windows操作系統(tǒng)之文件管理課件

windows文件管理windows文件管理1文件系統(tǒng)在windows系統(tǒng)中，文件管理是通過目錄來完成的，而目錄又是建立在分區(qū)或卷的基礎(chǔ)上。操作系統(tǒng)中與文件和目錄相關(guān)的子系統(tǒng)稱為文件系統(tǒng)。文件系統(tǒng)在windows系統(tǒng)中，文件管理是通過目錄來完成的，2windows文件系統(tǒng)模型windows文件系統(tǒng)模型3windows文件系統(tǒng)模型解析HAL：硬件抽象層，是將操作系統(tǒng)的其余部分表示為抽象的硬件設(shè)備，特別是去除了真正硬件所富含的瑕疵和特質(zhì)。這些設(shè)備表現(xiàn)為操作系統(tǒng)的其它部分和設(shè)備可以使用的獨(dú)立于機(jī)器的服務(wù)的形式（函數(shù)調(diào)用和宏）。設(shè)備驅(qū)動程序：位于I/O管理器的最底層，直接對I/O設(shè)備進(jìn)行操作。中間驅(qū)動程序：與低層設(shè)備驅(qū)動程序一起提供增強(qiáng)功能。例如，當(dāng)發(fā)現(xiàn)I/O失敗，設(shè)備驅(qū)動程序可能簡單地返回出錯(cuò)信息，而中間驅(qū)動程序卻可能在收到出錯(cuò)信息后，向設(shè)備驅(qū)動程序發(fā)出再試請求。文件驅(qū)動程序（FSD）：擴(kuò)展低層驅(qū)動程序的功能，以實(shí)現(xiàn)特定的文件系統(tǒng)，如NTFS。windows文件系統(tǒng)模型解析HAL：硬件抽象層，是將操作4windows文件系統(tǒng)模型解析過濾驅(qū)動程序：可以位于設(shè)備驅(qū)動程序和中間驅(qū)動程序之間，也可以位于中間驅(qū)動程序與文件系統(tǒng)驅(qū)動程序之間，還可以位于文件系統(tǒng)驅(qū)動程序與I/O管理器API之間。例如，一個(gè)網(wǎng)絡(luò)重定向過濾驅(qū)動程序可以截取有關(guān)對遠(yuǎn)程文件的操作，并重定向到遠(yuǎn)程文件服務(wù)器上。windows文件系統(tǒng)模型解析過濾驅(qū)動程序：可以位于設(shè)備驅(qū)5本地FSD本地FSD6本地FSD本地FSD負(fù)責(zé)向I/O管理器注冊自己，當(dāng)開始訪問某個(gè)卷時(shí)，I/O管理器將調(diào)用FSD來進(jìn)行卷識別。當(dāng)完成卷識別后本地FSD還創(chuàng)建一個(gè)設(shè)備對象以表示所裝載的文件系統(tǒng)。I/O管理器也通過卷參數(shù)塊為由存儲器所創(chuàng)建的卷設(shè)備對象和由FSD所創(chuàng)建的設(shè)備對象之間進(jìn)行連接，該VPB連接將I/O管理器的有關(guān)卷的I/O請求轉(zhuǎn)交給FSD設(shè)備對象。本地FSD常用高速緩存管理器來緩存文件系統(tǒng)的數(shù)據(jù)以提高性能，他與內(nèi)存管理器一起實(shí)現(xiàn)內(nèi)存文件的映射。本地FSD還支持文件系統(tǒng)卸載操作，以便提供對卷的直接訪問。本地FSD本地FSD負(fù)責(zé)向I/O管理器注冊自己，當(dāng)開始訪問某7遠(yuǎn)程FSD遠(yuǎn)程FSD8遠(yuǎn)程FSD遠(yuǎn)程FSD由兩部分組成：客戶端FSD和服務(wù)器端FSD。前者允許應(yīng)用程序訪問遠(yuǎn)程的文件和目錄，客戶端FSD首先接收來自應(yīng)用程序的I/O請求，接著轉(zhuǎn)換為網(wǎng)絡(luò)文件系統(tǒng)協(xié)議命令，再通過網(wǎng)絡(luò)發(fā)送到服務(wù)器端的FSD。