Chương 2: cấu trúc quản lý file và thư mục trong một đĩa logic cài đặt hệ điều hành Windows (NTFS - New Technology File System)

chịu lỗi cao, cho phép người dùng đóng một ứng dụng “chết” (not responding)

mà không làm ảnh hưởng đến những ứng dụng khác. Tuy nhiên, NTFS lại

không thích hợp với những ổ đĩa có dung lượng thấp (dưới 400 MB) và không

sử dụng được trên đĩa mềm.

-



Hệ thống file NTFS có khả năng hoạt động cao và có chức năng tự sửa chữa.

Nhờ có tính năng lưu giữ lại các thông tin xử lý, NTFS có khả năng phục hồi

file cao hơn trong những trường hợp ổ đĩa có sự cố. Nó hỗ trợ chế độ bảo mật ở

mức độ file, nén và kiểm định. Nó cũng hỗ trợ các ổ đĩa lớn và các giải pháp lưu

trữ mạnh mẽ như RAID.



-



NTFS có 5 phiên bản được phát hành:

o Phiên bản 1.0 (v1.0) với NT 3.1, phát hành giữa năm 1993

o Phiên bản 1.1 (v1.1) với NT 3.5, phát hành cuối năm 1994

o Phiên bản 1.2 (v1.2) với NT 3.51 (giữa năm 1995) và NT 4 (giữa năm 1996)

(đôi khi còn gọi là "NTFS 4.0", vì phiên bản OS là 4.0)

o Phiên bản 3.0 (v3.0) của Windows 2000 ("NTFS V5.0")

o Phiên bản 3.1 (v3.1) của Windows XP (mùa thu 2001; "NTFS V5.1"),

Windows Server 2003 (mùa xuân 2003; đôi khi còn gọi là "NTFS V5.2"),

Windows Vista (giữa năm 2005) (đôi khi còn gọi là "NTFS V6.0") và

Windows Server 2008

o V1.0 và V1.1 (và các phiên bản mới hơn) không tương thích: vì các đĩa được

ghi bằng NT 3.5x không thể đọc được bằng NT 3.1 cho đến khi một bản cập

nhật trên đĩa CD có NT 3.5x được áp dụng cho NT 3.1, bản cập nhật cũng

thêm vài hỗ trợ tên tập tin dài FAT. V1.2 hỗ trợ các tập tin nén, các dòng dữ

liệu được đặt tên, bảo mật dựa trên ACL, vân vân. V3.0 thêm vào cấp hạn

ngạch cho đĩa, mã hóa, tập tin rải, các điểm phân tích kiểm tra, bản ghi số

thứ tự cập nhật (USN - update sequence number), các tập tin và thư mục

$Extend, và tổ chức lại ký hiệu bảo mật để nhiều tập tin sử dụng cùng thiết

lập bảo mật có thể chia sẻ cùng một ký hiệu. V3.1 mở rộng danh sách Bảng

tập tin gốc (MFT - Master File Table) với số ghi MFT dư (có ích cho việc

khôi mục các tập tin MFT bị hư hỏng).



-



Windows Vista đưa vào sử dụng NTFS giao tác, các liên kết biểu tượng NTFS,

phân vùng thu hẹp và chức năng tự sửa chữa, mặc dù những tính năng này dùng

nhiều hơn để bổ sung chức năng của hệ điều hành hơn là cho bản thân hệ thống

tập tin.

23



-



Chức năng mới quan trọng nhất của NTFS là khả năng mã hóa file và folder để

bảo vệ các dữ liệu nhạy cảm của người dùng máy tính. Đáng tiếc là NTFS và

FAT không tương thích nhau. Hậu quả là chỉ có các hệ điều hành Windows

NT/2000/ XP mới “nhìn” thấy các ổ đĩa được định dạng với hệ thống file NTFS.

Trong khi đó, tính tương thích giữa các phiên bản NTFS cao hơn. Tuy có hệ

thống file NTFS 1.1, Windows NT SP4 trở lên (với driver NTFS.SYS mới) có

thể truy xuất các ổ đĩa NTFS 5.0 (nhưng dĩ nhiên là không khai thác được các

chức năng của NTFS 5.0). Trong Windows 2000 có chức năng tự động chuyển

đổi các file NTFS cũ thành NTFS 5.0.



