Операционные системы

Файловые системы ОС семейства Windows

​

Файловая система (file system) – функциональная часть операционной системы, которая отвечает за обмен данными с внешними запоминающими устройствами. 

Файловая система определяет принципы хранения данных на физическом носителе. Например, файловая система определяет, как должны сохраняться данные файла, какая информация (например, имя, дата создания и т.п.) о файле должна храниться и каким образом. Формат хранения данных определяет основные характеристики файловой системы. 

При рассмотрении характеристик файловых систем важным понятием является понятие кластера. Кластер - это минимальный блок данных, размещаемый на носителе. Файловая система использует кластеры для более эффективного управления дисковым пространством. Размер кластера всегда кратен размеру сектора диска. Потенциальный недостаток кластеров большого размера - это менее эффективное использование дискового пространства, поскольку данные одного файла и каталога всегда выделяется целое число кластеров. Например, если размер кластера составляет 32 Кб, то файл размером 100 байт все равно займет на диске 32 Кб. 

В настоящее время существует большое количество файловых систем, отличающихся друг от друга целевым использованием (например, ориентацией только на конкретный вид носителей) и различными характеристиками. В Windows XP, также как и в Windows Server 2003, поддерживаются следующие файловые системы: 
 

• FAT (File Allocation Table) - файловая система, разработанная для MS-DOS и являющаяся основной для Windows 3.x и 9x. Windows XP и Windows Server 2003 поддерживают три разновидности FAT: FAT12, FAT16 и FAT32.

•  Первые две обеспечивают совместимость со старыми ОС Microsoft. Кроме того, FAT12 используется как формат хранения данных на гибких дисках.

• FAT 32 - модифицированная версия FAT, используемая в Windows 95 OSR2, Windows 98 и Windows Millennium. 

• NTFS (Windows NT file system) - файловая система, разработанная специально для Windows NT и унаследованная Windows 2000, Windows XP, Windows 2003. 

Различают несколько версий NTFS:

v1.2 используется в Windows NT 3.51 и Windows NT 4.0,

v3.0 поставляется с Windows 2000,

v3.1 — с Windows XP, Windows Server 2003,Windows Server 2003R2, Windows Vista, Windows 7 и Windows Server 2008, Windows Server 2008R2.

• 
  CDFS (Compact Disk File System) - файловая система компакт-дисков. 
  UDF (Universal Disk Format) - универсальный формат дисков, используемый современными магнитооптическими накопителями и, прежде всего, технологией DVD.

У каждой системы есть свои полезные свойства, но возможности защиты и аудита систем различны. На выбор файловой системы оказывают влияние следующие факторы: цель, для которой предполагается использовать компьютер, аппаратная платформа, количество жестких дисков и их объем, требования к безопасности, используемые в системе приложения.
 

 

 

Файловые системы FAT12 и FAT16. 
 

Файловая система FAT (File Allocation Table) получила свое имя в соответствии с названием метода организации данных - таблицы распределения файлов. FAT (или FAT16) первоначально была ориентирована на небольшие диски и простые структуры каталога. Затем ее усовершенствовали для обеспечения работы с большими дисками и мощными персональными компьютерами. 

Windows XP и Windows Server 2003 поддерживают файловую систему FAT по трем причинам: 

• для возможности обновления операционной системы с прежних версий Windows; 

• для совместимости с другими операционными системами при многовариантной загрузке;

• как формат гибких дисков.

В название каждой версии FAT входит число, которое указывает разрядность, применяемую для идентификации кластеров на диске. 12-разрядный идентификатор кластеров в FAT12 ограничивает размер дискового раздела 212 (4096) кластерами. В Windows используются кластеры размером от 512 байт до 8 Кб, так что размер тома FAT12 ограничен 32 Мб. Поэтому Windows использует FAT12 как формат 5,25- и 3,5-дюймовых дискет, способных хранить до 1,44 Мб данных. 