服務(wù)器端FSD監(jiān)聽網(wǎng)絡(luò)命令，接收網(wǎng)絡(luò)文件系統(tǒng)協(xié)議命令，并轉(zhuǎn)交給本地FSD去執(zhí)行。在這里重定向器通過端口/小端口驅(qū)動程序的組合實(shí)現(xiàn)。而重定向器與服務(wù)器的通信則通過通用互聯(lián)網(wǎng)文件系統(tǒng)協(xié)議進(jìn)行。遠(yuǎn)程FSD遠(yuǎn)程FSD由兩部分組成：客戶端FSD和服務(wù)器端FS9FSD與文件系統(tǒng)操作FSD與文件系統(tǒng)操作10FSD與文件系統(tǒng)操作顯式文件I/O：應(yīng)用程序通過Win32I/O函數(shù)如CreateFile、ReadFile和WriteFile等來訪問文件。高速緩存延遲寫：高速緩存管理器的延遲寫線程定期對高速緩存中已被修改過的頁面進(jìn)行寫操作。高速緩存提前讀：高速緩存管理器的提前讀線程負(fù)責(zé)提前讀數(shù)據(jù)，提前讀線程通過分析已做的讀操作來決定提前讀多少，它依賴于缺頁中斷來完成這一任務(wù)。內(nèi)存臟頁寫：內(nèi)存臟頁寫線程定期清洗緩沖區(qū)。FSD與文件系統(tǒng)操作顯式文件I/O：應(yīng)用程序通過Win3211文件系統(tǒng)CDFS:1988為CDROM介質(zhì)的只讀光盤所制定的標(biāo)準(zhǔn)格式。其特點(diǎn)如下：文件和目錄名的長度必須少于32個(gè)字符；目錄樹的深度不能超過八層。UDF：通用磁盤格式，其優(yōu)點(diǎn)如下：文件名可長達(dá)255個(gè)字符；最大路徑長度為1023個(gè)字符；文件名區(qū)分大小寫文件系統(tǒng)CDFS:1988為CDROM介質(zhì)的只讀光盤所制定的12文件系統(tǒng)FAT中簇項(xiàng)值的意義文件系統(tǒng)13簇號鏈簇號鏈14NTFSNTFS的特點(diǎn)：1.可恢復(fù)性NTFS基于原子事務(wù)的概念實(shí)現(xiàn)文件系統(tǒng)的可恢復(fù)性2.安全性NTFS可以指定誰能訪問哪些文件夾和目錄及對它進(jìn)行什么操作3.數(shù)據(jù)冗余和容錯(cuò)4.基于Unicode字符號來存儲文件、目錄和卷名稱5.通用索引機(jī)制可以索引文件屬性，從而大大提高了文件管理的效率NTFSNTFS的特點(diǎn)：15NTFS6.動態(tài)壞簇重映射即具有熱修復(fù)重定向功能，將受損簇的信息寫入其他簇，并標(biāo)記壞簇地址，以防止以后再使用它。7.POSIX（可移植操作系統(tǒng)接口）支持8.文件壓縮9.日志記錄通過監(jiān)視卷上文件或目錄的改變，實(shí)現(xiàn)文件的可恢復(fù)性10.磁盤限額11.硬鏈接硬鏈接允許從多個(gè)路徑來指向同一文件和目錄。NTFS6.動態(tài)壞簇重映射16NTFS12.加密NTFS提供了一個(gè)EFS工具對數(shù)據(jù)進(jìn)行加密和解密13.碎片整理14.多數(shù)據(jù)流文件的實(shí)際內(nèi)容被當(dāng)作字符流進(jìn)行處理。在NTFS中可以為一個(gè)文件定義多個(gè)數(shù)據(jù)流，文件的屬性，包括文件名、文件的擁有者、文件的時(shí)間標(biāo)記。文件的內(nèi)容等都可以作為一個(gè)數(shù)據(jù)流來存儲。NTFS12.加密17NTFS的文件驅(qū)動程序NTFS的文件驅(qū)動程序18日志文件服務(wù)是NTFS為保證磁盤讀寫操作的安全性所提供的一組服務(wù)。