Файловые системы NTFS и FAT. Плюсы и минусы

Содержание

 

	Введение	3
1	Файловая система FAT	4
1.1	Ошибки файловой системы FAT	6
1.2	Файловая система FAT 32	7
1.3	Структура файла	9
2	Файловая система NTFS	12
2.1	Физическая организация NTFS	12
2.2	Структура тома NTFS	13
2.3	Главная таблица файлов	14
2.4	Структура файлов NTFS	17
2.5	Каталоги NTFS	20
2.6	Защита и шифрование	23
2.7	Механизм EFS	24
	Заключение	27
	Список используемой литературы	29

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Введение

Файловая система с  точки зрения пользователя — это  «пространство», в котором размещаются  файлы. А как научный термин - это  способ хранения и организации доступа  к данным на информационном носителе или его разделе. Наличие файловой системы позволяет определить, как  называется файл, где он находится. Поскольку на IBM PC – совместимых  компьютерах информация храниться  в основном на дисках, то применяемые  на них файловые системы определяют организацию данных именно на дисках (точнее, на логических дисках).

Операционная система Windows XP поддерживает использование на жестких  дисках трех файловых систем:

• FAT16
• FAT32
• NTFS

Файловая система NTFS  является системой корпоративного класса. Для шифрования файлов NTFS использует механизм EFS. Защита конфиденциальных данных от несанкционированного доступа очень важна в любой среде, где множество пользователей обращается к одним и тем же физическим и сетевым ресурсам. У операционной системы, как и у отдельных пользователей, должна быть возможность защиты файлов, памяти и конфигурационных параметров от нежелательного просмотра и внесения изменений. Защищать файлы от несанкционированного доступа можно различными средствами, но в случае кражи файлов единственной защитой остается шифрование.

В данной курсовой работе мною будут рассмотрены  файловые системы  – FAT, FAT 32, NTFS.

 

 

 

1 Файловая система FAT

 

Большинство существующих на сегодняшний день файловых систем построены  на основе таблицы размещения файлов (FileAllocationTable - FAT), которая содержит дорожки  данных в каждом кластере на диске. Существует несколько типов файловой системы FAT - FAT 12, FAT 16 и FAT 32. Они отличаются количеством цифр, используемых в  таблице размещения файлов. Другими  словами, в FAT 32 используется 32-разрядное  число для хранения дорожки данных в каждом кластере, в FAT 16 - 16-разрядное  число и т.д. В настоящее время  существуют следующие типы файловой системы FAT:

FAT 12, используемая в разделах  емкостью не более 16 Мбайт (например, дискета);

FAT 16, используемая в разделах  емкостью от 16 Мбайт до 2 Гбайт;

FAT 32, используемая (необязательно)  в разделах емкостью от 512 Мбайт  до 2 Тбайт.

Файловые системы FAT 12 и FAT 16 изначально применяются в DOS и Windows и поддерживаются практически всеми  известными на сегодняшний день операционными  системами. Большинство персональных компьютеров поставляется с жесткими дисками, на которых установлена  одна из файловых систем FAT.

Для обеспечения пользовательским приложениям доступа к файлам независимо от типа используемого диска в операционной системе предусмотрено несколько структур. Эти структуры поддерживаются системами Windows и представлены ниже в порядке расположения на диске:

• загрузочные секторы главного и дополнительного разделов;
• загрузочный сектор логического диска;
• таблицы размещения файлов (FAT);
• корневой каталог;
• область данных;
• цилиндр для выполнения диагностических операций чтения/записи.

 

 Информация о каждом разделе  сохраняется в загрузочном секторе  раздела (или логического диска) в начале каждого раздела. Существует также основная таблица списка разделов, помещенная в загрузочный сектор главного раздела.

Загрузочный сектор главного раздела (или главная загрузочная запись (MasterBootRecord - MBR)) является первым сектором на жестком диске (цилиндр 0, головка 0, сектор 1) и состоит из двух элементов: таблица главного раздела и главный загрузочный код.

