关于ＮＴＦＳ文件系统的几个问题

张　博　陈　瑜

[摘要]在计算机维护过程中,经常会将硬盘分区格式化。针对目前的操作系统,要求格式成NTFS。然而在实际使用中,主要会遇到FAT32与NTFS的相互转换以及丢失或删除文件的回复等问题。所以针对NTFS文件系统所提出得相应问题做好解释,最终的目的是为了实现系统的安全性。

[关键词]NTFS FAT32 磁盘管理 簇 转换 属性

中图分类号:TP3文献标识码:A文章编号:1671-7597(2009)0920062-02

一、什么是NTFS

NTFS(New Technology File System)是Windows NT操作环境和Windows NT高级服务器网络操作系统环境的文件系统,目前最常见的三种文件系统有:FAT16、FAT32和NTFS。

(一)FAT

FAT(File Allocation Table)是“文件分配表”。其意义在于对硬盘分区的管理。

Windows 98开始使用FAT32文件系统。FAT32使用较小的簇,可以支持大到2TB的分区。FAT32尽可能不改动现有的Windows体系结构、内部数据结构、应用程序编程接口(API)和磁盘上的格式。然而,因为现在需要4字节来存储簇值,所以许多内部的和磁盘上的数据结构以及发布的API都作了修改或扩展。现有工具和驱动程序在FAT32驱动器上应能够继续正常运行。但是,MS-DOS块设备驱动程序和磁盘工具需要经过修改才能支持FAT32驱动器。

(二)NTFS

NTFS是Windows NT内核的系列操作系统支持的、一个特别为网络和磁盘配额、文件加密等管理安全特性设计的磁盘格式,提供长文件名、数据保护和恢复,能通过目录和文件许可实现安全性,并支持跨越分区。

NTFS文件系统所具备3个功能:错误预警功能、磁盘自我修复功能和日志功能:

错误预警功能:在NTFS分区中,如果MFT所在的磁盘扇区恰好出现损坏,NTFS文件系统会比较智能地将MFT换到硬盘的其他扇区,保证了文件系统的正常使用,也就是保证了系统的正常运行。而FAT16和FAT32的FAT则只能固定在分区引导扇区的后面,一旦遇到扇区损坏,那么整个文件系统就要瘫痪。

磁盘自我修复功能:NTFS可以对硬盘上的逻辑错误和物理错误进行自动侦测和修复。在每次读写时,它都会检查扇区正确与否。当读取时发现错误,NTFS会报告这个错误;当向磁盘写文件时发现错误,NTFS会换一个完好位置存储数据。

日志功能:在NTFS文件系统中,任何操作都可以被看成是一个“事件”。事件日志一直监督着整个操作,当它在目标地,发现了完整文件,就会标记“已完成”。假如复制中途断电,事件日志中就不会记录“已完成”,NTFS可以在来电后重新完成刚才的事件。

二、NTFS怎样管理磁盘

除了储存用户的文件和目录数据外,NTFS将一些用于磁盘管理的数据也储存在文件中,当初始化一个NTFS磁盘时,NTFS将创建元数据文件。

(一)MFT

主控文件表MFT映射了磁盘上所有文件和目录,包括NTFS的元数据文件。MFT以记录为单位进行划分,其本身也是一个由NTFS用MFT中的记录映射的文件。这样的结构使MFT很容易扩展,使NTFS能很有效率地追踪现存的元数据数量,来决定它们所占用的空间。

NTFS在内部使用MFT中的记录来标识文件和目录,这些记录描述了这些元数据的开始位置信息。因为MFT也是文件,当MFT变大而其它的文件使用的簇正好在它原来的结束处之后,MFT必须在磁盘中找另一处未使用的空间,这样就导致MFT文件所映射的簇的顺序不连续了。为了避免MFT碎裂,NTFS在MFT周围保留一定范围的簇不分配给其它的文件和目录,这样,在MFT需要增长时,能增加找到连续簇的机会,也能尽量少的使MFT靠近其它的数据。因此,在磁盘剩余容量较小时,MFT变得破碎的危险将会增加。

(二)MFT中的记录

NTFS使用属性储存所有的文件和目录信息。属性包括:属性表头和属性数据。表头储存属性的类型、名字和标志,记录着属性数据的位置。MFT中的记录由一个包含关于记录的基本信息的小表头和紧跟着的一些属性组成,这些属性用于描述记录所对应的文件或目录的数据或特性。

NTFS将在MFT记录里面直接储存属性数据。存储在MFT记录中的属性称为常驻属性,其它的称为非常驻属性。只有当记录表头、属性表头、属性数据都能放入一个记录时,属性才能是一个常驻属性。因此,1KB(通常的MFT记录大小)是NTFS磁盘上的属性数据长度的上限。如果属性的数据是常驻的,属性表头将指向在MFT记录中的数据的位置。由于属性和大量的数据可能跨越多个MFT记录,而运行要覆盖文件的不同的部分,而运行由多个运行项组成,一个运行项包含一个虚拟簇号(VCN),它是属性数据内部簇的顺序编号;一个逻辑簇号(LCN),它是数据储存在磁盘上的位置;以及数据在磁盘上所占用空间的连续簇的数量。如果一个文件有太多属性要填入MFT记录中,NTFS将分配附加的记录并在基本记录中储存一个属性-列表属性。属性列表指向在附加记录中的属性的位置,列表的每一项对应着一个属性。

