安全性高:NTFS支持基于文件或目录的ACL,并且支持加密文件系统(EFS)。
可恢复性:NTFS支持基于原子事务概念的文件恢复,比较符合服务器文件系统的要求。
文件压缩:NTFS支持基于文件或目录的文件压缩,可以很方便的节省磁盘空间。
磁盘配额:NTFS支持磁盘配额,可针对系统中每个用户分配磁盘资源。
分析NTFS文件系统的结构
当用户将硬盘的一个分区格式化为NTFS分区时,就建立了一个NTFS文件系统。NTFS文件系统同FAT32文件系统一样,也是用“簇”为存储单位,一个文件总是占用一个或多个簇。
NTFS文件系统使用逻辑簇号(LCN)和虚拟簇号(VCN)对分区进行管理。
逻辑簇号:既对分区内的第一个簇到最后一个簇进行编号,NTFS使用逻辑簇号对簇进行定位。
虚拟簇号:既将文件所占用的簇从开头到尾进行编号的,虚拟簇号不要求在物理上是连续的。
NTFS文件系统一共由16个“元文件”构成,它们是在分区格式化时写入到硬盘的隐藏文件(以"$"开头),也是NTFS文件系统的系统信息。
如下表:是NTFS的16个元文件介绍
如下:是NTFS文件系统大致的结构图
分析NTFS文件系统的元文件
在此,我们先复习一下前面的文章《MBR分区结构和GPT分区结构》,如果磁盘采用的是MBR分区结构的话,则硬盘的第一个扇区是MBR扇区,MBR扇区中有分区表,可以根据分区表得知分区的起始位置(也就是DBR的位置)。如果磁盘采用的是GPT的分区结构,那么磁盘的第一个扇区应该是MBR保留扇区,第二个扇区应该是GPT头,第三个扇区应该是分区表,从分区表中我就可以找到分区的起始位置(既DBR)。因此,作者后面的内容都是从分区起始位置(既DBR)开始的,而不是磁盘的0号扇区。
由于各元文件的内容太多,作者只分析工作中所用到的,如果读者感兴趣可以自行去阅读相关资料。
1、分析$Boot元文件
$Boot元文件由分区的第一个扇区(既DBR)和后面的15个扇区(既NTLDR区域)组成,其中DBR由“跳转指令”、“OEM代号”、“BPB”、“引导程序”和“结束标志”组成,这里和FAT32文件系统的DBR一样。下图是一个NTFS文件系统完整的DBR。
下面我们分析一下DBR中的各参数
跳转指令:本身占2字节它将程序执行流程跳转到引导程序处。
OEM代号:这部分占8字节,其内容由创建该文件系统的OEM厂商具体安排。
BPB:NTFS文件系统的BPB从DBR的第12个字节开始,占用73字节,记录了有关该文件系统的重要信息,下表中的内容包含了“跳转指令”、“OEM代号”以及“BPB”的参数。
引导程序:DBR的引导程序占用426字节,其负责完成将系统文件NTLDR装入,对于没有安装系统的分区是无效的。
结束标志:DBR的结束标志与MBR,EBR的结束标志相同,为“55 AA”。
分析$MFT元文件
在NTFS文件系统中,磁盘上的所有数据都是以文件的形式存储,其中包括元文件。每个文件都有一个或多个文件记录,每个文件记录占用两个扇区(既1字节),而$MFT元文件就是专门记录每个文件的文件记录。由于NTFS文件系统是通过$MFT来确定文件在磁盘上的位置以及文件的属性,所以$MFT是非常重要的,$MFT的起始位置在DBR中有描述。$MFT的文件记录在物理上是连续的,并且从0开始编号。$MFT的前16个文件记录总是元文件的,并且顺序是固定不变的,其顺序和表1相同(第一张图片)。
分析文件记录
1、文件记录的结构
文件记录由两部分构成,一部分是文件记录头,另一部分是属性列表,最后结尾是四个“FF”。如下是一个完整的文件记录:
分析文件记录头的结构
在同一系统中,文件记录头的长度和具体偏移位置的数据含义是不变的,而属性列表是可变的,其不同的属性有着不同的含义。后文将对属性进行具体分析,先来看看文件记录头的信息。如下表:是文件记录头的相关信息解释。
分析文件记录属性结构
在NTFS文件系统中所有与文件相关的数据结构均被认为是属性,包括文件的内容。文件记录是一个与文件相对应的文件属性数据库,它记录了文件的所有属性。每个文件记录中都有多个属性,他们相对独立,有各自的类型和名称。每个属性都由两部分组成,既属性头和属性体。属性头的前四个字节为属性的类型。如下是以10H属性为例的属性结构。
