Προσομοίωση του Συστήματος Αρχείων NTFS Πτυχιακή εργασία Αδάμου Θανάση Επιβλέπων Καθηγητής Σπυρίδων Καζαρλής Νοέμβριος 2005

Συστήματα αρχείων Το μέσο που χρησιμοποιούν τα σύγχρονα Λειτουργικά Συστήματα για επέμβαση στα αποθηκευτικά μέσα. Σε παλιότερα ΛΣ είχαν συστήματα αρχείων αφού δεν «έτρεχαν» αποθηκευτικά μέσα.

Συστήματα αρχείων Η υλοποίηση των συστημάτων αρχείων γίνεται με ρουτίνες συστήματος και περιλαμβάνουν διεργασίες χειρισμού των αρχείων και καταλόγων του σκληρού δίσκου (αντιγραφή, μετακίνηση, αλλαγή δικαιωμάτων κ.λ.π.). Το σύστημα αρχείων πρέπει να χαρακτηρίζονται από αξιοπιστία, ταχύτητα, αποδοτικότητα στη χρήση χώρου του δίσκου, ασφάλεια (με ευέλικτο τρόπο), ανάκαμψη από σφάλματα.

Γνωστά Συστήματα Αρχείων FAT 12 (δισκέτες) FAT 16 (DOS) FAT 32 (Windows) NTFS (Windows) EXT-2, EXT-3 (UNIX) HPFS (OS-2) HFS (Macintosh)

Συστήματα Αρχείων Συνεχόμενη διάταξη Διάταξη συνδεδεμένης λίστας (FAT12/FAT16/FAT32) Ανάπτυξη προγράμματος προσομοίωσης του NTFS Ανάπτυξη προγράμματος προσομοίωσης του NTFS (Κάθε λέξη αντιπροσωπεύει ένα block από cluster)

Συστήματα Αρχείων Διάταξη με δείκτη Διάταξη με i-κόμβους (i-node) (UNIX) (Κάθε λέξη αντιπροσωπεύει ένα block από cluster) Ανάπτυξηπρογράμματοςπροσομοίωσηςτου NTFS 1:5 2:0 3:4 4:1 5:2 Πίνακας: Block cluster δίσκου: Ανάπτυξηπρογράμματοςπροσομοίωσηςτου NTFS Δ Δ Δ Δ Δ i-κόμβος: Block cluster δίσκου:

Ιστορικό του NTFS Αξιοπιστία Ασφάλεια και έλεγχος εισόδου Ξεπερνώντας τον περιορισμό μεγέθους Ικανότητα αποθήκευσης Μεγαλύτερα ονόματα αρχείων Δίκτυα Συνεργασία Microsoft – IBM (αρχές ’90) Σκοπός της συνεργασίας η δημιουργία συστήματος αρχείων με τα ακόλουθα χαρακτηριστικά.

Οι εκδόσεις του NTFS 1993: Version 1.0 (Windows NT 3.1) 1996: Version 1.1 / 4.0 (Windows NT 4) 2000: Version 3.0 / 5.0 (Windows 2000) 2001: Version 3.1 / 5.1 (Windows XP)

Χαρακτηριστικά NTFS Η χωρητικότητα των δίσκων (περίπου 16 exabytes!!!) Μέγεθος cluster: >512 bytes, όχι μεγαλύτερο από 4kB. Ταξινόμηση των καταλόγων με χρήση B-trees. Επιτρέπει την διαχείριση πολύ μεγάλων καταλόγων με την χρήση δεικτών κατά την αποθήκευση (Indexing). Συμπίεση δεδομένων, αρχείων, ή δίσκου. Όχι για cluster μεγαλύτερο από 4kB. Όταν τελειώσει ο χώρος από ένα partition του δίσκου, μπορεί να αλλάξει το μέγεθος αυτού του partition. Αυτό το πραγματοποιεί δυναμικά και χωρίς απώλεια δεδομένων.

Χαρακτηριστικά NTFS Δικαιώματα ασφάλειας και άδειες Κληρονομικότητα στα δικαιώματα ενός καταλόγου Χρήση πίνακα BitMap για την κατάσταση των cluster Αναφορά cluster ως «bad» Oνόματα αρχείων μέχρι 255 χαρακτήρες Unicode 16-bit, για περισσότερες δυνατότητες Συνεργασία με Macintosh, προσομοιώνοντας το HFS.

