本文介紹NTFS的文件和目錄。我將從目錄在NTFS卷里的存儲方式開始，然后介紹用戶數(shù)據(jù)文件的細(xì)節(jié)，包括文件是怎樣存儲和命名的，以及文件的最大字節(jié)限制。接著我將描述文件的標(biāo)準(zhǔn)屬性，最后是重解析點(diǎn)（reparse points），它是Windows 2000里NTFS 5.0引入的新特性。
NTFS的目錄<?xml:namespace prefix = o ns = "urn:schemas-microsoft-com:office:office" />
從外部結(jié)構(gòu)看，NTFS組織目錄的方式和FAT一樣（其他許多文件系統(tǒng)也是如此）， 即所謂的多級（hierarchical）模型或目錄樹（directory tree）模型。目錄樹的“基（base）”是根（root）目錄，NTFS系統(tǒng)的重要元數(shù)據(jù)文件之一。在根目錄里，存儲了指向其他文件或目錄的引用，每個子目錄里又可以有任意的文件和目錄，這樣就形成了一個樹狀結(jié)構(gòu)。
注意：目錄（Directories）又可以稱為文件夾（folders）
雖然NTFS里目錄樹的結(jié)構(gòu)與FAT的類似，它們內(nèi)部的管理卻不同。其中一點(diǎn)是，FAT里目錄包含了其下文件的所有額外信息，文件本身只包含數(shù)據(jù)。而在NTFS里，文件就是屬性的集合，會自己包含需要的描述信息和數(shù)據(jù)。目錄同樣只包含自己的信息，而不用管其下的文件。
NTFS里的所有對象都是文件，這也適用于目錄。每個目錄在MFT里都有一個記錄，它是目錄信息的主要存儲地。MFT里的記錄存儲了目錄的如下屬性：
l Header (H)：這是NTFS用來管理文件或目錄的數(shù)據(jù)，包括NTFS內(nèi)部使用的標(biāo)識序列號，指向文件或目錄屬性的指針，和記錄空閑空間的指針。注意Header不是一個屬性，而是MFT記錄的頭信息。
l Standard Information Attribute (SI)：這個屬性是文件或目錄的“標(biāo)準(zhǔn)”信息，例如創(chuàng)建、修改、訪問時間戳，以及文件的“標(biāo)準(zhǔn)”屬性（只讀，隱藏等）。
l File Name Attribute (FN)：這個屬性存儲目錄的名字。注意一個目錄可以有多個名字屬性，例如“常規(guī)”名字，MS-DOS兼容的短名字，或者類似POSIX的硬鏈接名字。
l Index Root Attribute：這個屬性包含了目錄下所有文件的“標(biāo)準(zhǔn)”信息。如果文件數(shù)太多，那么就只包含部分文件的信息，其余的文件信息存儲于外部的index buffer attribute里，后面會介紹。
l Index Allocation Attribute：如果目錄下的文件過多，上面的Index Root Attribute放不下，就會使用這個屬性包含指向index buffer入口的指針。
l Security Descriptor (SD) Attribute：包含目錄及其內(nèi)容的訪問控制信息，或叫安全信息（security information）。目錄的訪問控制列表（ACLs ：Access Control Lists）和相關(guān)數(shù)據(jù)就存儲于此。
簡單的說，小目錄可能整個存儲于MFT記錄里，就跟小文件一樣。大目錄會分成多個數(shù)據(jù)記錄，由目錄的Index Root Attribute來引用。NTFS使用一種特殊的方式來存儲目錄下的文件索引。在FAT文件系統(tǒng)里，這些索引是一個鏈表，前幾個索引存儲于第一個簇里，接著存儲于第二個簇，等等。這種方案實(shí)現(xiàn)容易，但需要掃描整個鏈表才能找到一個文件，導(dǎo)致定位單個文件非常耗時，特別是很大的目錄。