三、FAT32与NTFS怎样互换

(一)将FAT32换为NTFS

Windows2000/XP提供了分区格式转换工具“Convert.exe”。Convert.exe是Windows 2000附带的一个DOS命令行程序,通过这个工具可以直接在不破坏FAT文件系统的前提下,将FAT转换为NTFS。先在Windows 2000环境下切换到DOS命令行窗口,在提示符下键入:D:>convert 需要转换的盘符 /FS:NTFS后回车,所有的转换将在系统重新启动后完成。

此外,你还可以使用硬盘无损分区工具Partition Magic。首先在界面中的磁盘分区列表中选择需要转换的分区。从界面按钮条中选择“Convert Partition”按钮,或者是从界面菜单条“Operations”项下拉菜单中选择“Convert”命令。激活该项功能界面。在界面中选择转换输出为“NTFS”,之后单击“OK”按钮返回程序主界面。单击界面右下角的“Apply”添加设置。此后系统会重新引导启动,并完成分区格式的转换操作。

(二)将NTFS换为FAT32

最简单的办法是使用Hard Disk Manager。选择磁盘后在分区功能菜单中选择修改按钮中的转换功能,在出现的确认页面上点击确认,然后计算机会在重新启动后开始执行转换。

四、如何在NTFS格式分区实现文件恢复

(一)原理分析

在NTFS文件系统中,在被删除的文件记录头部将产生标志字节置为00/02H,文件记录的其它属性均没有变化;对于有数据运行的文件,不改变数据运行的内容,只是将数据运行所占用的簇在元文件$Bitmap中对应的位均置为0。所以,要在NTFS文件系统下恢复数据就得:扫描主文件表MFT,查找删除文件的文件记录;通过分析文件记录,确定文件的数据区;对文件的数据区进行完整性判断;对删除文件进行恢复。所以,首先进行磁盘扫描,分析MFT中每一个文件记录,找出所有删除文件(或目录)的文件记录,重建文件删除前原有的目录关系,将文件记录的物理地址记录在数组中,供恢复时使用;然后获取BPB参数:StartClusterof $MFT,SectorsPerCluster,BytesPerSector;最后确定MFT区域,根据获取到的BPB参数,移动句柄到MFT的起始位置,然后读取第1个元文件$MFT,分析该文件记录中的数据流属性,找出MFT的所有运行。由于MFT区域存在着物理上不连续的可能性,因此,确定NTFS分区上的MFT区域,对于查找出整个磁盘上所有的删除文件十分重要。

(二)使用专用工具

常用软件有:EasyRecovery或者Final Data for NTFS和Get Data Back for NTFS。

EasyRecovery不是在原始驱动器写入,而是在内存中重建文件分区表使数据能够安全地传输到其他驱动器中,这样可以从被病毒破坏或是已经格式化的硬盘中恢复数据。能够恢复文件类型:图片、应用程序、OFFICE文档文件、网页文件、开发文档、数据备份文档。可以恢复大于8.4GB的硬盘,支持长文件名。同时,被破坏的硬盘中像丢失的引导记录、BIOS参数数据块;分区表;FAT表;引导区都可以由它来进行恢复。EasyRecovery还具有:磁盘诊断和文件修复功能。

使用方法是:先选择恢复类型;再选择分驱;然后寻找要恢复的文件,我们只能按照文件大小、修改时间、文件类型来判断;选中文件,设置恢复属性时不要选择和要恢复的文件在同一分驱;恢复完成,打开文件。

还可以使用Final Data for NTFS或者Get Data Back for NTFS。如果在文件删除后没有任何文件操作,恢复率接近100%。所以不要等到文件删除后才安装这个软件,最好是与Windows系统一起安装,并在出现文件误删除后立刻执行恢复操作,一般可以将删除的文件恢复回来。它们都可以恢复格式化删除的数据,但是低级格式化除外。常规格式化删除的只是数据信息,低级格式化则删除全部数据区。如果采用低级格式化,修复被格式化的硬盘时,只能将这个硬盘拆下来,安装到其他的计算机中,之后执行文件修复操作。Final Data可以修复由CIH病毒破坏的硬盘。

五、当系统崩溃时怎么办

当系统崩溃时只能使用Windows 2000/XP的安装光盘启动来修复Windows,或者是制作Windows 2000/XP的安装启动应急盘。注意:Windows 2000的安装盘制作程序在安装光盘中,而Windows XP的应急盘制作是独立提供的,需要从微软的网站下载。

六、结束语

在计算机维护过程中会遇到更多的问题有待解决,但是实际操作起来,有时的工作量就比较大了。只针对硬盘分区格式化所提出的问题只待从基本的维护点出发,选择相应的操作系统的同时要选择相应的软件环境,才能达到安全有效的目的。

参考文献:

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[3]王伟,文件系统FAT32与NTFS[J]科技信息(学术研究),2007,(36):549.

[4]向玉艳,微型计算机文件系统FAT32与NTFS的互换[J].硅谷,2008,(02):15.

作者简介:

张博(1978-),男,满族,陕西省宝鸡市人,毕业于长安大学,工学学士学位,长安大学机械学院硕士研究生在读,助理工程师,就职于宝鸡文理学院网络管理中心,负责校园网络系统维护,研究方向:机械电子工程;陈瑜(1979-),女,汉族,重庆市人,毕业于西安电子科技大学,工学学士,助理工程师,现就职于航天时代第九研究院710厂,华科公司,负责人力资源信息管理系统。