Επιπλέον χαρακτηριστικά του NTFS 3.1 / 5.1 Σημεία νέας ανάλυσης (Reparse points) Χρονικό USN (USN journal) Κρυπτογράφηση (Encryption) Όρια δίσκου (Disk Quotas) Κατακερματισμένα αρχεία (Sparse files)

Ο MFT Αρχείο Μετα- Δεδομένων Όνομα Αρχείου Εγγραφή MFT Περιγραφή Master File Table (MFT) $Mft0Περιέχει βασικές πληροφορίες για το ίδιο το MFT. Master File Table 2 $MftMirr1Αντίγραφο της πρώτης εγγραφής του MFT Log file$LogFile2 Περιέχει μία λίστα από βήματα που χρησιμοποιεί το NTFS για ανάκτηση του συστήματος σε περίπτωσης αστοχίας του συστήματος. Volume$Volume3Περιέχει πληροφορίες του δίσκου. Attribute definitions $AttrDef4Πίνακας που περιέχει ορισμούς τον χαρακτηριστικών. Root file name index $5Είναι ο δείκτης προς τον ριζικό κατάλογο. Cluster bitmap$Bitmap6 Δείχνει ποια cluster χρησιμοποιούνται και ποια είναι διαθέσιμα. Boot sector$Boot7Περιέχει τον Αρχικό Τομέα του Δίσκου ή δείκτη προς αυτόν. Bad cluster file$BadClus8 Περιέχει μία λίστα με τα BAD cluster του δίσκου (δηλαδή όσα έχουν εντοπιστεί ότι παρουσιάζουν σφάλματα). Security file$Secure9Περιέχει δικαιώματα χρήσης όλων των αρχείων του δίσκου Upcase table$Upcase10 Περιέχει πληροφορίες μετατροπής των ονομάτων των αρχείων σε Unicode (16-bit). NTFS extension file $Extend11 Περιέχει από νέες λειτουργίες του NTFS (Quota, Reparse Point κ.α.) 12–15Ο χώρος αυτός έχει δεσμευτεί για μελλοντική χρήση

Το MFT στο δίσκο Περιοχή για αρχεία Αντίγραφο της πρώτης εγγραφής του MFT Το MFT Η ζώνη MFT.

Αποθήκευση αρχείων Μικρά αρχεία HSIFNSD Data H (Header) – Κεφαλίδα SI (Standard Information) – Σταθερά χαρακτηριστικά που έχει κάθε αρχείο FN (File Name) – Τα χαρακτηριστικά με το όνομα του αρχείου Data – Δεδομένα του αρχείου SD (Security Descriptor) – Χαρακτηριστικά για την ασφάλεια του αρχείου

Αποθήκευση αρχείων H (Header) – Κεφαλίδα SI (Standard Information) – Σταθερά χαρακτηριστικά που έχει κάθε αρχείο FN (File Name) – Τα χαρακτηριστικά με το όνομα του αρχείου Data – Δεδομένα του αρχείου SD (Security Descriptor) – Χαρακτηριστικά για την ασφάλεια του αρχείου Μεγάλα αρχεία HSIFNSD Data Data Run

Αποθήκευση αρχείων Πολύ μεγάλα αρχεία Data Run H Data HSIEA SD FN 2η εγγραφή MFT 1η εγγραφή MFT H (Header) – Κεφαλίδα SI (Standard Information) – Σταθερά χαρακτηριστικά που έχει κάθε αρχείο FN (File Name) – Τα χαρακτηριστικά με το όνομα του αρχείου Data – Δεδομένα του αρχείου SD (Security Descriptor) – Χαρακτηριστικά για την ασφάλεια του αρχείου EA (External Attribute) – Δείκτης προς εξωτερικά χαρακτηριστικά

Αποθήκευση αρχείων H (Header) – Κεφαλίδα SI (Standard Information) – Σταθερά χαρακτηριστικά που έχει κάθε αρχείο FN (File Name) – Τα χαρακτηριστικά με το όνομα του αρχείου Data – Δεδομένα του αρχείου SD (Security Descriptor) – Χαρακτηριστικά για την ασφάλεια του αρχείου EA (External Attribute) – Δείκτης προς εξωτερικά χαρακτηριστικά Data Run H Data HSIEA SD FN 2η εγγραφή MFT Data Run H Data 3η εγγραφή MFT 1η εγγραφή MFT Πάρα πολύ μεγάλα αρχεία

To “πρόσωπο” του προγράμματος

και τώρα… η ώρα της προσομοίωσης.