為了提高性能，NTFS使用了B樹結(jié)構(gòu)。B樹是一個平衡樹存儲結(jié)構(gòu)，源自于關(guān)系型數(shù)據(jù)庫， 對它的詳細(xì)介紹可能花費(fèi)很多篇幅，而且網(wǎng)絡(luò)上已有不少資源，那么我就不羅嗦了。從實(shí)踐效果看，B樹能使目錄的索引“自動排序”，這在加入新文件的時候會帶來一些花費(fèi)。但是文件的搜索現(xiàn)在性能大大提升了，特別是對于大目錄。
NTFS的文件和數(shù)據(jù)存儲
從用戶的眼光看，文件系統(tǒng)的基礎(chǔ)是文件。文件是一些數(shù)據(jù)的集合，能包含任何東西：程序，文本，音像，記錄，等等其他信息。操作系統(tǒng)不需辨識文件的種類，文件的使用方式依賴于解釋它的應(yīng)用程序。
在NTFS里，文件也存儲成和上面類似的方式：屬性的集合。文件的數(shù)據(jù)也是屬性之一，術(shù)語叫做“data”屬性。注意，要理解文件是如何存儲的，必須對NTFS的體系結(jié)構(gòu)有所了解，最好是知道MFT的結(jié)構(gòu)和原理，以及NTFS下的屬性類型：駐留的和非駐留的。
NTFS里文件的存儲方式依賴于文件的大小。所有文件的核心結(jié)構(gòu)都基于下面的信息和屬性：
l Header (H)：同上面目錄的Header。
l Standard Information Attribute (SI)：同上面目錄的Standard Information Attribute。
l Data (Data) Attribute：這個屬性存儲了文件的實(shí)際內(nèi)容。
l Security Descriptor (SD) Attribute：同上面目錄的Security Descriptor Attribute。
除了這些基本屬性，一個文件可以有很多其他屬性。如果一個文件的所有屬性能放進(jìn)一個MFT記錄，那么這個文件就全部在MFT記錄里。如果文件太大，NTFS把一部分屬性移出MFT記錄，轉(zhuǎn)化成非駐留的。具體的步驟是這樣的：
1. 首先NTFS試圖把整個文件放進(jìn)MFT記錄里。只有少數(shù)非常小的文件可能成功。
2. 如果失敗，data屬性轉(zhuǎn)化成非駐留的。MFT里的data屬性只包含指向這些數(shù)據(jù)范圍（extents，又叫runs）的指針。數(shù)據(jù)范圍（extents）是指存儲數(shù)據(jù)若干個連續(xù)的塊， 位于MFT的外面。
3. 如果文件太大，導(dǎo)致指向數(shù)據(jù)范圍的指針也不能存儲在MFT記錄里，那么這些指針會變成非駐留的。這樣的文件在主MFT記錄（main MFT record）里沒有data屬性，而是有一個指向下一個MFT記錄的指針，data屬性在這個記錄里，并存儲指向數(shù)據(jù)范圍的指針。
4. 如果文件繼續(xù)增大，NTFS會重復(fù)這種擴(kuò)展，為超大的文件創(chuàng)建出無限個非駐留的MFT記錄，當(dāng)然，只要磁盤能夠容納。由此可見，文件越大，它的存儲結(jié)構(gòu)也會越復(fù)雜。
數(shù)據(jù)范圍（extents）是NTFS里大部分文件數(shù)據(jù)存儲的地方，它由若干連續(xù)的簇組成。文件的data屬性里包含了數(shù)據(jù)范圍的起始簇標(biāo)識，和簇的個數(shù)。起始簇標(biāo)識是一個虛擬簇編號（VCN：virtual cluster number）。而“起始 + 長度“的方式意味著NTFS不用讀遍每個簇才知道后面的簇在哪里，它還能減少文件碎片的產(chǎn)生。
NTFS的文件大小
商用程序和數(shù)據(jù)庫使用Windows操作系統(tǒng)和FAT文件系統(tǒng)的最大問題之一就是文件的大小限制，有時是4GB，有時是2GB。起初它們看起來足夠了，但是到現(xiàn)在誰都知道這遠(yuǎn)遠(yuǎn)不夠。即使是我自己的機(jī)器，有時也會備份比這大得多的數(shù)據(jù)文件。