-



Để nhận biết một đĩa cứng đã sử dụng NTFS hay chưa bạn nhất nút phải chuột

vào biểu tượng một ổ đĩa đó trong My Computer rồi chọn chọn properties . Nếu

thấy tham số Type là NTFS là đúng



-



Và để chuyển FAT thành NTFS file system thì có thể làm như sau:

Ở

Windows

XP,

click

Start,

click

Run,

gõ

cmd

.

cmd: convert [driveletter]: /FS:NTFS.



-



Hoặc ta có thể dùng 1 số chương trình trong đĩa hiren boot để chuyển từ FAT

sang NTFS lưu ý cách này dễ làm mất dữ liệu trong ổ cứng.



2.2. Cơ bản về NTFS

2.2.1. Cấu trúc tập tin và Volume của NTFS

-



NTFS sử dụng những khái niệm sau : Sector, cluster, volume



-



Cluster là đơn vị định vị cơ bản trong NTFS. Kích thước tập tin tối đa trong

NTFS là 2 cluster, tương đương 2 bytes. Sự tương ứng giữa kích thước volume

và cluster như hình sau :

32



48



Hình 7:Windows NTFS Partition và kích thước cluster.

-



Cấu trúc volume của NTFS :

24



Hình 8:Tổng quan volume NTFS.

-



Bao gồm bốn vùng. Vùng thứ nhất là các sector khởi động của partition (có thể

đến 16 sectors) bao gồm các thông tin về cấu trúc của volume, cấu trúc của hệ

thống tập tin cũng như những thông tin và mã nguồn khởi động. Vùng tiếp theo

là bảng Master File (MFT) lưu các thông tin về tất cả tập tin và thư mục trên

volume NTFS này cũng như thông tin về các vùng trống. Sau vùng MFT là

vùng các tập tin hệ thống có kích khoảng 1Mb bao gồm :



-



MFT2 : bản sao của MFT



-



Log file : thông tin về các giao tác dùng cho việc phục hồi.



-



Cluster bitmap : biểu diễn thông tin lưu trữ của các cluster



-



Bảng định nghĩa thuộc tính : định nghĩa các kiểu thuộc tính hỗ trợ cho volume

đó.



-



MFT được tổ chức thành nhiều dòng. Mỗi dòng mô tả cho một tập tin hoặc một

thư mục trên volume. Nếu kích thước tập tin nhỏ thì toàn bộ nội dung của tập tin

được lưu trong dòng này. mỗi dòng cũng lưu những thuộc tính cho tập tin hay

thư mục mà nó quản lý.



Hình 9:Các kiểu thuộc tính của tập tin và thư mục của Windows NTFS.

25



2.2.2. Partition Boot Sector

-



Với những phân vùng được định dạng theo kiểu NTFS đều có một Boot Sector

riêng của nó. PBS có chức năng quản lý và lưu trữ các thông tin về phân vùng

đó, nó tương tự về mặt khái niệm với Master Boot Record nhưng khác ở chỗ là

MBR là của cả đĩa so với PBS là cho 1 phân vùng. PBS còn được gọi là Volume

Boot Record, nó bao gồm:

o Disk Parameter Block là 1 bảng lưu trữ các dữ liệu riêng của mỗi phân vùng

như kích thước, số sector trong đó,… tên phân vùng, lượng sector trên mỗi

cluster,…

o Volume Boot Code được sử dụng để load hệ điều hành nếu nằm trong phân

vùng đó. Và mã này chỉ ở Primary Partition mới có, khi đó phân vùng đó

được chọn làm phân vùng active. Với các phân vùng khác thì mã này không

bao giờ được dùng đến.



26



2.2.3. Master File Table

-



Mỗi tập tin trên ổ đĩa NTFS được đại diện bởi một bản ghi trong một tập tin

đặc biệt được gọi là bảng master file (MFT). NTFS giữ 16 bản ghi đầu tiên của

bảng thông tin đặc biệt.



-



Bản ghi đầu tiên của bảng này mô tả các tập tin bảng chủ bản thân, tiếp theo là

một bản ghi MFT nhật ký.