日志文件服務(wù)寫的日志文件在系統(tǒng)發(fā)生崩潰時(shí)用來恢復(fù)NTFS格式卷高速緩存管理器提供NTFS系統(tǒng)范圍的高速緩沖服務(wù)和其他的文件系統(tǒng)驅(qū)動程序，通過將高速緩沖文件映射到系統(tǒng)地址空間來訪問他們，然后訪問虛擬內(nèi)存。高速緩沖管理器通過使用延遲書寫器調(diào)用內(nèi)存管理器，將高速緩存區(qū)的內(nèi)容刷新到磁盤。NTFS通過跟蹤一些指針從文件對象獲得磁盤上文件的、位置。如下圖，一個(gè)文件對象代表對于打開文件系統(tǒng)服務(wù)的單一調(diào)用，它指向調(diào)用程序試圖去讀或?qū)懙奈募傩缘牧骺刂茐K，在下圖中進(jìn)程已經(jīng)打開了文件無名的數(shù)據(jù)屬性，又打日志文件服務(wù)是NTFS為保證磁盤讀寫操作的安全19開了文件已命名的流。SCB代表單個(gè)文件屬性，并包含關(guān)于在文件中如何找到具體屬性的信息，一個(gè)文件的所有SCB指向一個(gè)被稱為文件控制塊的通用數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)，文件控制塊包含一個(gè)指向基于磁盤的主控文件表的文件記錄指針。NTFS通過該指針獲得文件的訪問權(quán)限。開了文件已命名的流。SCB代表單個(gè)文件屬性，并包含關(guān)于20NTFS數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)NTFS數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)21NTFS的卷和簇NTFS是以卷為基礎(chǔ)，而卷是建立在磁盤分區(qū)上的。當(dāng)以NTFS格式來格式化分區(qū)時(shí)就創(chuàng)建了NTFS卷。分區(qū)包括基本分區(qū)和擴(kuò)展分區(qū)，擴(kuò)展分區(qū)可由邏輯分區(qū)組成。分區(qū)的主要目的是初始化磁盤，以便格式化和存儲數(shù)據(jù)，磁盤可以有一個(gè)或多個(gè)卷。NTFS獨(dú)立地處理每個(gè)卷。在NTFS卷上，簇的大小或者簇因子是當(dāng)用戶用格式化命令或磁盤管理程序MMC插件格式化卷時(shí)建立的，默認(rèn)簇的因子隨著卷的大小不同而改變，但他是物理扇區(qū)的整數(shù)倍，總是2的冪次。NTFS通過邏輯簇號指定磁盤上的物理位置，LCN是所有的簇從開始到結(jié)尾的簡單編號。當(dāng)磁盤驅(qū)動程序接口需要時(shí)，NTFS的卷和簇NTFS是以卷為基礎(chǔ)，而卷是建立在磁盤分區(qū)上22為了將LCN轉(zhuǎn)換為一個(gè)物理磁盤地址，NTFS用簇因子乘以LCN獲得卷上的物理字節(jié)偏移量。NTFS用虛擬簇號引用文件數(shù)據(jù)，VCN對于基于特定文件的簇從0~n進(jìn)行編碼，VCN在物理上不必是連續(xù)的，然而他們可以被映射問卷上的任意LCN編碼。為了將LCN轉(zhuǎn)換為一個(gè)物理磁盤地址，NTFS用簇因子乘23NTFS卷上的文件NTFS卷上的文件24windows操作系統(tǒng)之文件管理課件25NTFS如何通過MFT訪問卷？首先，當(dāng)NTFS訪問某個(gè)卷時(shí)，它必須，“裝載”該卷：NTFS會查看引導(dǎo)文件，找到MFT的物理磁盤地址，然它就從文件記錄的數(shù)據(jù)屬性中獲得VCN到LCN的映射信息，并存儲在內(nèi)存中。這個(gè)映射信息定位了MFT的運(yùn)行(run或extent)在磁盤上的位置。