前面介紹了NTFS試圖把小文件存進(jìn)MFT記錄里，大些的文件把數(shù)據(jù)存到擴(kuò)展屬性和數(shù)據(jù)范圍里。這種設(shè)計允許文件的大小沒有限制。實(shí)際上，NTFS下文件的大小的確沒有限制，單個文件可以占用整個卷，只留下很小的MFT和其他必要的內(nèi)部結(jié)構(gòu)。
NTFS還應(yīng)用了一些特性來優(yōu)化存儲非常大的文件。其中之一是文件壓縮（file-based compression），降低大文件占用的磁盤空間。另一個是稀疏文件（sparse files），非常適用于那些大部分內(nèi)容都是0的文件。
NTFS文件命名
微軟早期的操作系統(tǒng)在文件命名上非常不方便，比如DOS風(fēng)格的8字符文件名加3字符后綴方式——所謂的8.3標(biāo)準(zhǔn)文件名。與其他競爭對手例如Unix和Apple Macintosh比起來，這種方式簡直不可接受！為了解決這個問題，微軟決定給NTFS的文件名以充分的擴(kuò)展性。
l 長度：普通文件的文件名長度最多為255個Unicode字符（2字節(jié)）；
l 大小寫：文件名可以大小寫混用，并且會被NTFS保存起來。但是訪問文件的時候文件名是大小寫無關(guān)的，舉個例子：你命名了文件“4Q Results.doc”，當(dāng)你列出這個文件時，會正確的顯示“4Q Results.doc”（大小寫被NTFS保存起來了）。但是你可以使用下面的任何名字引用到剛才的文件：“"4q results.doc”，“ReSulTS.dOc”，等等。
l 字符：文件名能包含任意Unicode字符，包括空格，除了這幾個：? " / / < > * | :，原因是這幾個字符被操作系統(tǒng)作為文件名的分隔符或命令操作符。
l Unicode格式：所有的NTFS文件名都存儲成Unicode格式。相比之下，傳統(tǒng)的計算機(jī)使用ASCII碼（1字節(jié)），只能辨識“最常見”的一百多個英語字符。這對于其他很多語言都是不夠的，特別是亞洲國家。Unicode是一種國際性的，16-bit的字符表示方式，支持當(dāng)今幾乎所有的語言和符號。
有的讀者也許會想起，當(dāng)初Window 95的VFAT文件系統(tǒng)引入了一種長文件名，作為附加屬性。這個文件系統(tǒng)自動為所有長文件名生成一個8.3形式的短文件名，兼容以前的軟件。NTFS也是這樣做的。但是表面相似并不代表內(nèi)部也是一樣，VFAT只是在短文件名系統(tǒng)上打了一個補(bǔ)丁，NTFS卻是從設(shè)計上就支持長文件名。
文件名存儲在MFT記錄的file name屬性里。實(shí)際上，NTFS支持同一個文件的MFT記錄里有多個file name屬性，第一個是文件的“常規(guī)”文件名，第二個是MS-DOS兼容的短文件名，甚至第三個作為兼容POSIX標(biāo)準(zhǔn)的硬鏈接（hard links）文件名。硬鏈接是指同一個文件有多個名字，并位于不同的目錄之下。這些鏈接的名字可以作為不同的file name屬性。這是對UNIX靈活的命名系統(tǒng)的一個模仿。
NTFS文件屬性
在NTFS文件系統(tǒng)里，文件是屬性的集合，屬性則是各種形式的信息和數(shù)據(jù)，屬性的內(nèi)容由軟件來解釋。目錄也是這樣，它們只是了包含一些普通文件沒有的屬性，并由文件系統(tǒng)來解釋和使用。
所有的屬性都有2種不同的存儲方式，依賴于屬性自身的大小，即：
l 駐留屬性：如果屬性只需很少的存儲空間，那么可以放在文件的主MFT記錄里。事實(shí)上，NTFS要求某些屬性必須在MFT記錄里，比如文件名，創(chuàng)建、修改、訪問時間戳等。
