Каталоги, эффективность при поиске

Каталог на NTFS представляет собой специфический файл, хранящий ссылки на другие файлы и каталоги, создавая иерархическое строение данных на диске. Сами записи каталога содержат имя файла, его длину, некоторые другие его параметры (атрибуты), а самое главное содержат номер (индекс) записи MFT для данного файла, в которой содержится уже полная информация о файле.

Внутренняя структура каталога представляет собой бинарное дерево. Вот что это означает: для поиска файла с заданным именем в FAT, операционной системе приходится просматривать все элементы каталога (поиск перебором), пока она не найдет нужный. Бинарное же дерево располагает имена файлов по алфавиту, и поиск осуществляется сравнением начальных букв при помощи метода двоичного (бинарного) поиска (также известного как метод деления пополам). Экономия времени при поиске очевидна.

Журналирование, обеспечение отказоустойчивости

NTFS - отказоустойчивая система, которая вполне может привести себя в корректное состояние при практически любых реальных сбоях. Перед тем как привести подробности механизма отказоустойчивости определимся с понятием транзакция. Транзакция - это действие, которое должно быть выполнено целиком и полностью (читай - корректно), в противном случае оно вообще не будет выполнено.

Для реализации транзакций в главной файловой таблице присутствует специальный файл с именем $LogFile – журнал транзакций. Файловая система хранит в этом файле список изменений, которые она будет проводить, перед фактической записью данных. Как это работает, разберем на примере.

Пример: Идет запись данных на диск. Вдруг, – отключается питание и система перезагружается. Что при этом происходит?

Перед каждой записью на диск система помещает в журнал транзакций это свое состояние. При перезагрузке этот файл изучается на предмет наличия незавершенных транзакций, которые были прерваны аварией и результат которых непредсказуем – все эти транзакции отменяются: место, в которое осуществлялась запись, помечается снова как свободное, индексы и элементы MFT приводятся в с состояние, в котором они были до сбоя. То есть, все действия, выполненные при записи данных, отменяются – место, куда была начата запись, будет считать чистым. Система в целом остается стабильна.

Ну а если ошибка произошла при записи в журнал? Тоже ничего страшного: транзакция либо еще и не начиналась (идет только попытка записать намерения её произвести), либо уже закончилась - то есть идет попытка записать, что транзакция на самом деле уже выполнена. В последнем случае при следующей загрузке система сама вполне разберется, что на самом деле всё и так записано корректно, и не обратит внимания на «незаконченную» транзакцию.

После того как запись данных успешно завершена, информация об этой транзакции уже не нужна и удаляется из журнала.

Сжатие

Система NTFS позволяет хранить данные в сжатом виде. Любой файл или даже каталог может быть сжат. Сама операция сжатия происходит незаметно, так как скорость ее довольно высока. Используется так называемое виртуальное сжатие, т. е. одна часть файла может быть сжата, а другая нет. Сжатие осуществляется блоками. Каждый блок равен 16 кластерам.

Размер сжатого файла или папки будет зависеть от типа файла. Например, при сжатии документа Word можно ожидать довольно значительного сжатия – около 70%. С другой стороны, при сжатии графического файла вы не достигнете высокого уровня компрессии (т.к. информация в этих файлах уже сжата).

Безопасность

Файловая система NTFS поддерживает безопасность данных т.е. позволяет администратору указать пользователей, которым разрешен или запрещен доступ к тем или иным файлам и каталогам. Контроль доступа к данным осуществляется путем установки разрешений.

Разрешения осуществляют контроль над тем, что пользователь или группа могут делать с объектом в сети или на своем локальном компьютере. В таблице 10 перечислены разрешения, назначаемые для папок, а в таблице 11. – для файлов.

Таблица 2 Разрешения папок

Разрешение	Разрешает или запрещает это действие
Change Permissions	Изменение разрешений папки.
Create Files	Создание новых файлов в данной папке.
Create Folders	Создание подкаталогов в данной папке.
Delete	Удаление папки.
Delete subfolders and files	Удаление файлов и подкаталогов, даже если у вас нет разрешения на их создание.
List Folder	Просмотр содержимого папки.
Read Attributes	Просмотр атрибутов папки.
Read Permissions	Просмотр разрешений папки.
Take Ownership	Присвоение себе прав другого пользователя на владение папкой.
Traverse Folder	Открытие папки для просмотра подкаталогов и родительских папок.
Write Attributes	Внесение изменений в свойства папки.

 

Таблица 31 Разрешения файла

Разрешение	Разрешает или запрещает это действие
Append Data	Добавление информации в конец файла без изменения существующей информации.
Change Permissions	Внесение изменений в разрешения файла.
Delete	Удаление файла.
Execute File	Запуск программы, содержащейся в файле.
Read Attributes	Просмотр атрибутов файла.
Read Data	Просмотр содержимого файла.
Read Permissions	Просмотр разрешений файла.
Take Ownership	Присвоение себе прав собственности на этот файл у другого владельца.
Write Attributes	Изменение атрибутов файла.
Write Data	Изменение содержания файла.

