от 1 до 4, указывая размер зоны MFT от минимального (1) -до максимального (4). Программа дефрагментации указывает текущий размер зоны MFT.

Первые 24 записи в MFT зарезервированы. Некоторые записи меняют свое назначение с выходом новой версии операционной системы, как это произошло с выходом Windows 2000. В табл. 6.4 описаны различные системные файлы NTFS, которые также известны как файлы метаданных.

Таблица 6.4. Системные файлы NTFS

* Знак доллара ($) перед именем файла означает, что это файл метаданных

Файл $MftMirr содержит зеркальную копию первых 16 записей MFT и представляет собой метод обеспечения целостности тома, даже если секторы MFT окажутся поврежденными. Файл $MftMirr хранится в середине тома. Более объемные тома могут иметь более одного зеркала MFT.

Файл журнала $LogFile используется для восстановления после отказов в работе системы или возникновения неожиданных ситуаций. NTFS поддерживает транзакции и протоколирование: сначала в журнал заносятся все изменения системных метаданных и только затем проводятся изменения. Файл журнала содержит информацию для отмены и повтора операций, которая используется для восстановления после отказов в работе системы и поддержки целостности файловой системы.

Обратите внимание: метаданных из файла журнала транзакций достаточно лишь для поддержки целостности файловой системы, например для обеспечения правильной маркировки кластеров: или как свободных, или принадлежащих определенному файлу. Содержимое этих кластеров – пользовательские данные – в журнале не отслеживается. После фиксирования транзакции и изменения метаданных запись о завершении операции заносится в файл журнала.

Все операции с файлом журнала выполняются средствами службы файлового журнала NTFS, которая предоставляет собой набор процедур драйвера NTFS. Для хранения файла журнала в NTFS используется циклический буфер. В начале буфера содержится указатель на область в самом буфере, в которой должен начаться процесс восстановления. Этот указатель в файле журнала сохраняется дважды (избыточно), чтобы обеспечить возможность восстановления в том случае, если одна из областей файла журнала окажется поврежденной.

Файл $Volume содержит имя тома, дату и временную метку (указывающую на время создания тома), информацию о версии NTFS и дополнительный бит, используемый для проверки правильности завершения работы системы. Кроме того, этот бит проверяется при загрузке системы для определения необходимости запуска утилиты CHKDSK.

Файл $AttrDef содержит все атрибуты, которые поддерживаются на данном томе. Для каждого атрибута указывается различная информация, например имя атрибута, тип атрибута, минимальная и максимальная длина.

Корневой каталог также обладает большим значением. Все операции поиска файлов и каталогов должны начинаться с корневого каталога, если они не кэшированы во время предыдущих операций поиска.

Файл $Bitmap представляет каждый кластер диска, на котором находится том. Каждый бит указывает занятость одного кластера диска.

Файл $Boot предназначен для хранения и защиты кода загрузчика, который всегда размещен в фиксированной области, удаленной от начала тома. При форматировании тома с использованием NTFS утилита форматирования проверяет, владеет ли файл $Boot кластерами, в которые помещен код загрузчика. Таким образом, код загрузчика защищен от перезаписи другими данными.

Файл $BadClus содержит записи для каждого поврежденного кластера на диске. Этот файл обновляется динамически; т.е. для каждого динамически обнаруженного поврежденного кластера в файл добавляется новая запись.

Файл $Secure впервые появился в Windows 2000. Файловая система NTFS поддерживает механизмы безопасности для каждого файла и каталога. До выхода Windows 2000 данные о безопасности хранились в каждой записи для файла и каталога в MFT. Поскольку множество файлов и каталогов «имели одинаковую информацию о правах доступа, такая информация часто 'дублировалась. Например, если у пользователя есть право доступа на чтение и запуск 100 файлов, формирующих приложение (например, Microsoft Office), «все эти файлы будут иметь одинаковую информацию безопасности. Начиная с Windows 2000 информация о безопасности сохраняется один раз в файле *$SeCure, и все файлы просто ссылаются на эти данные.

Файл $UpCase содержит таблицу, используемую для преобразования имен файлов и путей из нижнего регистра в верхний, а также для преобразования имен файлов в верхний регистр для приложений, которые не различают регистр в именах файлов.

Каталог $Extend впервые появился в Windows 2000 и содержит файлы, позволяющие реализовать необязательные возможности NTFS. Далее приведен перечень файлов, которые содержатся в каталоге $Extend.

Файл $0bjld содержит идентификаторы объектов для файлов и каталогов. Идентификаторы объектов используются для отслеживания файлов и каталогов при их перемещении. Дополнительная информация по этой теме приводится в разделе 6.5.15.