dr hab. inż. Janusz Bobulski, prof. PCz. [email protected] Katedra Informatyki Elementy Informatyki Śledczej Wykład 5 Budowa popularnych systemów plików. Zajęcia realizowane w ramach projektu Zintegrowany Program Rozwoju Politechniki Częstochowskiej (POWR.03.05.00-00-Z008/18-00), współfinansowany przez Unię Europejską ze środków Europejskiego Funduszu Społecznego w ramach Programu Operacyjnego Wiedza Edukacja Rozwój. Model systemu plików System plików System plików (ang. file system) jest zapisany na woluminie i opisuje przechowywane w nim pliki oraz powiązane z nimi metadane. Na warstwie systemu plików możesz również znaleźć takie elementy jak metadane specyficzne dla danego typu systemu plików i wykorzystywane wyłącznie do zapewnienia jego poprawnego działania — dobrym przykładem mogą być tzw. superbloki (ang. superblocks) występujące w systemie Ext2. Model systemu plików Jednostka danych Jednostka danych (ang. Data Unit) to najmniejszy niezależny blok danych dostępny w danym systemie plików. W rozwiązaniach wywodzących się z systemu UNIX takie jednostki danych noszą nazwę bloków (ang. blocks). Takie bloki danych mają zazwyczaj rozmiar będący wielokrotnością rozmiaru pojedynczego sektora. Jeszcze nie tak dawno temu sektory na dyskach miały rozmiar 512 bajtów, ale we współczesnych systemach plików najmniejsze adresowalne jednostki danych mają rozmiar 4096 bajtów (4 kB) lub więcej. Informacje dostępne na tej warstwie modelu systemu plików są proste — jest to zawartość poszczególnych jednostek danych. Na przykład jeżeli wybrana jednostka danych jest przypisana do zdjęcia w formacie JPEG, to taka jednostka danych przechowuje fragment danych obrazu w formacie JPEG. Jeżeli wybrana jednostka danych jest przypisana do pliku tekstowego, to po prostu przechowuje fragment zawartości takiego pliku. Windows W systemie Windows obsługiwane są dwa podstawowe systemy plików: FAT i NTFS. Nazwa FAT to akronim wyrażenia File Allocation Table (czyli tablica alokacji plików), natomiast nazwa NTFS to akronim wyrażenia New Technology File System (czyli system plików nowej technologii). Systemy plików rodziny FAT posiadają kilka różnych wersji i są obsługiwane przez wiele innych systemów operacyjnych, takich jak Linux czy Mac OS X. W porównaniu z FAT wielką zaletą systemu NTFS jest możliwość tworzenia list kontroli dostępu (Access Control List — ACL) dla poszczególnych obiektów zapisywanych w systemie plików. FAT System plików FAT jest jednym z najprostszych systemów plików i jest obsługiwany praktycznie przez wszystkie systemy operacyjne firmy Microsoft od początków istnienia firmy. FAT był podstawowym systemem plików w systemie MS-DOS i na dyskietkach, a także był bardzo intensywnie wykorzystywany w systemach Windows 3.x, Windows 95 i Windows 98. Co ciekawe, ten system plików jest nadal wykorzystywany na wielu wymiennych nośnikach pamięci masowych, takich jak pamięci USB czy karty pamięci używane w aparatach cyfrowych. FAT System FAT jest obsługiwany w wielu innych systemach operacyjnych, dzięki czemu jest doskonałym rozwiązaniem w sytuacji, kiedy trzeba przenieść dane z jednego systemu operacyjnego na drugi. Na przykład jeżeli podczas dochodzenia używasz stacji roboczej pracującej pod kontrolą systemu Linux, możesz zapisać otrzymane wyniki na nośniku z systemem plików FAT i bez problemów odczytać takie dane na innym komputerze pracującym pod kontrolą systemu Windows. Pamiętaj jednak, że system FAT nie posiada takich mechanizmów bezpieczeństwa jak inne, bardziej zaawansowane systemy plików, takie jak na przykład NTFS FAT (16) (DOS, Windows 98 OSR2): wykorzystuje adresowanie 16-bitowe daje możliwość zaadresowania 2 do potęgi 16 czyli 65 535 jednostek alokacji maksymalny rozmiar partycji to 2 GB kompatybilność ze starszymi systemami Windows rozmiar jednostki alokacji mniejszy niż 64 KB silna fragmentacja plików pozostawienie zgubionych klastrów. FAT System plików FAT korzysta z tradycyjnej konwencji nazewnictwa plików 8.3. Wszystkie nazwy plików muszą być utworzone przy użyciu zestawu znaków ASCII. Nazwa pliku lub katalogu może zawierać maksymalnie osiem znaków, po których występuje separator w postaci kropki (.) i maksymalnie trzyliterowe rozszerzenie. Nazwa musi zaczynać się literą lub cyfrą i może zawierać dowolne znaki z wyjątkiem następujących: . " / \ [ ] : ; | = , Jeśli zostanie użyty którykolwiek z tych znaków, wyniki mogą być nieoczekiwane. Nazwa nie może zawierać żadnych spacji. Wszystkie znaki są konwertowane na wielkie litery. Zalety systemu plików FAT W żadnym z systemów plików obsługiwanych przez system Windows NT nie można cofnąć operacji usunięcia. Służące do tego narzędzia próbują uzyskać bezpośredni dostęp do sprzętu, co w systemie Windows NT jest niemożliwe. Jeśli jednak plik jest umieszczony na partycji FAT i