FAT16 - за счет 16-разрядных идентификаторов кластеров - может адресовать до 216 (65 536) кластеров. В Windows размер кластера FAT16 варьируется от 512 байт до 64 Кб, поэтому размер тома FАТ16 ограничен 4 Гб. Размер кластеров, используемых Windows, зависит от размера тома. 

Размеры кластеров в FAT16 по умолчанию (в Windows) 
 

Размер тома (Мб)

Размер кластера

0-32

512 байт

33-64

1 Кб

65-128

2 Кб

129-256

4 Кб

257-511

8 Кб

512-1023

16 Кб

1024-2047

32Кб

2048-4095

64Кб

Файловая система FAT не обеспечивает функций защиты данных и автоматического восстановления. Поэтому она используется, только если альтернативной системой на компьютере является MS-DOS илиWindows 95/98, а также для передачи данных на гибких дисках. В остальном использовать FAT не рекомендуется.

Файловая система FAT32. 
 

Модифицированная версия FAT - FAT32 - позволяет создавать разделы большие, чем в FAT16, и применять кластеры меньшего размера, что приводит к более эффективному использованию дискового пространства. Впервые FAT32 появилась в Windows 95 OSR2. Она также поддерживается в Windows 98 иWindows Millennium. 

FAT32 использует 32-разрядные идентификаторы кластеров, но при этом резервирует старшие 4 бита, так что эффективный размер идентификатора кластера составляет 28 бит. Поскольку максимальный размер кластеров FAT32 равен 32 Кб, теоретически FAT32 может работать с 8-терабайтными томами. Однако реализация FAT32 в Windows XP / Windows 2003 не позволяет создавать тома, превышающие 32 Гб, но ОС может задействовать существующие тома FAT32 любого размера. 

Размер кластеров на томах FAT32 (по умолчанию) 
 

Размер раздела

Размер кластера (Кб)

От 32 Мб до 8 Гб

4

8-16 Гб

8

16-32 Гб

16

32Гб

32

Помимо большего предельного числа кластеров преимуществом FAT32 перед FAT12 и FAT16 является следующее: 

• место хранения корневого каталога FAT32 не ограничено предопределенной областью тома, поэтому его размер не ограничен; 

• для большей надежности FAT32 хранит вторую копию загрузочного сектора.

Файловая система NTFS. 

Файловая система NTFS - одна из самых сложных и удачных из существующих на данный момент файловых систем.

NTFS хранит информацию о файлах в главной файловой таблице — Master File Table (MFT).

Файловая система NTFS - наиболее надежная система, специально разработанная для Windows NT и усовершенствованная в более поздних версиях Windows. 

NTFS использует 64-разрядные индексы кластеров. Это позволяет NTFS адресовать тома размером до 16 экзабайт (16 миллиардов Гб). Однако Windows XP ограничивает размеры томов NTFS до значений, при которых возможна адресация 32-разрядными кластерами, т. е. до 128 Тб (с использованием кластеров по 64 Кб). 

Размер кластеров на томах NTFS:
 

Размер раздела

Размер кластера

512 Мб и менее

512 байт

513 - 1024 Мб

1 Кб

1025 -2048 Мб

2 Кб

более 2048 Мб (2 Гб)

4 Кб

Одно из важнейших свойств NTFS - восстанавливаемость. При неожиданном сбое системы информация о структуре папок и файлов на томе FAT может быть утеряна. NTFS протоколирует все вносимые изменения. Это позволяет избежать разрушения данных о структуре тома (Однако при этом данные файлов в некоторых случаях могут быть утеряны). Благодаря возможности шифровать файлы и папки, и устанавливать запрет на доступ к ним использование файловой системы NTFS повышает безопасность компьютера.

NTFS поддерживает ряд дополнительных, по сравнению с FAT возможностей. Основные из них перечислены ниже: 

• защита файлов и каталогов

• сжатие файлов

• поддержка многопоточных файлов

• отслеживание связей

• дисковые квоты

• шифрование 

• точки повторной обработки 

• точки соединения

• теневые копии

 

 

В Windows 2000 появилась служба отслеживания изменившихся связей (Distributed Link Tracking), позволившая приложениям находить ресурс, соответствующий данному ярлыку, и связи OLE даже в случае, если этот ресурс был переименован или перенесен в другое место дерева папок. Теперь, щелкнув на ярлыке рабочего стола, вы всегда сможете получить доступ к нужному ресурсу.