l 非駐留屬性：如果屬性需要更多的空間，那么可以存儲在MFT記錄外面。MFT記錄里會保留指向?qū)傩詳?shù)據(jù)的指針。
由于MFT記錄大小有限，只有少數(shù)屬性可以放在MFT記錄里。許多其他屬性都是非駐留的，特別是文件的data屬性。非駐留的屬性又有2種形式。如果指向數(shù)據(jù)的指針能放進(jìn)MFT記錄，那么把數(shù)據(jù)放在數(shù)據(jù)范圍里（稱為run或extent），指向這些范圍的指針放在MFT記錄里。一個屬性可以占用多個數(shù)據(jù)范圍，每個對應(yīng)一個MFT記錄里的指針。如果一個屬性占用的數(shù)據(jù)范圍太多，導(dǎo)致這些指針已不能放進(jìn)文件的MFT記錄，那么整個data屬性可以移出去，變成一個外部屬性（external attribute），存儲于一個或多個MFT記錄里。
NTFS預(yù)定義了一些屬性，稱為系統(tǒng)屬性，如下表所示：
l Attribute List：這是一個“元屬性（meta-attribute）”，即屬性的屬性。如果某個屬性變成非駐留的，那么主MFT記錄會使用Attribute List存儲指向這個屬性的指針；
l Bitmap：保存簇分配信息的位圖，由$Bitmap元數(shù)據(jù)文件使用；
l Data：包含文件數(shù)據(jù)。默認(rèn)情況下，文件的所有數(shù)據(jù)存儲在單個data屬性里，數(shù)據(jù)量再大也是一個屬性。不過文件可以有多個其他數(shù)據(jù)屬性，供特殊的應(yīng)用程序使用；
l Extended Attribute (EA)和Extended Attribute Information：據(jù)我所知，這些屬性是為了兼容OS / 2下的NTFS分區(qū)，Windows NT / 2000沒有使用它們；
l File Name (FN)：文件或目錄的名字。前面說過，一個文件可以有多個名字，包括“常規(guī)”名字，MS-DOS兼容的短名字，或POSIX硬鏈接名，等；
l Index Root Attribute：包含一個目錄下的文件索引信息。如果目錄下文件很少，所有的文件索引都可以放在MFT記錄里；如果文件數(shù)太多，那么MFT里只存放部分文件的索引，其余的放在外面的index buffer attributes里；
l Index Allocation Attribute：如果一個目錄下的文件太多，MFT記錄會創(chuàng)建這個屬性，包含指向外部index buffer attributes屬性的指針；
l Security Descriptor (SD)：：包含文件及其內(nèi)容的訪問控制信息，或叫安全信息（security information）。文件的訪問控制列表（ACLs ：Access Control Lists）和相關(guān)數(shù)據(jù)就存儲于此。文件所有者和認(rèn)證信息也存儲于此；
l Standard Information (SI)：這個屬性是文件或目錄的“標(biāo)準(zhǔn)”信息，例如創(chuàng)建、修改、訪問時間戳，以及文件的“標(biāo)準(zhǔn)”屬性（只讀，隱藏等）。
l Volume Name，Volume Information和Volume Version：NTFS卷的標(biāo)簽，版本和其他信息，由$Volume元數(shù)據(jù)文件使用。
NTFS還支持用戶為文件創(chuàng)建自定義的屬性。在這里“用戶”的意義有些微妙，因?yàn)檫@是從微軟的角度來說的——應(yīng)用程序開發(fā)者。應(yīng)用程序可以給文件創(chuàng)建自己的屬性，但是NTFS文件系統(tǒng)的使用者不能。
NTFS重解析點(diǎn)（Reparse Points）
