سیستم‌ فایل NTFS New Technology File System

سیستم‌ فایل NTFS New Technology File System
سیستم‌فایل FAT احتمالاً قدیمی‌ترین و اصلی‌ترین سیستم‌فایلی است که توسط سیستم‌عامل‌های شرکت مایکروسافت مورد استفاده قرار گرفته ولی با این وجود معایب اساسی در آن وجود دارد که از این معایب می‌توان به سرعت دسترسی پایین در درایوهای با ظرفیت بالا و عدم امنیت بالای اطلاعاتی اشاره نمود. برای رفع این مشکلات شرکت مایکروسافت بر روی سیستم‌عامل‌های سری NT خود سیستم‌فایل جدیدی به نام (NTFS (New Technology File System یا سیستم فایل NT را ارائه کرد. سیستم NTFS ترکیبی از کارایی، انعطاف‌پذیری و توانایی که در سیستم FAT وجود ندارد، را داراست.
از مزایای اصلی این سیستم‌فایل، سرعت بسیار زیاد دسترسی به اطلاعات حتی در ظرفیت های بالای دیسک می‌باشد. همچنین در NTFS به علت امکان تعریف سطوح مختلف دسترسی برای کاربران، امنیت اطلاعاتی بسیار بیشتر بوده و علاوه بر این، به خاطر ثابت نبودن مکان ذخیره سازی اطلاعات سیستمی، امکان از بین رفتن کل اطلاعات درون یک درایو NTFS از میان برداشته شده است. مجموعه این مزایا موجب شده که NTFS سیستم‌فایل بسیار مناسبی خصوصاً برای کامپیوترهای سرویس‌دهنده (server) باشد.
عیب اصلی در سیستم NTFS عدم پشتیبانی از آن در ویندوزهای سری ۹X می باشد زیرا این سیستم‌فایل برای سیستم‌عامل‌های سری NT ( مثلاً ویندوزهای NT۴، ۲۰۰۰، XP و .NET ) که همگی سیستم‌های شبکه‌ای هستند، طراحی گردیده است. نسخه جدید از این سیستم, موسوم به NTFS۵ از Windows۲۰۰۰ به بعد عرضه شده است.
● اساس NTFS
این سیستم‌فایل مکانیسم ساده و بسیار کارآمدی دارد. به بیان ساده, هرگونه اطلاعات روی درایوی با سیستم NTFS به صورت فایل ذخیره می‌گردد و تمامی اطلاعات درون یک فایل, صفات فایل (attribute) هستند. از صفت نام فایل گرفته تا صفت داده‌ها (data attribute) , صفات امنیتی (security attribute) و غیره. در NTFS هر سکتور حتماً متعلق به یک فایل می‌باشد, حتی سکتورهای اطلاعات خود سیستم‌فایل (system metadata) نیز درون فایل‌هایی ذخیره می‌شوند که این مسئله از تفاوت‌های اصلی NTFS با سیستم FAT است و موجب شده که اطلاعات سیستمی سیستم‌فایل در مکان ثابت و از پیش تعیین‌شده‌ای روی دیسک ذخیره نگردند.
از مهمترین عوامل برتری NTFS نسبت به سایر سیستم‌های فایل، سرعت و امنیت بیشتر داده‌ها می‌باشد.
همان طور که مشاهده کردید, صفات یک فایل در NTFS بسیار گسترده‌تر از صفات فایل در سیستم FAT می‌باشند و به طور دقیق, تمامی ماهیت یک فایل اعم از نام, زمان, سطح‌دسترسی و حتی داده‌های درون فایل در NTFS به عنوان صفات آن فایل محسوب می‌شوند.