接著，NTFS再打開幾個(gè)元數(shù)據(jù)文件的MFT記錄并打開這些文件。如有必要NTFS開始執(zhí)行它的文件系統(tǒng)恢復(fù)操作。最后，NTFS打開剩余的元數(shù)據(jù)文件后，用戶就可以開始訪問該卷了。NTFS如何通過MFT訪問卷？26由于MFT中的前16個(gè)元數(shù)據(jù)文件記錄非常重要，因此為了防止丟失NTFS系統(tǒng)在該卷上的文件存儲區(qū)的中央保留了前16個(gè)元數(shù)據(jù)文件記錄如下圖由于MFT中的前16個(gè)元數(shù)據(jù)文件記錄非常重要，因27文件引用號

NTFS卷上的每個(gè)文件都有一個(gè)64位稱為文件引用號的唯一標(biāo)識，文件引用號由兩部分組成：一是文件號，二是文件順序號。文件號為48位(bit)，對應(yīng)于該文件在MFT中的位置。文件順序號隨著每次文件記錄的重用而增加，這是為了讓NTFS進(jìn)行內(nèi)部一致件檢查而設(shè)計(jì)的。文件屬性NTFS將文件作為屬性屬性值的集合來處理，這一點(diǎn)與其他文件系統(tǒng)不一樣。文件屬性分為常駐屬性和非常駐屬性。當(dāng)屬性值能直接存放在MFT中時(shí)，則屬性稱為常駐屬性，非常駐屬性屬性流的存放不在主文件夾中。文件引用號28如果屬性值能真接存放在MFT中，那NTFS對它的訪問時(shí)間就將大大縮短，NTFS只要訪問磁盤一次．就可立即獲得數(shù)據(jù)；而不必像FAT文件系統(tǒng)那樣、先在FAT表中查找文件、再讀出連續(xù)分配的單元，最店找到文件的數(shù)據(jù)。

小文件或小目錄的所有屬性，均可以在MFT中常駐，小文件的未命名屬件可以包括所有文件數(shù)據(jù)，小目錄的索引根屬性可以包括其中所有文件和子目錄的索引。如果屬性值能真接存放在MFT中，那NTFS對它的29大文件或大目錄的所有屬性．就不可能都常駐在MFT，因?yàn)镸FT中的每個(gè)文件記錄只有1KB大小。因此，NTFS將在文件存存儲區(qū)中分配區(qū)域，這些區(qū)域稱之為一個(gè)運(yùn)行(run)或一個(gè)盤區(qū)(extent)，它們可用來存儲屬件值．如文件數(shù)據(jù)當(dāng)屬性再增加時(shí)．NTFS將會再分配一個(gè)運(yùn)行、以便用來存儲額外的數(shù)據(jù)。只存儲在運(yùn)行中的屬性稱為非常駐屬性。在標(biāo)準(zhǔn)屬性中，只有可增長的屬性才是非常駐的，對文、件來說，可增長的屬性有數(shù)據(jù)和屬性列表。一定要注意的是標(biāo)準(zhǔn)信息和文件名屬性總是常駐的大文件或大目錄的所有屬性．就不可能都常駐在MFT，因?yàn)?0索引在NTFS系統(tǒng)中，文件目錄僅僅是文件名的一個(gè)索引。NTFS使用了一種特殊的方式把文件名組織起來．以便于快速訪問。當(dāng)創(chuàng)建一個(gè)日錄時(shí)、NTFS必須對目錄中的文件名屬性進(jìn)行索引。一個(gè)目錄的MFT記錄將目錄中的文件名利子目錄名進(jìn)行排序，并保存在索引根屬性中。然而，對于一個(gè)大目錄，文件名實(shí)際存儲在組織文件名的固定4KB大小的索引緩沖區(qū)中。索引緩沖區(qū)是通過B+樹數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)實(shí)現(xiàn)的，B+樹是平衡樹的一種，對于存儲在磁盤上的數(shù)據(jù)來說．平衡樹是一種理想的索引在NTFS系統(tǒng)中，文件目錄僅僅是文件名的一個(gè)索引。