• Таблица главного раздела. Содержит список разделов на диске и расположение загрузочных секторов соответствующих логических дисков. Эта таблица очень маленькая и может содержать максимум четыре записи. Таким образом, для получения большего количества разделов в операционной системе (например, DOS) можно создать один дополнительный раздел и поместить в него несколько логических дисков.
• Главный загрузочный код. Небольшая программа, которая выполняется системой BIOS. Основная функция этого кода - передача управления в раздел, который обозначен как активный (или загрузочный).

Загрузочный сектор - это первый сектор на любом логическом диске

DOS. Например, на дискете  или на диске Zip это самый  первый физический сектор, так  как дискету нельзя разбить  на разделы и она имеет только  один логический диск. На жестком  диске загрузочный сектор (секторы)  располагается в начале каждого  раздела, не являющегося дополнительным, или в начале любой области  диска, распознаваемой как логический  диск DOS.

Эти секторы немного похожи на загрузочные секторы разделов, так как содержат таблицы со специальной  информацией о логическом диске.

Блок параметров диска, в  котором содержится специфическая  информация, например размер раздела, количество используемых секторов диска, размер кластера и метка тома.

Загрузочный код - программа, которая начинает процесс загрузки операционной системы. Для DOS и Windows 9x/Me это файл Io.sys.

Загрузочный сектор дискеты  загружается ROM BIOS, а при загрузке системы с жесткого диска MBR передает управление загрузочному сектору активного  раздела. В обоих случаях загрузочный  сектор логического диска получает управление. Он выполняет некоторые  проверки и затем пытается прочитать  с диска первый системный файл (в DOS/Windows это файл Io.sys). Загрузочный  сектор не виден, так как находится  вне области хранения файлов логического  диска.

Каталог - это база данных, содержащая информацию о записанных на диске файлах. Каждая запись в ней имеет длину 32 байт, и между записями не должно быть никаких разделителей. В каталоге сохраняется практически вся информация о файле, которой располагает операционная система.

Имя файла и расширение - восемь символов имени и три  символа расширения; точка между  именем и расширением файла подразумевается, но не включается в эту запись.

Байт атрибутов файла, содержащий флаг, который представляет стандартные атрибуты файла.

Время и дата создания файла  или его модификации.

Размер файла в байтах.

Ссылка на начальный кластер - номер кластера, с которого начинается файл.

Информация о расположении файла ,т.е. расположении оставшихся кластеров, содержится в FAT. 

Все каталоги имеют одинаковую структуру. Записи в этой базе данных сохраняют важную информацию о файлах, которая связана с информацией, хранящейся в FAT, посредством одного из полей записи - номера первого  занимаемого файлом кластера на диске. Если бы все файлы на диске не превышали размеров одного кластера, потребности в FAT вообще бы не возникло. В FAT содержится информация о файле, отсутствующая в каталоге, - номера кластеров, в которых расположен весь файл.

Таблица размещения файлов (FAT) содержит номера кластеров, в которых расположены файлы на диске. Каждому кластеру в FAT соответствует одно число. Секторы, не содержащие пользовательских данных (файлов), не отражены в FAT. К таким секторам относятся загрузочные секторы, таблицы размещения файлов и секторы корневого каталога. 
     В файловой системе FAT дисковое пространство разбивается не на секторы, а на группы секторов, которые называются кластерами (ячейками размещения). Кластер содержит один или несколько секторов. Размер кластера определяется при делении диска на разделы с помощью программы Fdisk и зависит от размера создаваемого раздела. Наименьший размер диска, который может занимать файл ненулевого размера, - один кластер. Каждый файл использует целое число кластеров. Например, если файл занимает на один байт больше размера кластера, то для его размещения на диске будет выделено два кластера.

FAT - это электронная таблица,  управляющая распределением дискового  пространства. Каждая ячейка этой  таблицы связана с определенным  кластером на диске. Число,  содержащееся в этой ячейке, сообщает  о том, использован ли данный  кластер под какой-либо файл  и, если использован, где находится  следующий кластер этого файла.

