Chap6.6 windows文件系統(tǒng)_2013

1、6.6 Windows 2003文件系統(tǒng),6.6.1 文件系統(tǒng)概述 6.6.2 NTFS在磁盤上的結(jié)構(gòu)結(jié)構(gòu) 6.6.3 文件系統(tǒng)模型和FSD體系結(jié)構(gòu) 6.6.4 NTFS在磁盤上的結(jié)構(gòu) 6.6.5 NTFS可恢復(fù)性支持 6.6.6 NTFS安全性支持,6.6.1 文件系統(tǒng)概述,Windows 支持傳統(tǒng)的FAT12、FAT16 、 FAT32文件系統(tǒng) Windows 支持：只讀光盤CDFS、通用磁盤格式UDF、高性能HPFS等文件系統(tǒng)。 Windows NT提供一個(gè)全新的文件系統(tǒng)NTFS(New Technology File System) 。,NTFS具有的特性,可恢復(fù)性： 安全性： 文件加

2、密： 數(shù)據(jù)冗余和容錯(cuò)： 大磁盤和大文件： 通用的索引機(jī)制： 基于Unicode文件名： 數(shù)據(jù)流： 動(dòng)態(tài)添加卷磁盤空間：稀疏文件： 磁盤配額： 動(dòng)態(tài)壞簇重映射： 壓縮技術(shù)： 分布式鏈接跟蹤： POSIX支持：,6.6.2 NTFS在磁盤上的結(jié)構(gòu),1 MFT的結(jié)構(gòu) 物理磁盤可組織成一個(gè)或多個(gè)卷 邏輯簇號(hào)LCN 虛擬簇號(hào)VCN 主控文件表MFT,MFT中NTFS元數(shù)據(jù)文件的文件記錄,主控文件表MFT(3),2 MFT的記錄結(jié)構(gòu),MFT的文件記錄由記錄頭和緊跟其后的一系列（屬性，屬性值）對(duì)組成。 記錄頭包含一個(gè)用于有效性檢查的魔數(shù)，文件生成時(shí)的順序號(hào)，文件的引用計(jì)數(shù)，記錄中實(shí)際使用的字節(jié)數(shù)。記錄頭之后

3、依次是第一個(gè)屬性和它的屬性值，第二個(gè)屬性和屬性值等。 （屬性，屬性值）對(duì)是指屬性的名字和屬性的具體內(nèi)容。 NTFS不是簡(jiǎn)單地將文件視為一系列字節(jié)的集合，而是將它看成由許多（屬性，屬性值）集合來(lái)進(jìn)行存儲(chǔ)和處理的。,2文件屬性,NTFS將文件作為屬性/屬性值的集合來(lái)處理， 文件數(shù)據(jù)是未命名屬性的值， 其他文件屬性包括文件名、文件擁有者、文件時(shí)間標(biāo)記等。 每個(gè)屬性由單個(gè)流組成(簡(jiǎn)單的字符隊(duì)列)。NTFS并不對(duì)文件進(jìn)行操作，而只是對(duì)屬性流的讀寫。 NTFS提供對(duì)屬性流的操作包括：創(chuàng)建、刪除、讀取以及寫入。 讀寫操作是針對(duì)文件的未命名屬性的，對(duì)已命名的屬性則可通過(guò)已命名的數(shù)據(jù)流句法來(lái)進(jìn)行操作。,常駐屬性

4、,小文件的所有屬性值存在MFT的文件記錄中。當(dāng)屬性值能直接存放在MFT中時(shí)，該屬性就稱為常駐屬性。 文件有些屬性總是常駐的，這樣NTFS才可確定其他非常駐屬性。例如，標(biāo)準(zhǔn)信息屬性和文件名屬性就總是常駐屬性。 標(biāo)準(zhǔn)信息屬性包括基本文件屬性(如只讀、存檔)；時(shí)間標(biāo)記(如文件創(chuàng)建和修改時(shí)間)；文件鏈接數(shù)等。 小文件的MFT記錄,非常駐屬性(1),大文件或大目錄的所有屬性，不可能都常駐在MFT中。如果一個(gè)屬性太大而不能存放在只有1KB的MFT文件記錄中，NTFS將從MFT之外分配區(qū)域。這些區(qū)域稱為一個(gè)擴(kuò)展（extent），它們可用來(lái)存儲(chǔ)屬性值，如文件數(shù)據(jù)。 值存儲(chǔ)在擴(kuò)展中而不是在MFT文件記錄中的屬性