另外属性还有常驻与非常驻之分。当一个文件很小时,其所有属性体都可以存放在文件记录中,该属性就称为常驻属性。如果某个文件很大,1KB的文件记录无法记录所有属性时,则文件系统会在$MFT元文件之外的区域(也称数据流)存放该文件的其他文件记录属性,这些存放在非$MFT元文件内的记录就称为非常驻属性。
分析属性的属性头
每个属性都有一个属性头,这个属性头包含了一些该属性的重要信息,如属性类型,属性大小,名字(并非都有)及是否为常驻属性等。
如下是常驻属性的属性头分析表:
如下是非常驻属性的属性头分析:
前面说过了,属性的种类有很多,因此各属性体的含义也不同。下表是NTFS文件系统中的所有属性体的简介。
由于属性体的解释内容太多了,作者就不一一做解释了,只介绍几个工作时常用的属性,其他属性的介绍请查阅相关资料。
分析10H属性
10H类型属性它包含文件的一些基本信息,如文件的传统属性,文件的创建时间和最后修改时间和日期,文件的硬链接数等等。如下:是一个10H类型的属性。
如下:是10H类型属性的解释。
上表中所描述的传统属性补充如下:
分析20H属性
20H类型属性既属性列表,当一个文件需要好几个文件记录时,才会用到20H属性。20H属性记录了一个文件的下一个文件记录的位置。如下:是20H属性的解释。
分析30H属性
30H类型属,该属性用于存储文件名 ,它总是常驻属性。最少68字节,最大578字节,可容纳最大Unicode字符的文件名长度。如下:是一个30H属性的实例。
如下:是30H属性的解释
分析80H属性
80H属性是文件数据属性,该属性容纳着文件的内容,文件的大小一般指的就是未命名数据流的大小。该属性没有最大最小限制,最小情况是该属性为常驻属性。常驻属性就不做多的解释了,如下是一个非常驻的80H属性。
如下:是数据“Run List”部分的解释。
其中该属性的“Run List”值为“32 0C 1B 00 00 0C”,其具体含义如下:
分析90H属性
90H属性是索引根属性,该属性是实现NTFS的B+树索引的根节点,它总是常驻属性。该属性的结构如下图:
索引根的解释如下表:
索引头的解释如下表:
索引项的解释如下表:
分析A0H属性
A0属性是索引分配属性,也是一个索引的基本结构,存储着组成索引的B+树目录索引子节点的定位信息。它总是常驻属性。如下:是一个A0H属性的实例。
根据上图A0H属性的“Run List”可以找到索引区域,偏移到索引区域所在的簇,如下图:
标准索引头的解释如下;
索引项的解释如下:
至此属性分析已经介绍完毕了,下面我们来分析一下数据存储在NTFS文件系统中的具体位置。
1、定位DBR,通过DBR可以得知“$MFT”的起始簇号及簇的大小。
2、定位“$MFT”,找到“$MFT”后,在其中寻找根目录的文件记录,一般在5号文件记录。如下:
4、分析根目录中的文件记录属性,从上图中可以看出文件记录的属性一共有7个,我们可以根据前面分析过的属性进行对照可知道各属性的意思。由于是根目录,目录比较大,所以90H属性是没有内容的,重点在A0属性上。通过属性中的“Run List”定位到其数据流,如下图:是“Run List”的分析。
通过上图A0H属性中的分析,我们可以计算出有6个数据流,如下表:
5、分析NTFS的索引
从上表中分许出6个数据流所对应的LCN号,现在只需要偏移到相应的簇就可以找到索引区域了。
如下图:
6、偏移到索引区域后发现,索引区域的索引项都有子节点,我们根据自己需要找的目标文件,找到相应的索引项并查找索引缓冲区的LCN和VCN对应关系,可得知子节点的起始簇号。如下图:
7、从索引项中可以获取“$MFT”的参考号,然后进入到“$MFT”找到对应的文件记录,如下图:
然后再根据80H属性中的数据流就可以找到文件真正的数据了。
由于NTFS实在是太复杂了,所以文章内容写的有限,并且有大量的截图,所以看起来很乱。就请大家多多包含,写这么多也不容易。
本文转自yun5277 51CTO博客,原文链接:http://blog.51cto.com/dengqi/1351300,如需转载请自行联系原作者