-



Nếu bản ghi MFT đầu tiên bị hỏng, NTFS đọc hồ sơ thứ hai để tìm tập tin MFT

nhật ký, có phần đầu tiên là giống hệt với bản ghi đầu tiên của MFT. Vị trí của

các phân đoạn dữ liệu cho cả hai MFT và các tập tin MFT nhật ký được ghi

nhận trong khu vực khởi động.



Hình 10:Minh hoạ của cấu trúc MFT.

-



Các tập tin bảng tổng phân bổ một số tiền nhất định của không gian cho mỗi bản

ghi tập tin. Các thuộc tính của một tập tin được ghi vào các không gian được

phân bổ trong MFT. tập tin nhỏ và thư mục (thường là 512 byte hoặc nhỏ hơn),

chẳng hạn như các tập tin được minh họa trong hình tiếp theo, có thể hoàn toàn

được chứa trong các bảng ghi file master.

27



Hình 11: MTF ghi một tệp nhỏ hoặc danh mục.

-



Thiết kế này làm cho truy cập tập tin rất nhanh. Xem xét ví dụ hệ thống tập tin

FAT, trong đó sử dụng một bảng phân bổ tập tin liệt kê tên và địa chỉ của từng

file. FAT mục thư mục chứa một chỉ số vào bảng phân bổ file.



-



Khi bạn muốn xem một tập tin, FAT đầu tiên đọc bảng phân bổ tập tin và đảm

bảo rằng nó tồn tại. Sau đó FAT lấy các tập tin bằng cách tìm kiếm các chuỗi

các đơn vị phân bổ giao cho các tập tin. Với NTFS, ngay sau khi bạn tìm kiếm

các tập tin, nó có cho bạn để sử dụng.



-



Hồ sơ thư mục được đặt trong bảng master file giống như ghi file. Thay vào đó

các dữ liệu, thư mục chứa thông tin chỉ số.



-



Hồ sơ thư mục nhỏ nằm hoàn toàn bên trong cấu trúc MFT. các thư mục lớn

được tổ chức thành B-cây, có hồ sơ với các con trỏ đến các cụm từ bên ngoài

có chứa mục thư mục mà không thể được chứa trong các cấu trúc MFT.



2.2.4. File Types - Các loại file NTFS

2.2.4.1.



Thuộc tính của file NTFS (Attributes)



-



Hệ thống file NTFS nhìn nhận mỗi file (thư mục) dưới góc độ các thuộc tính

của file.



-



Khi các thuộc tính của file có thể đặt vào bản ghi file MFT (MFT file record),

chúng được gọi là thuộc tính thường trú. Nếu ko đủ chỗ thì một trong số các

thuộc tính đó sẽ được lưu trữ ra bên ngoài (ngoại trú).



-



Một số thuộc tính thường gặp như: thông tin chuẩn, danh sách thuộc tính, tên

file, dữ liệu, …

2.2.4.2.



-



File hệ thống NTFS (System File)



NTFS bao gồm một số file hệ thống, tất cả chúng đều được ẩn đi trong phân

vùng NTFS. Hệ thống file được xác định trên phân vùng ổ đĩa thông qua tiện

ích Format.



28



-



Một số file hệ thống: Master file table, master file table 2, log file, bad cluster

file,….

2.2.4.3.



File nén NTFS (Compressed Files)



-



Cơ chế giải nén và giải nén xảy ra một cách tự động khi một file được đọc hoặc

ghi. Khi làm việc với file nén, hệ thống sẽ xin cấp phát trước một không gian

nhớ trên đĩa tương ứng kích thước file sau khi giải nén. Sau đó, hệ thống sẽ trả

lại phần không gian nhớ không được sử dụng tới.



-



Thuật toán nén trong NTFS được xây dựng nhằm hỗ trợ cho cluster có kích

thước lên tới 4kB. Khi kích thước của cluster vượt quá 4kB trên phân vùng

NTFS, sẽ không xảy ra cơ chế nén.



