關于ＮＴＦＳ文件系統的幾個問題

張　博　陳　瑜

[摘要]在計算機維護過程中,經常會將硬盤分區格式化。針對目前的操作系統,要求格式成NTFS。然而在實際使用中,主要會遇到FAT32與NTFS的相互轉換以及丟失或刪除文件的回復等問題。所以針對NTFS文件系統所提出得相應問題做好解釋,最終的目的是為了實現系統的安全性。

[關鍵詞]NTFS FAT32 磁盤管理 簇 轉換 屬性

中圖分類號:TP3文獻標識碼:A文章編號:1671-7597(2009)0920062-02

一、什么是NTFS

NTFS(New Technology File System)是Windows NT操作環境和Windows NT高級服務器網絡操作系統環境的文件系統,目前最常見的三種文件系統有:FAT16、FAT32和NTFS。

(一)FAT

FAT(File Allocation Table)是“文件分配表”。其意義在于對硬盤分區的管理。

Windows 98開始使用FAT32文件系統。FAT32使用較小的簇,可以支持大到2TB的分區。FAT32盡可能不改動現有的Windows體系結構、內部數據結構、應用程序編程接口(API)和磁盤上的格式。然而,因為現在需要4字節來存儲簇值,所以許多內部的和磁盤上的數據結構以及發布的API都作了修改或擴展。現有工具和驅動程序在FAT32驅動器上應能夠繼續正常運行。但是,MS-DOS塊設備驅動程序和磁盤工具需要經過修改才能支持FAT32驅動器。

(二)NTFS

NTFS是Windows NT內核的系列操作系統支持的、一個特別為網絡和磁盤配額、文件加密等管理安全特性設計的磁盤格式,提供長文件名、數據保護和恢復,能通過目錄和文件許可實現安全性,并支持跨越分區。

NTFS文件系統所具備3個功能:錯誤預警功能、磁盤自我修復功能和日志功能:

錯誤預警功能:在NTFS分區中,如果MFT所在的磁盤扇區恰好出現損壞,NTFS文件系統會比較智能地將MFT換到硬盤的其他扇區,保證了文件系統的正常使用,也就是保證了系統的正常運行。而FAT16和FAT32的FAT則只能固定在分區引導扇區的后面,一旦遇到扇區損壞,那么整個文件系統就要癱瘓。

磁盤自我修復功能:NTFS可以對硬盤上的邏輯錯誤和物理錯誤進行自動偵測和修復。在每次讀寫時,它都會檢查扇區正確與否。當讀取時發現錯誤,NTFS會報告這個錯誤;當向磁盤寫文件時發現錯誤,NTFS會換一個完好位置存儲數據。

日志功能:在NTFS文件系統中,任何操作都可以被看成是一個“事件”。事件日志一直監督著整個操作,當它在目標地,發現了完整文件,就會標記“已完成”。假如復制中途斷電,事件日志中就不會記錄“已完成”,NTFS可以在來電后重新完成剛才的事件。

二、NTFS怎樣管理磁盤

除了儲存用戶的文件和目錄數據外,NTFS將一些用于磁盤管理的數據也儲存在文件中,當初始化一個NTFS磁盤時,NTFS將創建元數據文件。

(一)MFT

主控文件表MFT映射了磁盤上所有文件和目錄,包括NTFS的元數據文件。MFT以記錄為單位進行劃分,其本身也是一個由NTFS用MFT中的記錄映射的文件。這樣的結構使MFT很容易擴展,使NTFS能很有效率地追蹤現存的元數據數量,來決定它們所占用的空間。

NTFS在內部使用MFT中的記錄來標識文件和目錄,這些記錄描述了這些元數據的開始位置信息。因為MFT也是文件,當MFT變大而其它的文件使用的簇正好在它原來的結束處之后,MFT必須在磁盤中找另一處未使用的空間,這樣就導致MFT文件所映射的簇的順序不連續了。為了避免MFT碎裂,NTFS在MFT周圍保留一定范圍的簇不分配給其它的文件和目錄,這樣,在MFT需要增長時,能增加找到連續簇的機會,也能盡量少的使MFT靠近其它的數據。因此,在磁盤剩余容量較小時,MFT變得破碎的危險將會增加。

(二)MFT中的記錄

NTFS使用屬性儲存所有的文件和目錄信息。屬性包括:屬性表頭和屬性數據。表頭儲存屬性的類型、名字和標志,記錄著屬性數據的位置。MFT中的記錄由一個包含關于記錄的基本信息的小表頭和緊跟著的一些屬性組成,這些屬性用于描述記錄所對應的文件或目錄的數據或特性。

NTFS將在MFT記錄里面直接儲存屬性數據。存儲在MFT記錄中的屬性稱為常駐屬性,其它的稱為非常駐屬性。只有當記錄表頭、屬性表頭、屬性數據都能放入一個記錄時,屬性才能是一個常駐屬性。因此,1KB(通常的MFT記錄大小)是NTFS磁盤上的屬性數據長度的上限。如果屬性的數據是常駐的,屬性表頭將指向在MFT記錄中的數據的位置。由于屬性和大量的數據可能跨越多個MFT記錄,而運行要覆蓋文件的不同的部分,而運行由多個運行項組成,一個運行項包含一個虛擬簇號(VCN),它是屬性數據內部簇的順序編號;一個邏輯簇號(LCN),它是數據儲存在磁盤上的位置;以及數據在磁盤上所占用空間的連續簇的數量。如果一個文件有太多屬性要填入MFT記錄中,NTFS將分配附加的記錄并在基本記錄中儲存一個屬性-列表屬性。屬性列表指向在附加記錄中的屬性的位置,列表的每一項對應著一個屬性。