zostanie uruchomiony system MS-DOS, usunięcie pliku może być cofnięte. System plików FAT jest najlepszy dla dysków i/lub partycji o rozmiarze nieprzekraczającym w przybliżeniu 200 MB, ponieważ w takim wypadku uruchamia się bez nadmiernego obciążenia. Wady systemu plików FAT Z systemu plików FAT nie powinno się raczej korzystać, jeśli rozmiar dysku lub partycji przekracza 200 MB. Jest to spowodowane tym, że w miarę wzrostu objętości wydajność systemu FAT szybko spada. Nie można ustawić uprawnień do plików znajdujących się na partycjach FAT. Rozmiar partycji FAT jest ograniczony do 4 gigabajtów (GB) w systemie Windows NT i do 2 GB w systemie MS-DOS. FAT 32 FAT 32 (Windows 95 OSR2, Windows 98, Windows ME): • wykorzystuje adresowanie 32-bitowe daje możliwość zaadresowania 2 do potęgi 32 czyli 4 294 967 296 jednostek alokacji maksymalna pojemność dysku to 2 TB (w praktyce 127 GB) maksymalny rozmiar partycji to 32 GB rozmiar jednostek alokacji większy niż 4 KB a mniejszy niż 32 KB • kompatybilność tylko z nowszymi systemami Windows • rozrastanie tablicy alokacji • fragmentacja w trakcie modyfikowania i kasowania plików trwa dłużej niż w systemie FAT tworzenie, kasowanie i modyfikacja plików pociąga za sobą zmiany w tablicy FAT . exFAT exFAT (Extended File Allocation Table, błędnie zwany FAT64) – system plików stworzony przez Microsoft specjalnie na potrzeby nośników zewnętrznych (np.: pamięci flash, dyski SSD, zewnętrzne dyski magnetyczne). Został zawarty w następujących systemach operacyjnych: Windows Embedded CE 6.0, Windows Server 2008, Windows Vista z dodatkiem Service Pack 1, Windows 7, Windows 8 oraz Windows 10. Dla Windows XP i Windows Server 2003 Microsoft opublikował stosowną aktualizację dodającą wsparcie dla systemu[1]. Ten system plików domyślnie obsługuje system Mac OS X Snow Leopard 10.6.5 lub nowszy. W systemach Linux otrzymujemy możliwość odczytu i zapisu plików po zainstalowaniu pakietów exfat. Także linuksowa biblioteka libparted w wersji 3.1 i program gparted w wersji 0.13 umożliwia utworzenie partycji z systemem plików exFAT. exFAT może być używany wszędzie tam, gdzie system plików NTFS nie jest najlepszym rozwiązaniem, na przykład ze względu na dużą nadmiarowość struktury danych i zaawansowany system zarządzania prawami dostępu i własności. Korzyści exFAT w porównaniu z FAT32 • Skalowalność do dużych rozmiarów dysków, • Limit wielkości pliku wynosi 264 bajtów (16 eksabajtów), dla FAT32 limit wynosił 232 bajtów (4 gigabajty), • Rozmiar klastra można zwiększyć do 32 MB, • Udoskonalono wydajność przy kopiowaniu/usuwaniu plików dzięki wprowadzeniu funkcji „free space bitmap” (indeksowanie pustej przestrzeni dyskowej dla poprawy wydajności zapisu plików), • Nieograniczona liczba plików w pojedynczym katalogu. Problemy związane z exFAT • Niemożność użycia funkcji „ReadyBoost” w Windows Vista na nośniku sformatowanym w exFAT, przy czym można korzystać z „ReadyBoost” w systemie Windows 7, • Brak wsparcia dla systemu plików w starszych wersjach systemu Windows bez aktualizacji oraz systemach OS X w wersjach starszych niż Snow Leopard 10.6.5, • Ze względu na warunki licencyjne Microsoftu na system plików exFAT, aktualne dystrybucje Linuxa nie obsługują już natywnie formatowania w tym systemie, • Większość narzędzi dyskowych innych firm (m.in. do diagnostyki, testów, defragmentacji, partycjonowania, bezpiecznego nadpisywania) nie „widzi” lub nie obsługuje dysków i partycji sformatowanych w exFAT. NTFS NTFS (Windows NT, Windows 2000, Windows XP, Windows Vista): system plików nowej generacji standardowo używany w systemach Windows NT i jego następcach zaprojektowany pod kątem pracy z wieloma użytkownikami daje możliwość zaadresowania 2 do potęgi 64 jednostek alokacji maksymalna pojemność dysku to 16 EB (w praktyce 2 TB) prawa dostępu do plików i katalogów system zarządzania zapisem i odczytem danych księgowanie czyli mechanizm, który zwiększa bezpieczeństwo systemu oraz skraca do minimum czas sprawdzania systemu plików po awarii możliwość szyfrowania danych możliwość kompresji danych "w locie" możliwość przydzielania przestrzeni każdemu użytkownikowi osobno. NTFS Wspierany jest także w systemach Linux i Berkeley Software Distribution za pomocą sterownika NTFS-3G, a także w systemie MacOS w trybie tylko do odczytu (z możliwością zapisu przy użyciu dodatkowego oprogramowania NTFS NTFS wywodzi się od systemu plików HPFS, opracowanego przez Microsoft i IBM dla systemu OS/2. Został wprowadzony w celu zastąpienia starszego FAT-u, używanego w MS-DOS. Zaczerpnięte z HPFS ulepszenia w stosunku do FAT-u obejmują obsługę metadanych oraz dodanie struktur poprawiających szybkość pracy z dużą liczbą plików oraz dyskami o dużej pojemności. Dalsze ulepszenia (w stosunku do HPFS) polegają na wprowadzeniu listy kontroli dostępu