وقتی که درایوی را با سیستم‌فایل NTFS فرمت می‌کنید, یک‌سری فایل‌های سیستمی (system file) و یک جدول فایل اصلی (MFT یا Master File Table ) در آن ایجاد می‌گردد. MFT اولین فایل روی درایو بوده و شامل اطلاعات تمامی شاخه‌ها و فایل‌های درایو می‌باشد. ساختارکلی یک درایو NTFS به صورت‌زیر است:
● سکتور راه‌انداز (Partition boot sector):
در NTFS بر خلاف سیستم FAT, طول قطاع راه‌انداز لزوماً یک سکتور نیست بلکه ۱۶ سکتور ابتدایی درایو برای boot sector اختصاص می‌یابند. اطلاعات درون بوت سکتور شامل کُد راه‌انداز (bootstrap code که در زمان بوت‌کردن سیستم به‌کمک این درایو, استفاده می‌شود), نام و شماره نسخه سیستم‌فایل و بلاک پارامترهای بایاس (BPB یا BIOS Parameter Block ) می‌باشند. BPB شامل مشخصات مورد نیاز برای دسترسی سطح پایین به اطلاعات درایو است که از این مشخصات می‌توان به: تعداد بایت در هر سکتور, تعداد سکتورهای هر خوشه یا کلاستر, معرف نوع رسانه, تعداد سکتورهای هر شیار, شماره کلاستر شروع MFT و کپی آن, تعداد کلاسترهای هر بلاک شاخص و ... اشاره کرد.
همان‌طور که گفته شد, به علت ذخیره اطلاعات سیستمی درون فایل‌های معمولی, مکان ذخیره‌سازی این اطلاعات روی درایو, ثابت نمی‌باشد. به همین دلیل در هنگام راه‌اندازی کامپیوتر برنامه‌ای به نام NT loader (NTldr ) توسط سیستم‌عامل به اجرا درمی‌آید که این برنامه به کمک BPB مکان قرارگرفتن فایل MFT را مشخص کرده و آن را لود می‌نماید. برای امنیت بیشتر, یک نسخه پشتیبان از بوت سکتور در نقطه منطقی مرکز درایی ایجاد می‌گردد.
در یک درایو NTFS برای هر کاربر می‌توان سطح دسترسی تعیین نمود. در این حالت هر کاربر در سطح مجاز خود حق دسترسی به درایو را دارد.
● جدول فایل اصلی (MFT یا Master File Table):
هر فایل درون یک درایو NTFS , با یک رکورد درون فایل ویژه‌ای به نام MFT مشخص می‌شود. به بیان ساده, MFT جدولی است شامل اطلاعات تمامی فایل‌ها و شاخه‌های درون درایو. ۱۶ رکورد اول MFT برای اطلاعات ویژه سیستم‌فایل رزرو شده‌اند. رکورد اول, شرح و توضیح خود فایل MFT است که از آن برای دسترسی به MFT استفاده می‌گردد و رکورد دوم, اطلاعات فایل کپی MFT (MFT mirror ) را شامل می‌شود. چنان‌چه رکورد اول نسخه اصلی MFT آسیب ببیند, سیستم NTFS, کپی MFT را پیدا کرده و اطلاعات MFT اصلی را از رکورد اول نسخه کپی به‌دست می‌آورد. آدرس شروع نسخه اصلی و کپی MFT در سکتور راه‌انداز قرار دارد.
هر رکورد درون MFT حداکثر به اندازه حدود ۱۵۰۰ بایت می‌تواند طول داشته باشد که در این فضای رکورد, صفات یک فایل مثل نام و پسوند, زمان, داده‌ها و ... وارد می‌شوند. تمامی اطلاعات فایل‌ها و شاخه‌های کوچک معمولاً در تک رکورد مربوط به خودشان به‌طور کامل جای می‌گیرند. چنان‌چه تمامی صفات فایل درون رکورد مربوطه‌اش در MFT جای نگیرد, بقیه اطلاعات در کلاسترهایی در خارج از MFT ذخیره می‌شوند. نمونه‌ای از رکوردهای MFT در شکل پایین صفحه دیده می‌شود.
یک شاخه در NTFS همانند فایل‌ها با یک رکورد در MFT مشخص می‌شود. فقط به جای data در این رکورد یک شاخص (index) برای دسترسی به فایل‌های درون شاخه ایجاد می‌شود. اگر شاخه به اندازه‌ای بزرگ باشد که ایندکس فایل‌های درون آن به طور کامل در رکورد مربوط به شاخه در MFT جای نگیرد, سیستم‌فایل از ساختار درخت باینری و یک شاخص چندسطحی برای دسترسی به ورودی‌های فایل‌های درون شاخه (entry) که خارج از MFT ذخیره شده‌اند, استفاده می‌نماید.