Область данных диска - это область, следующая за загрузочным сектором, таблицами размещения файлов и корневым каталогом на любом логическом диске. Эта область контролируется с помощью FAT и корневого каталога и делится на ячейки размещения, называемые кластерами. В этих кластерах и располагаются сохраняемые на диске файлы. 

 

1. Ошибки файловой системы FAT

 

Ошибки в файловой системе  появляются скорее из-за программных, нежели из-за аппаратных сбоев (например, при неверном завершении работы Windows).

Потерянные кластеры. Это наиболее распространенная ошибка файловой системы, при которой кластеры в FAT помечаются как используемые, хотя на самом деле таковыми не являются. Эти потерянные кластеры появляются при неверном завершении работы приложения или крахе системы. Программы восстановления диска могут обнаружить эти кластеры и восстановить их.

Программы восстановления диска  просматривают диск и создают  копию FAT в оперативной памяти. Затем  эта копия сравнивается с "настоящей" FAT и таким образом выявляются потерянные кластеры, т.е. не принадлежащие  ни одному из существующих файлов. Практически  все программы восстановления могут  сохранять информацию из потерянных кластеров в файл, а затем обнулять их.

Например, программа Chkdsk из цепочек потерянных кластеров создает  файлы с именами FILE0001.CHK, FILE0002.CHK и  т.д.

Пересекающиеся файлы.

Такие файлы появляются, когда две записи каталога неправильно  указывают на один кластер. В результате кластер "содержит" данные из нескольких файлов, что, естественно, недопустимо. 
     Чаще всего один из пересекающихся файлов поврежден. Программы восстановления данных обычно решают проблему пересекающихся файлов следующим образом: файлы копируются с новыми именами в свободное место диска, а пересекающаяся область обоих файлов (и их остальные части) удаляется. Обратите внимание, что удаляются оба файла, т.е. устранение подобной ошибки не порождает новых проблем: например, запись в каталоге указывает на несуществующий файл. Просмотрев два восстановленных файла, можно определить, какой из них поврежден.

Неверный файл или каталог. 

Иногда информация в записи каталога дляфайла или подкаталога  не соответствует действительности: запись содержиткластер с неверной датой или неправильным форматом. Практически все программы восстановления диска устраняют и эту проблему.

Команды Chkdsk, Recover и Scandisk - это "реанимационная бригада" DOS, занимающаяся восстановлением поврежденных данных на диске. Эти команды имеют очень простой и не слишком дружественный интерфейс, их применение зачастую оказывает значительное воздействие на систему, но иногда только они и могут помочь.

 

2. Файловая система FAT 32

 

Файловая система FAT 32 поддерживается операционной системой Windows 95 и более  поздними версиями, а также Windows XP.

Cистема FAT32 все еще используется на USB флеш-накопителях (флешках), потому что обеспечивает более высокую скорость записи, чтения и копирования данных.

FAT32 (от англ. FileAllocationTable — «таблица размещения файлов») — это файловая система, разработанная компанией Microsoft, разновидность FAT.

FAT32 — последняя версия файловой системы FAT и улучшение предыдущей версии, известной как FAT16. Она была создана, чтобы преодолеть ограничения на размер тома в FAT16, позволяя при этом использовать старый код программ MS-DOS и сохранив формат. FAT32 использует 32-разрядную адресацию кластеров. FAT32 появилась вместе с Windows 95 OSR2.

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 Кбайт,  теоретически FAT32 может работать  с 8-терабайтными томами. Windows 2000 ограничивает  размер новых томов FAT32 до 32 Гбайт,  хотя поддерживает существующие  тома FАТ32 большего размера (созданные  в других операционных системах). Большее число кластеров, поддерживаемое FAT32, позволяет ей управлять дисками  более эффективно, чем FAT 16. FAT32 может  использовать 512-байтовые кластеры  для томов размером до 128 Мбайт.