5、稱為非常駐屬性。,非常駐屬性(2),存儲(chǔ)在兩個(gè)擴(kuò)展中的非常駐屬性,非常駐數(shù)據(jù)屬性VCN-LCN編號(hào),非常駐數(shù)據(jù)屬性VCN-LCN映射,4 文件目錄(1),NTFS系統(tǒng)中，文件目錄僅僅是文件名的一個(gè)索引。NTFS使用了一種特殊的方式把文件名組織起來(lái)，以便于快速訪問(wèn)。 當(dāng)創(chuàng)建一個(gè)目錄時(shí)，NTFS必須對(duì)目錄中的文件名屬性進(jìn)行索引。 小目錄的MFT記錄,文件目錄(2),大目錄的MFT記錄,6.6.3文件系統(tǒng)模型和FSD體系結(jié)構(gòu),Windows文件系統(tǒng)模型(1),文件系統(tǒng)模型(2),設(shè)備驅(qū)動(dòng)程序：位于I/O管理器的最低層，直接對(duì)設(shè)備進(jìn)行I/O操作。 中間驅(qū)動(dòng)程序：與低層設(shè)備驅(qū)動(dòng)程序一起提供增強(qiáng)功能，如發(fā)

6、現(xiàn)I/O失敗時(shí)，中間驅(qū)動(dòng)程序卻可能在收到出錯(cuò)信息后，向設(shè)備驅(qū)動(dòng)程序下達(dá)重執(zhí)請(qǐng)求。 文件系統(tǒng)驅(qū)動(dòng)程序FSD：擴(kuò)展低層驅(qū)動(dòng)程序的功能，實(shí)現(xiàn)特定的文件系統(tǒng)(如NTFS)。 過(guò)濾驅(qū)動(dòng)程序：可位于設(shè)備驅(qū)動(dòng)程序與中間驅(qū)動(dòng)程序之間，可位于中間驅(qū)動(dòng)程序與文件系統(tǒng)驅(qū)動(dòng)程序之間，可位于文件系統(tǒng)驅(qū)動(dòng)程序與I/O管理器API之間。,文件系統(tǒng)驅(qū)動(dòng)程序1本地FSD(1),本地FSD(2),本地FSD還創(chuàng)建一個(gè)設(shè)備對(duì)象表示所裝載的文件系統(tǒng)。 本地FSD用高速緩存管理器來(lái)緩存文件系統(tǒng)數(shù)據(jù)，它與主存管理器一起實(shí)現(xiàn)主存文件映射。 本地FSD還支持文件系統(tǒng)卸載操作。,2. 遠(yuǎn)程FSD(1),遠(yuǎn)程FSD(2),遠(yuǎn)程FSD有兩部分組成

7、：客戶端FSD和服務(wù)器端FSD。 前者允許應(yīng)用程序訪問(wèn)遠(yuǎn)程文件和目錄，客戶端FSD接收來(lái)自應(yīng)用程序的I/O請(qǐng)求，轉(zhuǎn)換為網(wǎng)絡(luò)文件系統(tǒng)協(xié)議命令，再通過(guò)網(wǎng)絡(luò)發(fā)送給服務(wù)器端FSD。 服務(wù)器端FSD監(jiān)聽(tīng)網(wǎng)絡(luò)命令，接收網(wǎng)絡(luò)文件系統(tǒng)協(xié)議命令，并轉(zhuǎn)交給本地FSD去執(zhí)行。,3 FSD與文件系統(tǒng)操作(1) FSD的作用(1),FSD與文件系統(tǒng)操作(2)FSD的作用(2),高速緩存延遲寫 高速緩存管理器的延遲寫線程定期異步調(diào)用主存管理器，把高速緩存中已被修改過(guò)的頁(yè)面移交給FSD，以便將數(shù)據(jù)寫入磁盤。 高速緩存提前讀。 主存臟頁(yè)寫 主存缺頁(yè)處理。,FSD與文件系統(tǒng)操作(2)FSD的作用(2),高速緩存延遲寫 高速緩存

