Восстанавливаемая файловая система NTFS

Hадежность файловой системы

Поскольку разрушение файловой системы зачастую более опасно, чем разрушение компьютера, файловые системы должны разрабатываться с учетом подобной возможности. Сохранность информации может быть обеспечена за счет ее избыточности (резервное копирование, зеркалирование, образование RAID массивов). Файловые системы современных ОС содержат специальные средства для поддержки собственной целостности и непротиворечивости.

Как правило, файловая операция затрагивает сразу несколько объектов файловой системы. Например, запись в файл предполагает выделение ему блоков диска, модификацию MFT-записей о занятом пространстве, файле и каталоге, содержащем файл и т.д. В течение короткого периода времени между этими шагами информация в файловой системе оказывается несогласованной. И, если вследствие непредсказуемого останова системы на диске будут сохранены изменения только для части этих объектов (нарушена атомарность файловой операции), файловая система на диске может быть оставлена в противоречивом состоянии. В современных ОС предусмотрены меры, которые позволяют свести к минимуму ущерб от порчи файловой системы и затем полностью или частично восстановить ее целостность.

Для обозначения совокупности действий, выполняемых файловой операцией, используется термин транзакция. Очевидно, что для сохранения целостности файловой системы транзакция должна выполняться целиком или не выполняться вообще.

Одним из средств поддержки целостности является журналирование. Последовательность действий с объектами во время транзакции протоколируется, и, если произошел останов системы, то, имея в наличии протокол, можно осуществить откат системы назад в исходное целостное состояние, в котором она пребывала до начала транзакции.

В журнал заносятся не все изменения, а лишь изменения метаданных (MFT-записей и др.). Изменения в данных пользователя в протокол не заносятся. Если протоколировать изменения пользовательских данных, то этим будет нанесен серьезный ущерб производительности системы, поскольку кэширование потеряет смысл. Затраты на журналирование могут быть частично скомпенсированы за счет увеличения интервала между сбросами кэша на диск.

Для файла-журнала отводится вторая запись таблицы MFT тома NTFS. Для минимизации возможных пагубных последствий сервис файла журнала (log file service, LFS) осуществляет записи в следующей последовательности [6].

1. Вначале в кэшируемый файл журнала заносится запись о предполагаемой транзакции.
2. Затем делается собственно транзакция, то есть модифицируется файловая система (также в кэше).
3. После этого запись в файле журнала сбрасывается на диск.
4. Наконец, сбросив на диск файл журнала, диспетчер кэша записывает на диск изменения в файловой системе (результаты операции над метаданными).

Применяемая схема - это результат компромисса между полной отказоустойчивостью системы и максимальной производительностью файловых операций. Разумеется, в распоряжении пользователя остаются средства организации сквозной записи на диск и принудительного сброса на диск кэша NTFS (FlushFileBuffer).