•        Каждая связь состоит из двух частей — клиента и источника. Например, если документ Word содержит связь OLE с электронной таблицей Excel, сам документ является клиентом связи, а электронная таблица — это источник связи.

Отслеживаются только источники связей, находящиеся на томах NTFS 5.0 Если источник перемещен в другую файловую систему, попытки отследить изменившуюся связь будут предприняты, но вероятность успешного результата мала. Если источник опять будет перенесен в NTFS 5.0, связь будет восстановлена. Но это касается только клиентов связи, созданных до переноса источника на другую файловую систему.

На данный момент не поддерживаются компьютеры Windows 2000, не входящие в состав домена.

В текущей версии NTFS 5.0 во время работы службы отслеживания связей тома NTFS 5.0 не могут быть блокированы. Поэтому для них нельзя выполнить такие операции, как форматирование или запуск утилиты chkdsk /t. Выполнять подобные операции можно только после остановки работы службы отслеживания связей.

 

Квота - это выделение на ПК определенному пользователю определенного объема дискового пространства. 
Например на ПК 4 пользователя (муж, жена, сын, дочь) 
Основным пользователем (Администратором) является муж. 
На ПК установлен жесткий диск объемом 750ГБ. 
Для обеспечения хоть какого-нибудь порядка администратор (муж) выделяет каждом пользователю квоту по пользованию жестким диском: 
жена - 150ГБ 
сын - 200ГБ 
дочь - 200ГБ. 
Т. е. любой из пользователей не может загружать больше информации на ПК, чем ему позволено квотой.

Шифрова́ние — обратимое преобразование информации в целях сокрытия от неавторизованных лиц, с предоставлением, в это же время,авторизованным пользователям доступа к ней. Главным образом, шифрование служит задачей соблюдения конфиденциальности передаваемой информации. Важной особенностью любого алгоритма шифрования является использование ключа, который утверждает выбор конкретного преобразования из совокупности возможных для данного алгоритма[1][2].

В файловой системе NTFS файл или каталог может содержать в себе reparse point, что переводится на русский язык как «точка повторной обработки». В файл или каталог добавляются специальные данные, файл перестаёт быть обычным файлом и обработать его может только та программа, которая знает как воспринимать такие данные. Есть возможность создавать reparse point своего собственного формата, но для их обработки придётся писать и устанавливать фильтр файловой системы. Существуют готовые типы reparse point, заданные Microsoft. Например, через точки повторной обработки в Windows реализуются символьные ссылки (symlink) и символьные связи (junction point).

Точка соединения NTFS (англ. NTFS Junction Point) — нововведение в файловой системе NTFS 5.0 (файловая система по умолчанию в Windows 2000). Суть нововведения заключается в том, что указанный логический диск либо папка будет отображаться как папка на другом логическом диске либо в другой папке. Эта возможность позволяет создавать некоторые эффекты с файловой системой (например, хранить два профиля одного и того же пользователя и переключаться между ними без особых проблем). Точка соединения реализована в NTFS как особый тип точки повторной обработки (англ. reparse point)[1].

Данную функцию можно настроить в оснастке «Управление дисками»: правой кнопкой на подключаемом диске, пункт «Изменить букву диска или путь к диску…», далее в списке будут отображены все возможные пути к диску, по умолчанию диск доступен по своей букве («Х:» — где Х буква диска). Менять пути к диску можно соответствующими кнопками под списком.

Служба теневого копирования тома (англ. Volume Shadow Copy Service, VSS) — служба операционной системы Windows, позволяющая копировать файлы, с которыми в данный момент времени ведется работа и даже с системными и заблокированными файлами. Служба необходима для работы следующих программ: восстановление системы, программ архивации (Paragon Drive Backup, Acronis True Image, Leo Backup и другие). Обычно служба запускается вручную.