 

Шифрование

Чтобы защитить секретную информации от неправомочного доступа NTFS обеспечивает Шифрующую файловую систему, или (EFS) для криптографической защиты важных для пользователя файлов и каталогов.

Пользователи могут отметить каталог или файл как зашифрованный. Отмеченный так файл зашифровывается NTFS, используя специальный драйвер шифрования. Если файл позже отмечается как не зашифрованный, он расшифровывается.

Система производит шифрование, используя систему открытого ключа. Это значит, что для шифрования используется открытый (то есть незащищённый) ключ, а для расшифрования этой информации используется уже секретный ключ.

Сравнение NTFS и FAT 32.

Займемся - сравнением двух файловых систем.

NTFS.

 

Достоинства:

1. Быстрая скорость доступа к файлам малого размера;

2. Размер дискового пространства на сегодняшний день практически не ограничен;

3. Фрагментация файлов не влияет на саму файловую систему;

4. Высокая надежность сохранения данных и собственно самой файловой структуры;

5. Высокая производительность при работе с файлами большого размера;

 

Недостатки:

1. Более высокие требования к объему оперативной памяти по сравнению с FAT 32;

2. Работа с каталогами средних размеров затруднена из-за их фрагментации;

3. Более низкая скорость работы по сравнению с FAT 32;

 

FAT 32

 

Достоинства:

1. Высокая скорость работы;

2. Низкое требование к объему оперативной памяти;

3. Эффективная работа с файлами средних размеров;

4. Более низкий износ дисков, вследствие меньшего количества передвижений головок чтения/записи.

 

Недостатки:

1. Низкая защита от сбоев системы;

2. Не эффективная работа с файлами больших размеров;

3. Ограничение по максимальному объему раздела и файла (4Гбайта);

4. Снижение быстродействия при фрагментации;

5. Снижение быстродействия при работе с каталогами, содержащими большое количество файлов;

 

Обе файловые системы хранят данные в кластерах минимальный размер которого равен 512Байт. Как правило обычный размер кластера равен 4 Kбайт.

Форматирование

Форматирование жесткого диска включает в себя три этапа:

Низкоуровневое форматирование, называемое также физическим – форматирование жёсткого диска на низком уровне (Low level format) – операция, в процессе которой на магнитную поверхность диска наносятся т. н. сервометки – служебная информация, которая используется для позиционирования головок жёсткого диска. При этом процессе на жестком диске создаются физические структуры: треки, сектора, управляющая информация. Кроме того, определяются сектора, непригодные для записи данных, они помечаются как плохие для того, чтобы избежать их использования, одновременно заполняется таблица переназначения секторов.

Все современные жесткие диски проходят низкоуровневое форматирование только один раз — на заводе-изготовителе на специальном оборудовании, называемом серворайтером. Нет никакого способа в домашних условиях произвести настоящее низкоуровневое форматирование любого современного жесткого диска. Причем это невозможно сделать даже в условиях хорошего сервисного центра (в сервисном центре можно произвести как бы «среднеуровневое» форматирование, которое может заменить информацию о пропускаемых сбойных секторах, но перезаписать физическое распределение секторов и служебную сервоинформацию не получится).

Разбиение на разделы. Этот процесс разбивает объем винчестера на логические диски (C, D, и т.д.). Этим обычно занимается утилиты операционной система. Разбиение на разделы было подробно описано при разборе логической структуре диска.

Высокоуровневое (логическое) форматирование – это процесс записи служебной информации и структуры файловой системы на диск.

При логическом форматировании происходит процесс записи на диск служебной информации файловой системы. Высокоуровневое форматирование выполняется после процесса разбивки диска на разделы, даже если будет использоваться только один раздел во весь объем накопителя. В современных операционных системах процесс разбиения винчестера на разделы и форматирования может выполняться как в процессе установки операционной системы, так и на уже установленной системе

Высокоуровневое форматирование перезаписывает служебную информацию файловой системы, делая винчестер чистым, однако, сами файлы при этом процессе не стираются, стирается только информация о местонахождении файла. Т.е. после высокоуровневого форматирования винчестера содержавшего файлы, мы будем иметь чистый диск, свободный от каких-либо файлов, но, используя различные способы восстановления данных информацию можно восстановить. Для полного стирания данных с диска используют специальные утилиты, зануляющие диск, после чего придется заново форматировать его высокоуровневыми средствами, но при этом у вас будет полная гарантия в том, что никакие данные не уцелели.