● اصلی‌ترین انواع صفات فایل در NTFS :
در یک فایل یا شاخه ممکن است فقط بعضی از این صفات وجود داشته باشند:
▪ اطلاعات استاندارد (Standard information): اطلاعاتی همچون زمان, تعداد پیوندها به خارج از MFT و...
▪ فهرست صفات (Attribute list): مکان‌های تمامی صفاتی از فایل که در رکورد درون MFT جای نگرفته‌اند.
▪ نام فایل (File name): شامل نام فایل یا شاخه با حروف Unicode که می‌تواند کوتاه یا طولانی (حداکثر ۲۵۵ کاراکتر) باشد.
▪ توصیف‌کننده امنیتی (Security descriptor): مشخص‌کننده صاحب فایل و هم‌چنین کسی که حق دسترسی به آن را دارد.
▪ داده‌ها (Data ): داده‌های یک فایل را شامل می‌شود. NTFS اجازه وجود چند صفت داده را برای یک فایل می‌دهد, که اولین آن‌ها بی‌نام و بقیه باید نامی داشته باشند.
▪ ریشه شاخص (Index root ) و تخصیص شاخص (Index allocation ): برای پیاده‌سازی شاخه‌ها و سایر شاخص‌ها به‌کار می‌روند.
▪ اطلاعات درایو (Volume information) و برچسب درایو (Volume label): این صفات فقط در فایل سیستمی وجود دارند و شامل توضیحاتی در مورد برچسب و شماره‌نسخه سیستم‌فایل درایو هستند.
● فایل‌های سیستمی (System files):
سیستم‌فایل NTFS , اطلاعات مربوط به خود سیستم (metadata) را درون تعدادی فایل سیستمی قرار می‌دهد که همگی از دید کاربر مخفی هستند. فایل‌های سیستمی شامل اطلاعات مهمی برای استفاده از سیستم‌فایل هستند و ۱۶ رکورد اول MFT برای ذخیره مشخصات این فایل‌ها رزرو گردیده‌اند. مهم‌ترین این فایل‌ها از این قرارند:
▪ فایل ( Master File Table): همان‌طور که گفته شد, خود MFT نیز یک فایل است.
▪ فایل (MFT Mirror ): شامل یک کپی از ۴ رکورد اول MFT اصلی
▪ فایل (Log File ): فایل ثبت وقایع درایو برای بهبود و بازیابی اطلاعات
▪ قایل (Attribute Definitions): جدولی شامل تعداد, عناوین و شرح انواع صفات
▪ فایل $ (Root file name index): شاخص فهرست ریشه درایو
▪ فایل (Boot Sector ): سکتور راه‌انداز درایو شامل BPB , کد راه‌انداز و ...
▪ فایل (Bad Clusters): مشخص‌کننده سکتورهای خراب درایو
▪ فایل (Security file): شامل شرح امنیتی منحصربه‌فرد برای تمامی فایل‌های درایو
● مزایای NTFS
▪ تعریف سطوح حق دسترسی (Access Right):
در یک درایو NTFS برای هر کاربر می‌توان سطح دسترسی تعیین نمود. در این حالت هر کاربر در سطح مجاز خود حق دسترسی به درایو را دارد. توجه داشته باشید که این اِعمال اجازه دسترسی, وابسته به سیستم‌فایل است و نه سیستم‌عامل. به همین دلیل, حتی با تغییر سیستم‌عامل, این محدودیت‌ها باز هم وجود خواهند داشت.
▪ جریان داده چندگانه (Multiple Data Stream):
همان‌طور که گفته شد, در NTFS امکان وجود چند صفت داده برای یک فایل وجود دارد که به هر یک از آن‌ها یک جریان داده (Data Stream) گفته می‌شود. به همین دلیل چند برنامه به طور همزمان می‌توانند یک فایل را باز کرده و از طریق چند جریان, داده‌های آن را استفاده کنند.
سیستم امنیتی EFS باعث می‌شود که کاربر بتواند اطلاعات مهم خود را کدگزاری کند. به این مکانیسم فقط در NTFS۵ قابل استفاده می‌باشد.
