NTFS体系结构

假定读者对NTFS（New Technology File System）已有基本的了解，不再赘述NTFS的特性。

Microsoft发明了NTFS文件系统，为了能出色的完成使命，NTFS在设计上及其精细和完整。本文详细讨论NTFS卷（volumes）的体系结构，和构成NTFS分区（partition）的关键数据结构，解释NTFS如何使用重要的文件系统结构来储存信息，有时会与FAT文件系统进行比较。

NTFS体系结构概览

FAT文件系统的大部分缺点都直接来自其简单又过时的设计，比如由于没有考虑可能的安全和可靠性属性，导致后来很难在FAT分区上添加这些功能。相反，NTFS采用了一种全新的体系结构，不仅能支持许多高级的属性和功能，还使用了一个简单而优美的方案允许更多属性加入其中。

这个优美的方案体现在NTFS分区是如何存储数据上。实质上，NTFS里的所有数据都是文件，甚至包括NTFS内部使用的分区管理数据，统计信息，和控制信息等。控制信息（control information）存储在一些特殊文件里，在NTFS分区格式化的时候创建，它们被称为“元数据文件（metadata files）”，包含了诸如用户文件列表、卷属性、簇分配信息之类的数据。唯一的例外就是“分区启动扇区（partition boot sector）”，它位于所有其他元数据文件之前，定义了NTFS分区最基本的一些操作，比如如何加载操作系统。

这个优美的方案还扩展到了文件内部的结构里。NTFS分区里每个文件都是一些属性（attributes）的集合，文件的数据（data）只是属性之一，其他的属性还有文件名和大小等。这种结构看起来很像是数据库——操作系统把文件看成是包含了众多属性的对象，然后以此为基础进行各种操作。于是NTFS给文件增加一些新属性，就是很容易的事情了。

在内部，NTFS把所有文件（包括元数据文件）的存储方式都采用簇系统（cluster system）——每个文件都分散到一个或多个簇里，每个簇包含了2的幂次个512字节的扇区。表面上这和FAT文件系统的存储方式一样，但是底层的实现却是有差别的。

NTFS卷启动扇区（Volume Boot Sector）

当创建NTFS分区的时候，首先创建的是卷启动扇区。它在结构上与FAT文件系统里的类似，并且是NTFS下少数几个不存储在主文件列表（master file table）里的元数据之一。NTFS的卷启动扇区有时也叫做分区启动扇区（partition boot sector），卷启动记录（volume boot record），或其它类似的名字。

注意：虽然名字里有“扇区（sector）”，实际上卷启动扇区占用了16个磁盘扇区（8KB）。

NTFS的卷启动扇区起始于分区的一个扇区，包含2个主要结构：

l  BIOS参数块（BIOS Parameter Block）：包含卷的基本信息，比如标识卷的格式是NTFS，卷标签和大小。除此之外，NTFS提供了一个扩展BIOS参数块，包含其它卷信息，例如重要元数据文件的位置。

l  卷启动代码（Volume Boot Code）：在NTFS里，这块程序代码表示如何装载Windows NT或2000操作系统。常见的过程是装载NTLDR，把控制权交给它，让它来装载操作系统的其他部分。

FAT文件系统的卷启动代码向来是病毒程序最亲睐的领地之一，因为修改这部分代码能使病毒优先于操作系统启动。Windows NT和2000对此重新设计以保证安全性，使得卷启动代码里的病毒极难传播，因为操作系统一旦取得控制权，就会严格限制磁盘读写操作。（当然，病毒还是可能在Windows NT/ 2000系统里存在。）

NTFS系统（元数据）文件

前面已经说过，NTFS文件系统把所有的数据，无论用户的还是系统的，都存储成文件。所以有一部分文件对于NTFS是非常重要的，即元数据文件。元数据文件在NTFS卷格式化的时候自动产生，并组织在整个分区的前面。现在解释这些文件如何工作有些为时尚早，我们从它们在分区里的位置开始，首先是主文件列表（MFT ：Master File Table）。MFT实际上也是元数据文件，但是它描述了其他的元数据文件，甚至有的元数据文件整个就在MFT里面。MFT为每个文件或目录都保存一个记录（record），如果这个文件太小，那么整个文件就可能都存储在这个记录里。因为元数据文件在NTFS也是“文件”，所以它们在MFT里也有对应的记录。实际上，MFT的前16个记录就是为元数据文件保留的。

“怎么听起来这么麻烦？”是的，这个系统非常复杂，但是它在逻辑上是完整和一致的，而且运行得很好。下表列出了元数据文件的重要信息：

Metadata File Name	File Name	MFT Record #	Description