单击此处编辑母版标题样式,单击此处编辑母版文本样式,第二级,第三级,第四级,第五级,*,6.6实例,研究,：,Windows 2000/XP,文件系统,6.6.1,Windows 2000/XP,文件系统概述,6.6.2,Windows2000/XP,文件系统模型和,FSD,体系结构,6.6.3,NTFS,文件系统驱动程序,6.6.4,NTFS,在磁盘上的结构,6.6.5,NTFS,的,实现机制,6.6.6,NTFS,可恢复性支持,6.6.7,NTFS,安全性支持,6.7.1,Windows 2000/XP,文件系统概述,Windows 2000/XP,支持传统的,FAT12、FAT16、FAT32,文件系统,Windows 2000/XP,支持：只读光盘,CDFS、,通用磁盘格式,UDF、,高性能,HPFS,等文件系统Windows NT,提供一个全新的文件系统,NTFS(New Technology File System)NTFS,具有的特性,可恢复性：,安全性：,文件加密：,数据冗余和容错：,大磁盘和大文件：,数据流：,通用的索引机制：,基于,Unicode,的文件名：,动态添加卷磁盘空间：,动态坏簇重映射：,磁盘配额：,稀疏文件：,压缩技术：,分布式链接跟踪：,POSIX,支持,：,6.6.,2,Windows2000/XP,文件系统模型和,FSD,体系结构,Windows,文件系统模型(1),I/O API,过滤驱动程序,文件系统驱动程序,中间驱动程序,过滤驱动程序,过滤驱动程序,设备驱动程序,HAL,物理设备,I/O,管理器,NT,执行体,文件系统驱动程序,1本地,FSD(1),应用程序接口,I/O,管理器,文件系统驱动程序,存储设备驱动,物理磁盘,用户态,核心态,物理设备,本地,FSD(2),本地,FSD,包括：,Ntfs,.sys，,Fastfat,.sys，,Udfs,.sys，,CDfs,.sys,和,Raw FSD,等。
本地,FSD,负责,向,I/O,管理器注册自己，当开始访问卷时，,I/O,管理器将调用,FSD,来进行卷识别本地,FSD(3),本地,FSD,还创建一个设备对象表示所装载的文件系统本地,FSD,用高速缓存管理器来缓存文件系统数据，它与内存管理器一起实现内存文件映射本地,FSD,还支持文件系统卸载操作2.远程,FSD(1),应用程序,I/O,管理器,远程,FSD,(,重定向器),客户端,本地,FSD,远程,FSD,(,服务器),存储设备驱动,物理磁盘,核心态,用户态,核心态,用户态,服务器端,远程,FSD(2),远程,FSD,有两部分组成：客户端,FSD,和服务器端,FSD前者允许应用程序访问远程文件和目录，客户端,FSD,接收来自应用程序的,I/O,请求，转换为网络文件系统协议命令，再通过网络发送给服务器端,FSD服务器端,FSD,监听网络命令，接收网络文件系统协议命令，并转交给本地,FSD,去执行3,FSD,与文件系统操作(1),FSD,的作用(1),缺页事件,管理器,脏页写,虚拟内存管理器,延迟写,提前读,缓存管理器,文件系统,驱动程序,存储设备,驱动程序,缺页中断,NtCreateSection,(),NtRead,File(),NtWriteFile,(),IRP,IoPageRead,File(),IoAsynchronous,PageWrite,(),CcCopyRead,(),CcCopyWrite,(),FastIoRead,(),FastIoWrite,(),非,缓存页面,I/O,MmCreateSection,(),MmFlushSection,(),FSD,与文件系统操作(2),FSD,的作用(2),高速缓存延迟,写,高速缓存提前读。