三、FAT32與NTFS怎樣互換

(一)將FAT32換為NTFS

Windows2000/XP提供了分區格式轉換工具“Convert.exe”。Convert.exe是Windows 2000附帶的一個DOS命令行程序,通過這個工具可以直接在不破壞FAT文件系統的前提下,將FAT轉換為NTFS。先在Windows 2000環境下切換到DOS命令行窗口,在提示符下鍵入:D:>convert 需要轉換的盤符 /FS:NTFS后回車,所有的轉換將在系統重新啟動后完成。

此外,你還可以使用硬盤無損分區工具Partition Magic。首先在界面中的磁盤分區列表中選擇需要轉換的分區。從界面按鈕條中選擇“Convert Partition”按鈕,或者是從界面菜單條“Operations”項下拉菜單中選擇“Convert”命令。激活該項功能界面。在界面中選擇轉換輸出為“NTFS”,之后單擊“OK”按鈕返回程序主界面。單擊界面右下角的“Apply”添加設置。此后系統會重新引導啟動,并完成分區格式的轉換操作。

(二)將NTFS換為FAT32

最簡單的辦法是使用Hard Disk Manager。選擇磁盤后在分區功能菜單中選擇修改按鈕中的轉換功能,在出現的確認頁面上點擊確認,然后計算機會在重新啟動后開始執行轉換。

四、如何在NTFS格式分區實現文件恢復

(一)原理分析

在NTFS文件系統中,在被刪除的文件記錄頭部將產生標志字節置為00/02H,文件記錄的其它屬性均沒有變化;對于有數據運行的文件,不改變數據運行的內容,只是將數據運行所占用的簇在元文件$Bitmap中對應的位均置為0。所以,要在NTFS文件系統下恢復數據就得:掃描主文件表MFT,查找刪除文件的文件記錄;通過分析文件記錄,確定文件的數據區;對文件的數據區進行完整性判斷;對刪除文件進行恢復。所以,首先進行磁盤掃描,分析MFT中每一個文件記錄,找出所有刪除文件(或目錄)的文件記錄,重建文件刪除前原有的目錄關系,將文件記錄的物理地址記錄在數組中,供恢復時使用;然后獲取BPB參數:StartClusterof $MFT,SectorsPerCluster,BytesPerSector;最后確定MFT區域,根據獲取到的BPB參數,移動句柄到MFT的起始位置,然后讀取第1個元文件$MFT,分析該文件記錄中的數據流屬性,找出MFT的所有運行。由于MFT區域存在著物理上不連續的可能性,因此,確定NTFS分區上的MFT區域,對于查找出整個磁盤上所有的刪除文件十分重要。

(二)使用專用工具

常用軟件有:EasyRecovery或者Final Data for NTFS和Get Data Back for NTFS。

EasyRecovery不是在原始驅動器寫入,而是在內存中重建文件分區表使數據能夠安全地傳輸到其他驅動器中,這樣可以從被病毒破壞或是已經格式化的硬盤中恢復數據。能夠恢復文件類型:圖片、應用程序、OFFICE文檔文件、網頁文件、開發文檔、數據備份文檔。可以恢復大于8.4GB的硬盤,支持長文件名。同時,被破壞的硬盤中像丟失的引導記錄、BIOS參數數據塊;分區表;FAT表;引導區都可以由它來進行恢復。EasyRecovery還具有:磁盤診斷和文件修復功能。

使用方法是:先選擇恢復類型;再選擇分驅;然后尋找要恢復的文件,我們只能按照文件大小、修改時間、文件類型來判斷;選中文件,設置恢復屬性時不要選擇和要恢復的文件在同一分驅;恢復完成,打開文件。

還可以使用Final Data for NTFS或者Get Data Back for NTFS。如果在文件刪除后沒有任何文件操作,恢復率接近100%。所以不要等到文件刪除后才安裝這個軟件,最好是與Windows系統一起安裝,并在出現文件誤刪除后立刻執行恢復操作,一般可以將刪除的文件恢復回來。它們都可以恢復格式化刪除的數據,但是低級格式化除外。常規格式化刪除的只是數據信息,低級格式化則刪除全部數據區。如果采用低級格式化,修復被格式化的硬盤時,只能將這個硬盤拆下來,安裝到其他的計算機中,之后執行文件修復操作。Final Data可以修復由CIH病毒破壞的硬盤。

五、當系統崩潰時怎么辦

當系統崩潰時只能使用Windows 2000/XP的安裝光盤啟動來修復Windows,或者是制作Windows 2000/XP的安裝啟動應急盤。注意:Windows 2000的安裝盤制作程序在安裝光盤中,而Windows XP的應急盤制作是獨立提供的,需要從微軟的網站下載。

六、結束語

在計算機維護過程中會遇到更多的問題有待解決,但是實際操作起來,有時的工作量就比較大了。只針對硬盤分區格式化所提出的問題只待從基本的維護點出發,選擇相應的操作系統的同時要選擇相應的軟件環境,才能達到安全有效的目的。

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作者簡介:

張博(1978-),男,滿族,陜西省寶雞市人,畢業于長安大學,工學學士學位,長安大學機械學院碩士研究生在讀,助理工程師,就職于寶雞文理學院網絡管理中心,負責校園網絡系統維護,研究方向:機械電子工程;陳瑜(1979-),女,漢族,重慶市人,畢業于西安電子科技大學,工學學士,助理工程師,現就職于航天時代第九研究院710廠,華科公司,負責人力資源信息管理系統。