8、提前讀 高速緩存管理器的提前讀線程通過(guò)分析已做的讀操作，來(lái)決定提前讀多少，再通過(guò)缺頁(yè)中斷將數(shù)據(jù)讀到高速緩存。 主存臟頁(yè)寫 主存缺頁(yè)處理。,FSD與文件系統(tǒng)操作(2)FSD的作用(2),高速緩存延遲寫 高速緩存提前讀 主存臟頁(yè)寫 主存臟頁(yè)寫線程定期清理高速緩沖區(qū)，將不再使用的頁(yè)面寫入頁(yè)文件或映射文件，使得主存管理器有空閑頁(yè)框可用。該線程通過(guò)異步寫命令來(lái)創(chuàng)建I/O請(qǐng)求包IRP，由于IRP被標(biāo)識(shí)為不能通過(guò)高速緩存，因此，被FSD直接送交磁盤驅(qū)動(dòng)程序。 主存缺頁(yè)處理。,FSD與文件系統(tǒng)操作(2)FSD的作用(2),高速緩存延遲寫 高速緩存提前讀。 主存臟頁(yè)寫 主存缺頁(yè)處理。 應(yīng)用程序訪問(wèn)不在主存的頁(yè)面

9、時(shí)，產(chǎn)生缺頁(yè)中斷，且向文件系統(tǒng)發(fā)送I/O請(qǐng)求包IRP，完成缺頁(yè)處理。,6.6.3NTFS的實(shí)現(xiàn)層次(1),NTFS及其他文件系統(tǒng)如FAT、HPFS、POSIX等都結(jié)合在I/O管理器中，采用文件系統(tǒng)驅(qū)動(dòng)程序?qū)崿F(xiàn)。 文件系統(tǒng)的實(shí)現(xiàn)采用OO模型，文件、目錄作為對(duì)象來(lái)管理，文件對(duì)象由I/O管理器管理。 用戶和系統(tǒng)打開(kāi)文件表現(xiàn)為每個(gè)進(jìn)程一個(gè)進(jìn)程對(duì)象表及其所指向的具體文件對(duì)象。,NTFS的實(shí)現(xiàn)層次(2)NTFS及其相關(guān)組件(1),NTFS的實(shí)現(xiàn)層次(3)NTFS及其相關(guān)組件(2),日志文件服務(wù)(LFS)是為維護(hù)磁盤寫入的日志而提供服務(wù)的NTFS的部分。系統(tǒng)失敗時(shí)恢復(fù)NTFS的己格式化卷。 高速緩存管理器是

10、執(zhí)行體組件，為NTFS以及其他文件系統(tǒng)驅(qū)動(dòng)程序提供高速緩存服務(wù)。 虛擬主存管理器讓所有文件系統(tǒng)通過(guò)把高速緩存文件映射到虛擬主存，然后訪問(wèn)虛擬主存來(lái)訪問(wèn)它們。 高速緩存管理器提供了一個(gè)特定的文件系統(tǒng)接口。,NTFS數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu),6.6.4 NTFS可恢復(fù)性支持,NTFS通過(guò)日志記錄(logging)實(shí)現(xiàn)文件可恢復(fù)性。改變文件系統(tǒng)的操作在磁盤上運(yùn)行前，先被記錄在日志文件中。 當(dāng)系統(tǒng)崩潰后，NTFS根據(jù)記錄在日志中的文件操作信息，對(duì)那些部分完成的事務(wù)進(jìn)行重做或撤銷，保證磁盤上文件的一致性，這種技術(shù)稱“預(yù)寫日志記錄(write-ahead logging)”。,文件可恢復(fù)性的實(shí)現(xiàn)要點(diǎn)(1),日志文件服務(wù)L