● فشرده‌سازی در NTFS (Compressing):
سیستم NTFS از یک شیوه جدید برای فشرده‌سازی اطلاعات استفاده می‌کند که سرعت زیادی در دسترسی به اطلاعات فشرده‌شده را به همراه دارد. در فشرده‌سازی درایوهایی با سیستم FAT به کمک برنامه‌هایی مثل DriveSpace , کاربر مجبور به فشرده‌کردن اطلاعات کل درایو است, در حالی که در NTFS , این امکان وجود دارد که فقط اطلاعات یک یا چند فایل یا شاخه فشرده شوند, بدون این‌که در سایر اطلاعات درایو تغییری ایجاد شود. NTFS به صورت خودکار, در هنگام نیاز به دسترسی به فایل فشرده‌شده, عمل decompressing و بعد از دسترسی, عمل فشرده‌سازی مجدد را انجام می‌دهد.
● کدگذاری فایل‌ها (File Encrypting):
برای جلوگیری از دسترسی غیرمجاز به اطلاعات حیاتی کاربر بر روی درایو, این امکان برای او وجود دارد که اطلاعات مهم خود را کدگذاری نماید. به این ترتیب از این به بعد فقط خود کاربری که فایل را کدگذاری‌کرده, مجاز به دسترسی به آن خواهد بود. عمل کدبرداری اطلاعات فایل در هنگام دسترسی کاربر مجاز, به طور خودکار توسط سیستم‌فایل انجام می‌گردد. به این مکانیسم امنیتی EFS (Encrypting File System ) گفته می‌شود که فقط در NTFS۵ قابل استفاده می‌باشد.
● سرویس شاخص‌بندی (Indexing service):
به کمک شاخص‌بندی اطلاعات شاخه‌ها و فایل‌ها, سیستم می‌تواند برای یافتن یک فایل درون شاخه, از جستجوی باینری استفاده کند که این امر موجب افزایش زیاد سرعت دسترسی می‌شود.
به‌کار بگیرید ...
در مطلب ارائه شده, بخش‌هایی از مزایا و معایب جدیدترین سیستم‌فایل شرکت مایکروسافت برای شما تشریح گردید. اکنون نوبت شماست که با توجه به نیاز خود تصمیم بگیرید که از سیستم NTFS استفاده کنید یا خیر؟ به‌یاد داشته باشید که درایوی با سیستم‌فایل NTFS توسط ویندوزهای ۹۵ , ۹۸ و ME قابل شناسایی و دسترسی نمی‌باشد. در این بخش شیوه به‌کارگیری بعضی از امکانات NTFS در ویندوزXP ارائه می‌شود:
▪ چگونه سیستم یک درایو را از FAT به NTFS تغییر دهیم؟
در خط فرمان, دستور زیر را اجرا نمایید:
convert <نام درایو موردنظر > /fs: ntfs
▪ چگونه سطوح مختلف دسترسی برای کاربران تعیین نماییم؟
بر روی نام درایو مورد نظر کلیک راست کرده و properties را انتخاب کرده و در پنجره باز شده, برگه security را انتخاب نمایید. با گزینش هر کاربر از لیست فوقانی پنجره, میزان حق دسترسی وی را تعیین کنید.
▪ چگونه یک فایل یا شاخه را فشرده کنیم؟
پنجره properties مربوط به آن فایل یا شاخه را باز کرده و در برگه General دکمه Advanced را انتخاب نمایید. با بازشدن پنجره Advanced attributes , گزینه Compress contents to save disk space را تیک بزنید.
▪ چگونه یک فایل را کدگذاری (Encryption) نماییم؟
همانند قسمت قبل, پنجره Advanced attributes را باز کرده و سپس گزینه Encrypt contents to secure data را تیک بزنید.
▪ چگونه سرویس شاخص‌بندی را برای یک شاخه فعال کنیم؟
این بار هم پنجره Advanced attributes را باز نمائید. سپس از این پنجره گزینه For fast searching, allow Indexing service to index this folder را تیک بزنید.
▪ چگونه فضای درایو مورد استفاده برای یک کاربر را محدود نماییم؟
پنجره‌ی Properties مربوط به درایو موردنظر را باز کرده و در قسمت Quota، محدودیت کاربر را تعیین کنید.