-



Mỗi luồng dữ liệu NTFS bao hàm thông tin cho biết những phần nào của luồng

được nén. Những bộ đệm của cơ chế nén (compressed buffers) được nhận biết

thông qua các “hố” (hole) ngay sau chúng trong thông tin lưu trữ cho luồng.

Nếu có hố, NTFS sẽ tự động giải nén bộ đệm có trước để lấp đầy hố.

2.2.4.4.



Hệ thống file mã hóa (EFS - Encrypting File System)



-



Với NTFS, sự mã hóa là hoàn toàn vô hình với người sử dụng mặc dù chính họ

là những người mã hóa file; hệ thống sẽ tự động giải mã hoặc mã hóa file (thư

mục) khi người dùng truy cập đến nó. Những người không có quyền truy cập sẽ

nhận được một tin nhắn thông báo “Access denied” nếu như họ cố tình truy cập

các file và thư mục đó. - Toàn bộ quá trình mã hóa và giải mã đều được thực

hiện trong kernel mode, loại trừ được rủi ro từ việc bỏ xót lại khóa trong trang

nhớ, từ nơi mà nó có thể được lấy ra.



-



Ngoài ra EFS cung cấp cơ chế phục hồi dữ liệu.

2.2.4.5.



File rải rác NTFS - Sparse Files



-



File rải rác là file mà dữ liệu của nó nằm trên 2 hay nhiều đoạn tách rời nhau

trên phân vùng.



-



Các kênh truy cập NTFS đọc các thao tác trong file rải rác bằng việc trả lại dữ

liệu định vị và dữ liệu rải rác. Việc đọc file rải rác như dữ liệu định vị và dải dữ

liệu mà không phải truy lục đến toàn bộ dữ liệu là hoàn toàn có thể, mặc dù

thông thường hệ thống NTFS trả lại toàn bộ dữ liệu.



29



2.2.5. Đặc tính của NTFS

1

-



Multiple Data Stream – Đa luồng dữ liệu NTFS



NTFS hỗ trợ luồng đa dữ liệu tại nơi mà tên luồng nhận diện ra một thuộc tính

dữ liệu mới trên file. VD như 1 file exe vừa có thuộc tính hoạt động, vừa có

thuộc tính dữ liệu để sao chép và được sử dụng cả 2 thuộc tính cùng lúc.

2.2.5.1.



-



Khi bạn xóa một tập tin, nội dung của nó sẽ không mất hẳn mà vẫn được duy trì

trên các phương tiện lưu trữ. Chỉ có điều là những không gian lưu trữ này đã

được đánh dấu “tự do”, cho phép máy tính có thể ghi những thông tin khác lên

đó.

2.2.5.2.



-



Recovery – Phục hồi dữ liệu



Security – Bảo vệ



Trước khi quá trình truy cập đến một vài đối tượng, bao gồm cả đối tượng file,

hệ thống an ninh của Windows sẽ kiểm tra lại quá trình có phù hợp với những

quyền hạn được phép không. Nhãn bảo mật, kết hợp với yêu cầu truy cập hệ

thống của người dùng và mật mã nhận dạng, đảm bảo không có quá trình nào

truy cập được vào file trừ khi có được những quyền hạn cụ thể từ người quản trị

hệ thống hay chủ sở hữu file.

2.2.5.3.



Defragment – Phân mảnh



-



NTFS có khả năng tối ưu hóa việc sắp xếp các file trên đĩa mà ko làm vụn file.

Mặc dù nó tạo ra nỗ lực giữ các file liền kề nhau, nhưng các file trên 1 phân

vùng vẫn có thể trở thành rời rạc theo thời gian, đặc biệt là khi bị hạn chế về

không gian đĩa trống.



-



Từ Windows XP trở lên, vẫn còn hạn chế của sự cài đặt khả năng chống phân

mảnh trong NTFS là những file lưu trữ địa chỉ và file nhật ký NTFS không thể

được nối liền.



Hình 12:Phân mảnh tập tin và tập tin tiếp giáp.

30



TÀI LIỆU THAM KHẢO



[1] Trần Hạnh Nhi, Hoàng Kiếm, Giáo trình hệ điều hành.

[2] http://www.ntfs.com/

[3] https://vi.wikipedia.org/wiki/Boot_sector/



31