内存脏页写,内存缺页处理6.6.3,NTFS,的实现层次(1),NTFS,及其他文件系统如,FAT、HPFS、POSIX,等都结合在,I/O,管理器中，采用文件系统驱动程序实现文件系统的实现采用,OO,模型，文件、目录作为对象来管理，文件对象由,I/O,管理器管理用户和系统打开文件表现为每个进程一个进程对象表及其所指向的具体文件对象NTFS,的实现层次(2),NTFS,及其相关组件(1),I/O,管理器,NTFS,驱动程序,容错驱动程序,磁盘驱动程序,日志文件服务,高速缓存管理器,虚拟内存管理器,纪录事务,读写文件,把数据,从磁盘,加载到,内存,写高速缓存,访问映射的文件或转存高速缓存,转存日,志文件,读写镜像或带区的卷,读写,磁盘,NTFS,数据结构,对象管理器数据结构,句柄表,进程,文件对象,文件对象,NTFS,数据库,（磁盘上的结构）,主控,文件表,NTFS,数据结构,（用来管理磁盘的内存结构）,数据属性,用户定义属性,文件,控制块,流控,制块,6.6.4,NTFS,在磁盘上的结构(1),NTFS,卷中存放的所有数据都包含在一个,NTFS,元数据文件中，包括定位和恢复文件的数据结构、引导程序数据和记录整个卷分配状态的位图。
物理磁盘可以组织成一个或多个卷卷与磁盘逻辑分区有关，由一个或多个簇组成，随着,NTFS,格式化磁盘或磁盘的一部分而创建，其中镜像卷和容错卷可能跨越多个磁盘NTFS,在磁盘上的结构(2),NTFS,的基本分配单位是簇，它包含整数个物理扇区；而扇区是磁盘中最小的物理存储单位扇区通常存放512个字节，,但,NTFS,并不认识扇区簇的大小可由格式化命令或格式化程序按磁盘容量和应用需求来确定，可以为512,B、1KB、2KB、,最大可达64,KBNTFS,在磁盘上的结构(3),NTFS,使用逻辑簇,号,LCN,和虚拟簇号,VLN,来定位簇LCN,是对整个卷中的所有簇从头到尾进行编号；,VCN,则对特定文件的簇从头到尾进行编号，以方便引用文件中的数据簇的大小乘,以,LCN，,就可以算出卷上的物理字节偏移量，得到物理盘块地址,VCN,可以映射,成,LCN，,不要求物理上连续主控文件表,MFT(1),MFT,是,NTFS,卷结构的中心使用文件记录数组来实现NTFS,忽略簇的大小，每个文件记录的大小被固定为,1,KB当,NTFS,首次访问某个卷时，必须“装配”该卷，会查看引导文件，找到,MFT,的物理磁盘地址。
MFT,自己的文件记录是表中的第一项；第二个文件记录指向位于磁盘中间的称作“,MFT,镜像”的文件，该文件包含有,MFT,前面几行的副本主控文件表,MFT(2),MFT,中,NTFS,元数据文件的文件记录,MFT($,Mft,)/*,记录卷中所有文件的所有属性,MFT,副本($,MftMirr,)/*MFT,表前9行的副本,日志文件($,Logfile,)/*,记录影响卷结构操作，系统恢复用,卷文件($,Volume)/*,卷名，卷的,NTFS,版本等信息,属性定义表($,AttrDef,)/*,定义卷的属性类型，如可恢复性,根目录($/)/*存放根目录内容,位图文件($,Bitmap)/*,盘空间位图，每位一簇,引导文件($,Boot)/*Win2000/XP,引导程序,坏簇文件($,BadClus,)/*,记录磁盘坏道,安全文件($,Secure)/*,存储卷的安全性描述数据库,用户文件和目录,大写文件($,UpCase,)/*,包含大小写字符转换表,扩展元数据目录($,Ext.metadata Directory),主控文件,表,MFT(3),NTFS,把卷的分配状态记录在位图文件(,bitmap file),中，它们中的每一位代表卷中的一簇，标识该簇是空闲的还是已被分配给了一个文件。