NTF31分類組織形式，因此使查找一個(gè)項(xiàng)時(shí)所需的磁盤訪問次數(shù)減到最少，根索引屬性包含B+樹的第一級(根子目錄)并指向包含下一級(大多數(shù)是子目錄，也可能是文件)的索引緩沖區(qū)索引中的每一項(xiàng)還包括了位于MFT中的描述文件所在位置的文件引用以及文件時(shí)間和文件大小等情息。NTFS根據(jù)文件的MFT記錄來復(fù)制時(shí)間標(biāo)記和文件大小信息。這種技術(shù)需要將更新信息寫在兩個(gè)地方，因此比較麻煩。但是，這仍是一個(gè)提高目錄瀏覽速度的好方法，岡為它可以在文件系統(tǒng)不打開目錄中仟何文件的情況下顯示每個(gè)文件的時(shí)間標(biāo)記和大小。索引分配屬件包含了索引緩沖區(qū)的VCN到LCN映射．而位圖屬性跟蹤在索引緩沖區(qū)中哪些VCN是在使用而哪些是空閑的，每個(gè)文件項(xiàng)占有一個(gè)VCN，而實(shí)際上多個(gè)文件項(xiàng)被包裝在同一個(gè)簇中，每個(gè)4KB大小的索引緩沖區(qū)可以容納20到30個(gè)文件項(xiàng)。分類組織形式，因此使查找一個(gè)項(xiàng)時(shí)所需的磁盤訪問次數(shù)減32數(shù)據(jù)壓縮數(shù)據(jù)壓縮是NTFS文件系統(tǒng)的一個(gè)重要特征。雖然FAT文件系統(tǒng)也支持?jǐn)?shù)據(jù)壓縮．但是NTFS壓縮功能可以對單個(gè)文件、整個(gè)目錄或NTFS卷上的整個(gè)目錄樹進(jìn)行壓縮(NTFS壓縮只在用戶數(shù)據(jù)上進(jìn)行，而不能在文件系統(tǒng)元數(shù)據(jù)上進(jìn)行)。數(shù)據(jù)壓縮可以減少磁盤使用空間．但是由于每次解壓縮需要大量的數(shù)據(jù)運(yùn)算，所以使用壓縮功能將會導(dǎo)致NTFS卷的性能下降。例如要拷貝一個(gè)壓縮文件．其過程是：解壓縮、拷貝、重新對拷貝的文件進(jìn)行壓縮．這些都大大增加了CPU的處理時(shí)間。數(shù)據(jù)壓縮數(shù)據(jù)壓縮是NTFS文件系統(tǒng)的一個(gè)重要特征。雖然FAT33可恢復(fù)性支持NTFS通過日志記錄來實(shí)現(xiàn)文件系統(tǒng)的可恢復(fù)性。所有改變文件系統(tǒng)的子操作在磁盤上運(yùn)行以前，首先被記錄在日志文件中。在系統(tǒng)崩潰后的恢復(fù)階段，NTFS根據(jù)記錄在日志文件中的文件操作信息，對那些部分完成的事務(wù)進(jìn)行重做或是撤銷，從而保證了磁盤上文件系統(tǒng)的一致性。這種技術(shù)稱為“預(yù)寫日志記錄”NTFS不會直接從日志文件中讀取記錄而是通過LFS來讀寫記錄的LFS提供了許多操作來處理日志文件、包括打開、寫入、向前、向后、更新等。以下是NTFS為實(shí)現(xiàn)卷的可恢復(fù)性而執(zhí)行的操作步驟：可恢復(fù)性支持NTFS通過日志記錄來實(shí)現(xiàn)文件系統(tǒng)的可恢復(fù)性。所341)NTFS首先調(diào)用LFS在日志文件中記錄所有改變卷結(jié)構(gòu)的事務(wù)2)NTFS執(zhí)行在高速緩存中的更改卷結(jié)構(gòu)的操作3)高速緩存管理器調(diào)用LFS將日志文件刷新到磁盤4)完成上一步之后、卷更改(事務(wù)本身)最后被刷新到磁盤上嚴(yán)格執(zhí)行這些操作步驟就保證了即使文件系統(tǒng)的最終修改是不成功的、通過日志文件也能恢復(fù)相應(yīng)的事務(wù)。重新引導(dǎo)系統(tǒng)以后．當(dāng)?shù)谝淮问褂镁頃r(shí)，文件系統(tǒng)的恢復(fù)工作就自動開始，如此就保證了無論何時(shí)發(fā)生意外。N