隨Windows 2000發(fā)布的NTFS版本5里最有趣的一個屬性是引入了一些特殊的文件系統(tǒng)功能，并應(yīng)用于特定的文件或目錄上。這些特殊功能使NTFS文件系統(tǒng)更加強(qiáng)大和有擴(kuò)展性。這個特性的實(shí)現(xiàn)基礎(chǔ)叫做重解析點(diǎn)（reparse points）。
重解析點(diǎn)的使用源于一些應(yīng)用程序想把一些特殊數(shù)據(jù)存儲到特殊的地方——重解析點(diǎn)，然后由應(yīng)用程序做上特殊的標(biāo)記，只允許它使用。為此文件系統(tǒng)引入了一個應(yīng)用程序相關(guān)的特殊過濾器（application-specific filter），并與重解析點(diǎn)的標(biāo)記關(guān)聯(lián)起來。多個應(yīng)用程序可以把不同的數(shù)據(jù)存儲到同一個重解析點(diǎn)文件里，只要使用不同的標(biāo)記。微軟保留了幾個標(biāo)記為自己使用。
現(xiàn)在我們假設(shè)用戶打算訪問一個有標(biāo)記的重解析點(diǎn)文件。當(dāng)文件系統(tǒng)打開文件時，發(fā)現(xiàn)有重解析點(diǎn)關(guān)聯(lián)到這個文件，于是“重解析”這個打開文件請求，發(fā)現(xiàn)與應(yīng)用程序相關(guān)聯(lián)的可用過濾器，并與這個重解析點(diǎn)進(jìn)行匹配，通過后就可以把重解析點(diǎn)的數(shù)據(jù)傳送給這個過濾器了。過濾器于是可以把這些數(shù)據(jù)用于任何途徑，依賴于應(yīng)用程序最初的定義。這是一個非常靈活的系統(tǒng)：應(yīng)用程序不需關(guān)心重解析點(diǎn)是如何工作的，重解析點(diǎn)的實(shí)現(xiàn)細(xì)節(jié)對于用戶是完全透明的。你只需簡單的放入和拿出數(shù)據(jù)，其余的事情都是自動完成。這使文件系統(tǒng)的功能大大增強(qiáng)了。
微軟使用重解析點(diǎn)在Windows 2000里實(shí)現(xiàn)了如下的功能：
l 符號鏈接（Symbolic Links）：符號鏈接允許你創(chuàng)建一個指向其他地方某個文件的指針。NTFS并沒有像UNIX文件系統(tǒng)那樣實(shí)現(xiàn)“真正”的文件符號鏈接，但是從功能上重解析點(diǎn)完全可以模擬得一模一樣。本質(zhì)上，NTFS的符號鏈接就是一個重解析點(diǎn)，把對一個文件的訪問轉(zhuǎn)移到另一個文件身上。
l 交叉點(diǎn)（Junction Points）：交叉點(diǎn)和符號鏈接類似，只不過對象是目錄而不是文件。
l 卷裝載點(diǎn)（Volume Mount Points）：卷裝載點(diǎn)和前2者類似，只是更進(jìn)一層：它能創(chuàng)建對整個卷的鏈接。比如，你可以為可移動硬盤或其他存儲介質(zhì)創(chuàng)建卷裝載點(diǎn)，或者讓本地的不同分區(qū)（C:，D:，E:等等）看起來就像在一個卷里一樣。這對于那些大型的CD-ROM服務(wù)器非常有用，如果沒有卷裝載點(diǎn)，它們就只能為每張磁盤人工維護(hù)一個分區(qū)字母。
l 遠(yuǎn)程存儲服務(wù)器（RSS：Remote Storage Server）：Windows 2000的這個特性能利用一些規(guī)則來移除NTFS卷上不常用的文件，放到存檔介質(zhì)里（比如CD-RW或磁帶）。當(dāng)它把文件移出到“下線”或“半下線”的存儲介質(zhì)上時，RSS自動創(chuàng)建指向這個存檔文件的重解析點(diǎn)，以備日后使用。
上面只是重解析點(diǎn)使用例子的一少部分。這個功能非常靈活，是NTFS的亮點(diǎn)之一：它讓文件系統(tǒng)的功能大大增強(qiáng)，又不需對文件系統(tǒng)進(jìn)行任何更改。
