NTFS文件系统的可恢复性

NTFS是随着Windows NT操作系统而产生的，全称为“NT File System”，中文意为NT文件系统，如今已是windows类操作系统中的主力分区格式了。它的优点是安全性和稳定性极其出色，在使用中不易产生文件碎片，NTFS分区对用户权限作出了非常严格的限制，每个用户都只能按着系统赋予的权限进行操作，任何试图越权的操作都将被系统禁止，同时它还提供了容错结构日志，可以将用户的操作全部记录下来，从而保护了系统的安全。本文主要论述的就是NTFS在系统崩溃或磁盘出现故障后如何安全的恢复文件系统。
      NTFS是一个具备错误预警的文件系统。由于NTFS对关键文件系统的系统信息采用了冗余存储，故而当磁盘上的某个扇区损坏时，NTFS仍可以访问卷上的关键数据。NTFS分区的最开始的16个扇区是分区引导扇区，用以保存分区引导代码，接下来是主文件表(MFT)，如果MFT所在的磁盘扇区出现损坏，NTFS文件系统会将MFT转移到到硬盘的其他扇区，这样就保证了NTFS文件系统和Windows操作系统的正常运行。比之先前的FAT16和FAT32文件系统的FAT(文件分配表)，FAT只能固定在分区引导扇区的后面，一旦该扇区，整个文件系统就会瘫痪，NTFS文件系统显然要先进的多了。不过这种移动MFT的做法却也并非十全十美，如果分区引导代码中指向MFT的部分出现错误，那么NTFS文件系统便会不知道到哪里寻找MFT ，从而会报告“磁盘没有格式化”这样的错误信息。为了避免这样的问题发生，分区引导代码中会包含一段校验程序，专门负责侦错。
NTFS文件系统通过基于事务处理模式的日志记录技术(transaction logging and recovery techniques)，成功保证了NTFS卷的一致性，实现了文件系统的可恢复性。在 FAT 或 HPFS 上执行 CHKDSK 时，系统会检查目录、分配和文件表中指针的一致性；但是在 NTFS 下，系统会维护针对这些组件的事务日志，因此，CHKDSK 只需将事务回滚到上一个提交点就可以恢复文件系统中的一致性。事务日志方法需要的系统开销是很小的。NTFS并不是直接在日志文件中存取记录，而是通过LFS来读写。LFS提供了包括打开，写入，向前，向后，更新等操作来帮助NTFS处理日志文件。
      我们把每一个具体的对NTFS卷文件的I/O操作看作一个事务，每个事务都是一个原子操作。这样，任何复杂的操作都可以分解成很多个事务。系统面对的就是许许多多的不同的事务。当一个事务开始后，它要么被顺利的完成，要么当遇到某些意外而出错时能回滚到上一个提交点，这时候NTFS卷处于该事务开始前的状态。很多原因都可以导致事务操作失败，如磁盘坏道、内存不足、设备连接错误等等。
      为了确保每个事务都能顺利的完成或出错回滚到上一状态，对于每个事务NTFS文件系统都会执行以下步骤：
(1) 把此次事务中的子操作记录到已缓存在内存的日志文件里；
(2) 把实际的子操作数据记录到内存中；
(3) 在缓存于内存的日志文件里把此次事务标记为已提交；
(4) 把日志写入磁盘；
(5) 把数据写入磁盘。              
事实上，对于步骤 (4) 和步骤 (5) ，NTFS并不是即时写入磁盘的，而是采用了延迟写（lazy-write）技术，选择在之后一个适当的时机用最佳方式把很多数据批处理到磁盘上。使用延迟写技术大大减少了磁盘操作的频率，从而极大地改善了系统的性能，但是在系统崩溃时有可能导致磁盘的不一致性，有一定风险。在我们自己编写的应用程序中可以通过设定FILE_FLAG_WRITE_THROUGH让系统不通过缓存而讲数据直接写入磁盘中——这时候系统其实仍然会缓存写操作只是没有延迟写入磁盘而已。