NTFS 文件系统概念

以文件为单位进行管理

NTFS文件系统除过引导扇区,剩余的所有东西都是以文件的形式进行管理。

以簇为单的管理

NTFS文件系统与FAT文件系统一样,也是用簇为基本单位对磁盘空间和文件存储进行管理的。

逻辑簇号(LCN)

LCN是对卷的第一个簇到最后一个簇进行编号,只要知道LCN号和簇的大小以及NTFS卷在物理磁盘中的起始扇区就可以对簇进行定位,而这些信息在NTFS卷的引导扇区中可以找到,在系统底层也是用这种方法对文件的簇进行定位的。找到簇在磁盘中的物理位置的计算公式是:
簇的起始绝对扇区号 = 每簇扇区数*簇号+卷的隐含扇区数(卷之前的扇区总数)

虚拟簇号(VCN)

虚拟簇号则是将特定文件的簇从头到尾进行编号,这样做的原因是方便系统对文件中的数据进行引用,VCN并不要求在物理上是连续的,要确定VCN的磁盘上的定位需先将其转换为LCN。

元数据

NTFS文件系统的主文件表中记录了一些非常重要的系统数据,这些数据被称为元数据文件,简称为“元文件”,其中包括了用于文件定位和恢复数据结构、引导程序数据及整个卷的分配位图等信息。
NTFS文件系统将这些数据都当做文件进行管理,这些文件用户是不能访问的,它们的文件名的第一个字符都是“$”,表示该文件是隐藏的。在NTFS文件系统中这样的文件主要有16个,包括MFT本身($MFT)、MFT镜像、日志文件、卷文件、属性定义表、根目录、位图文件、引导文件、坏簇文件、安全文件、大写文件、扩展元数据文件、重解析点文件、变更日志文件、配额管理文件、对象ID文件等,这16个元数据文件总是占据着MFT的前16项纪录,在16项以后就是用户建立的文件和文件夹的记录了。
每个文件记录在主文件表中占据的磁盘空间一般为1KB,也就是两个扇区,NTFS文件系统分配给主文件表的区域大约占据了磁盘空间的12.5%,剩余的磁盘空间用来存放其他元文件和用户的文件。
$MFT中前16个文件记录总是元文件的记录,并且这16个文件记录的顺序是固定的,下面对这16个记录简单做一个介绍:

  • 第1个记录就是$MFT自身的记录,也就是说$MFT首先对自己进行管理。
  • 第2个记录是$MFTMirr的记录,也就是$MFT前4个文件记录的镜像。
  • 第3个记录是日志文件($LogFile)的记录,该文件是NTFS为实现可恢复性和安全性而设计的。当系统运行时,NTFS就会在日志文件中记录所有影响NTFS卷结构的操作,包括文件的创建和改变目录结构的命令,从而可在系统失败时能够恢复NTFS卷。
  • 第4个记录是卷文件($Volume)的记录,它包含卷名、NTFS的版本和一个标明该磁盘是否损坏的标志位,NTFS文件系统以此决定是否需要调用Chkdsk程序来进行修复。
  • 第5个记录是属性定义表($AttrDe,attribute definition table)的记录,其中存放着卷所支持的所有文件属性,并指出它们是否可以被索引和恢复等。
  • 第6个记录是根目录($ROOT)的记录,其中保存着该卷根目录下的所有文件和目录的索引。在访问一个文件后,NTFS就保留该文件的MFT引用,第二次就能够直接访问该文件。
  • 第7个记录是位图文件($Bitmap)的记录,NTFS卷的簇使用情况都保存在这个位图文件中,其中每一位(bit)代表卷中的一簇,标识该簇的空间还是已分配。由于该文件可以很容易被扩大,所以,NTFS的卷可以很方便地动态扩大,而FAT格式的文件系统由于涉及FAT表的变化,所以不能随意对分区大小进行调整。
  • 第8个记录是引导文件($Boot)的记录,该文件中存放着操作系统的引导程序代码。该文件必须位于特定的磁盘位置才能够正确地引导系统,一般都是位于卷的最前面。
  • 第9个记录是坏簇文件($BadClus)的记录,它记录着该卷中所有损坏的簇号,防止系统对其进行分配使用。
  • 第10个记录是安全文件($Secure)的记录,它存储着整个卷的安全描述符数据库。NTFS文件和目录都有各自的安全描述符,为节省空间,NTFS将文件和目录的相同描述符存放在此公共文件中。
  • 第11个记录为大写文件($UpCase,upper case file)的记录,该文件包含一个大小写字符转换表。
  • 第12个记录是扩展元数据目录($Extended metadata directory)的记录。
  • 第13个记录是重解析点文件($Extend$Reparse)的记录。
  • 第14个记录是变更日志文件($Extend$UsnJrnl)的记录。
  • 第15个记录是配额管理文件($Extend$Quota)的记录。
  • 第16个记录是对象ID文件($Extend$ObjId)的记录。
  • 第17—23记录是系统保留的记录,暂时不用,用于将来扩展。
  • 第24个记录开始存放用户文件的记录。
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