NTFS,和,FAT,文件系统的文件名长度在255个字符以内文件名可以包括,Unicode,字符、空格和多个句点并可以映射到,DOS,和,POSIX,的名字空间6.6.5,NTFS,的实现机制,1 文件引用号,NTFS,卷上的每个文件都有一个64位的唯一标识，称文件引用号（,File Reference Number）它由两部分组成：一是文件号，二是文件顺序号文件号为48位，对应于该文件在,MFT,中的位置2.文件命名,NTFS,路径名中的每个文件名/目录名的长度可达255个字节，可以包含,Unicode,字符，多个空格及句点MS-DOS,文件系统文件名POSIX,子系统文件名3 文件属性,NTFS,将文件作为属性/属性值的集合来处理，,文件数据是未命名属性的值，,其他文件属性包括文件名、文件拥有者、文件时间标记等属性流,每个属性由单个流组成(简单的字符队列)NTFS,并不对文件进行操作，而只是对属性流的读写NTFS,提供对属性流的操作包括：创建、删除、读取以及写入读写操作是针对文件的未命名属性的，对已命名的属性则可通过已命名的数据流句法来进行操作常驻属性,小文件的所有属性值存在,MFT,的文件记录中。
当属性值能直接存放在,MFT,中时，该属性就称为常驻属性标准信息 文件名 文件数据,小文件的,MFT,记录,非常驻属性(1),大文件或大目录的所有属性，不可能都常驻在,MFT,中如果一个属性太大而不能存放在只有1,KB,的,MFT,文件记录中，,NTFS,将从,MFT,之外分配区域这些区域称为一个扩展（,extent），,它们可用来存储属性值，如文件数据值存储在扩展中而不是在,MFT,文件记录中的属性称为非常驻属性非常驻属性(2),存储在两个扩展中的非常驻属性,数据,标准信息 文件名,HPFS,扩展属性,数据,数据,非常驻数据属性,VCN-LCN,编号,标准信息 文件名 数据,数 据,0 1 2 3,1278 1279 1280 1281,数 据,4 5 6 7,1300 1301 1302 1303,VCN,LCN,非常驻数据属性,VCN-LCN,映射,标准信息 文件名 开始,VCN,开始,LCN,簇数,数 据,0 1 2 3,1278 1279 1280 1281,数 据,4 5 6 7,1300 1301 1302 1303,VCN,LCN,0 1278 4,4 1300 4,4 文件目录(1),NTFS,系统中，文件目录仅仅是文件名的一个索引。
NTFS,使用了一种特殊的方式把文件名组织起来，以便于快速访问当创建一个目录时,，,NTFS,必须,对目录中的文件名属性进行索引文件目录(2),文件索引,标准信息 文件名 空,文件1 文件2 文件3,小目录的,MFT,记录,文件目录(3),大目录的,MFT,记录,索引根,标准信息文件名,索引分配 位图,文件1 文件2,文件4 文件5 文件6,索引缓冲区,文件3 文件7,6.6.6,NTFS,可恢复性支持,NTFS,通过日志记录(,logging),实现文件的可恢复性改变文件系统的子操作在磁盘上运行前，先被记录在日志文件中当系统崩溃后，,NTFS,根据记录在日志中的文件操作信息，对那些部分完成的事务进行重做或撤销，保证磁盘上文件的一致性，这种技术称“预写日志记录(,write-ahead logging)”文件可恢复性的实现要点(1),日志文件服务,LFS,是一组,NTFS,驱动程序内的核心态程序,，,NTFS,通过,LFS,例程来访问日志文件LFS,分两个区域：重启动区和无限记录区，前者保存的信息用于失败后的恢复，后者用于记录日志NTFS,不直接存取日志文件，而是通过,LFS,进行，,LFS,提供了包括：打开、写入、向前、向后、更新等操作。
文件可恢复性的实现要点(2),日志记录类型允许用户在日志文件中写入任何类型的记录，更新记录和检查点记录是支持的两种主要类型的记录，在系统恢复过程中起主要作用更新记录检查点记录文件可恢复性的实现要点(3),可恢复性通过,LFS,来实现，恢复只针对文件系统的数据，不能保证用户数据的完全恢复NTFS,维护两张表：,事务表；,脏页。