11、FS 是一組NTFS驅(qū)動(dòng)程序內(nèi)的核心態(tài)程序，NTFS通過(guò)LFS例程來(lái)訪問(wèn)日志文件。 LFS分兩個(gè)區(qū)域：重啟動(dòng)區(qū)和無(wú)限記錄區(qū)，前者保存的信息用于失敗后的恢復(fù)，后者用于記錄日志。 NTFS不直接存取日志文件，通過(guò)LFS進(jìn)行，LFS提供：打開(kāi)、寫入、向前、向后、更新等操作。 日志記錄類型允許用戶在日志文件中寫入任何類型的記錄，更新記錄和檢查點(diǎn)記錄是支持的兩種主要類型的記錄，在系統(tǒng)恢復(fù)過(guò)程中起主要作用。,文件可恢復(fù)性的實(shí)現(xiàn)要點(diǎn)(2),可恢復(fù)性通過(guò)LFS來(lái)實(shí)現(xiàn)，恢復(fù)只針對(duì)文件系統(tǒng)的數(shù)據(jù)，不能保證用戶數(shù)據(jù)的完全恢復(fù)。 NTFS維護(hù)兩張表： 事務(wù)表； 臟頁(yè)表。 實(shí)現(xiàn)卷的恢復(fù)，要對(duì)日志文件進(jìn)行三次掃描：分析掃

12、描、重做掃描和撤銷掃描。,文件可恢復(fù)性操作步驟,1)NTFS首先調(diào)用LFS在日志文件中記錄所有改變卷結(jié)構(gòu)的事務(wù)； 2)NTFS執(zhí)行在高速緩存中的更改卷結(jié)構(gòu)的操作； 3)高速緩存管理器調(diào)用LFS把日志文件刷新到磁盤； 4)高速緩存管理器把該卷的變化(事務(wù)本身)最后被刷新到磁盤。,6.6.5NTFS安全性支持(1),NTFS卷上的每個(gè)文件和目錄在創(chuàng)建時(shí)創(chuàng)建人就被指定為擁有者，擁有者控制文件和目錄的權(quán)限設(shè)置，并能賦予其他用戶訪問(wèn)權(quán)限。,NTFS安全性支持(2),文件和目錄的安全性權(quán)限設(shè)置規(guī)則： 只有用戶在被賦予其訪問(wèn)權(quán)限或?qū)儆趽碛羞@種權(quán)限的組，才能對(duì)文件和目錄進(jìn)行訪問(wèn)。 權(quán)限是累積的，如果組A用戶對(duì)

13、一個(gè)文件擁有“寫”權(quán)限，組B用戶對(duì)該文件只有“讀“權(quán)限，而用戶C同屬兩個(gè)組，則C將獲得“寫”權(quán)限。 “拒絕訪問(wèn)”權(quán)限優(yōu)先高于其他所有權(quán)限。如果組A用戶對(duì)一個(gè)文件擁有“寫”權(quán)限，組B用戶對(duì)該文件有“拒絕訪問(wèn)”權(quán)限，那么同屬兩個(gè)組的C也不個(gè)能讀文件。 文件權(quán)限始終優(yōu)先于目錄權(quán)限,NTFS安全性支持(3),當(dāng)用戶在相應(yīng)權(quán)限的目錄中創(chuàng)建新的文件或子目錄時(shí)，創(chuàng)建的文件或子目錄繼承該目錄的權(quán)限。 創(chuàng)建文件或目錄的擁有者，總可以隨時(shí)更改對(duì)文件或子目錄的權(quán)限設(shè)置來(lái)控制其他用戶對(duì)該文件或目錄的訪問(wèn)。,NTFS安全性支持(4),NTFS的安全性支持-加密文件系統(tǒng)EFS (Encrypted File System)。 EFS加密技術(shù)是基于公共密鑰的，它用一個(gè)隨機(jī)產(chǎn)生的文件密鑰FEK(File