обычный (слева) и разряженный (справа) тома
Большинство файловых систем трактуют том как совокупность файлов, свободного дискового пространства и служебных структур файловой системы, но в NTFS все
служебные структуры представлены файлами, которые (как и это и положено файлу) могут находится в любом
месте тома, при необходимости фрагментируя себя на несколько частей.
Самым главным служебным файлом является $MFT – Master File Table (Главная Файловая Таблица) – своеобразная база данных, хранящая информацию обо всех файлах тома – их именах, атрибутах, способе и порядке размещения на диске (каталог так же является файлом особого типа, со списком принадлежащих ему файлов и подкаталогов внутри). Важно подчеркнуть, что в MFT присутствуют все файлы, находящиеся во всех подкаталогах тома, поэтому для восстановления диска наличия $MTF-файла будет вполне достаточно.
Остальные служебные файлы (кстати говоря, называемые метафайлами
или метаданными – metafile/metadata соответственно и всегда предваряются знаком доллара '$') носят сугубо вспомогательный характер, интересный только самой файловой системе. К ним в первую очередь относится: $LogFile – файл транзакций, $Bitmap – карта свободного/занятого пространства, $BadClust – перечень плохих кластеров и т. д. Подробнее см. "назначение некоторых служебных файлов". Текущие версии Windows блокируют доступ к служебным файлам с прикладного уровня (даже с правами администратора!) и всякая попытка открытия/создания такого файла в корневом каталоге обречена на неуспех.
Классическое определение, данное в учебниках информатики, отождествляет файл с именованной записью на диске. Большинство файловых систем добавляет к этому понятие атрибута (attribute) – некоторой вспомогательной характеристики, описывающей время создания, права доступа и т. д. В NTFS имя файла, данные файла и его атрибуты полностью уравнены в правах. Можно сказать, что всякий NTFS-файл представляет собой совокупность атрибутов, каждый из которых хранится как отдельный поток (streams) байтов, поэтому во избежании путаницы, атрибуты, хранящие данные файла, часто называют потоками.
Каждый атрибут состоит из тела (body) и заголовка (header). Атрибуты делятся на резидентные (resident) и нерезидентные (non-resident). Резидентные атрибуты хранятся непосредственно в $MTF, что существенно уменьшает грануляцию дискового пространства и сокращает время доступа. Нерезидентные – хранят в $MTF лишь свой заголовок, описывающий порядок размещения атрибута на диске (см. "списки отрезков")
Назначение атрибута определяется его типом
(type) – четырехбайтовым шестнадцатеричным значением. При желании атрибуту можно дать еще и имя
(name), состоящее из символов, входящих в соответствующее пространство имен (см. "пространства имен"). Подавляющее большинство файлов имеет по меньшей мере три атрибута: стандартная информация о файле (время создания, модификации, последнего доступа, правда доступа и т. д.) хранится в атрибуте типа 10h, условно обозначаемым $STANDARD_INFORMATION. Ранние версии Windows NT позволяли обращаться к атрибутам по их условным обозначениям, однако, Windows 2000 и Windows XP лишены этой возможности. Полное имя файла (не путать с путем!) хранится в атрибуте типа 30h ($FILE_NAME). Если у файла есть одно или более альтернативных имен (например, MS-DOS имя), таких атрибутов может быть и несколько (см. "типы атрибутов"). Здесь же хранится ссылка (file reference) на материнский каталог, позволяющая разобраться к какому каталогу данный файл/подкаталог принадлежит. Данные файла по умолчанию хранятся в безымянном атрибуте типа 80h ($DATA), однако, при желании прикладные приложения могут создавать дополнительные потоки данных, отделяя имя атрибута от имени файла знаком двоеточия (например, "ECHO xxx > file:attr1; ECHO yyy > file:attr2; more < file:attr1; more < file:attr2").
Изначально в NTFS была заложена способность индексации любых атрибутов, значительно сокращающая время поиска файла по заданному списку критериев (например, времени последнего доступа). Внутренне индексы хранятся в виде двоичных деревьев, поэтому среднее время выполнения запроса оценивается как O(lg n). Однако, в текущих NTFS-драйверах реализована индексация лишь по одному атрибуту – имени файла. Как уже говорилось выше, каталог представляет собой особенный файл – файл индексов (INDEX). В отличии от FAT, где файл каталога представляет единственный источник данных об организации файлов, в NTFS файл каталога используется лишь для ускорения доступа к содержимому директории и не является обязательным, поскольку ссылка на материнский каталог всякого файла в обязательном порядке присутствует в атрибуте его имени ($FILE_NAME).
Каждый атрибут может быть зашифрован, разряжен или сжат. Однако, техника работы с такими атрибутами далеко выходит за рамки первичного знакомства с организацией файловой системы и будет рассмотрена позднее. А пока же мы углубимся в изучение фундамента файловой системы – структуры $MFT.
