探索NTFS

NTFS是Windows NT引入的新型文件系统，它具有许多新特性。本文旨在探索NTFS的底层结构，所叙述的也仅是文件在NTFS卷上的分布。NTFS中，卷中所有存放的数据均在一个叫$MFT的文件中，叫主文件表(Master File Table)。而$MFT则由文件记录(File Record)数组构成。File Record的大小一般是固定的，通常情况下均为1KB，这个概念相当于Linux中的inode。File Record在$MFT文件中物理上是连续的，且从0开始编号。$MFT仅供File System本身组织、架构文件系统使用，这在NTFS中称为元数据(Metadata)。以下列出Windows 2000 Release出的NTFS的元数据文件(我将要给出的示例代码的部分输出结果)。
File Record(inode) FileName
------------------ --------
0 $MFT
1 $MFTMirr
2 $LogFile
3 $Volume
4 $AttrDef
5 .
6 $Bitmap
7 $Boot
8 $BadClus
9 $Secure
10 $UpCase
11 $Extend

Windows 2000中不能使用dir命令(甚至加上/ah参数)像普通文件一样列出这些元数据文件。实际上File System Driver(ntfs.sys)维护了一个系统变量NtfsProtectSystemFiles用于隐藏这些元数据。默认情况下，这个变量被设为TRUE，所以使用dir /ah将得不到任何文件。知道这个行为后使用i386kd修改NtfsProtectSystemFiles后即可以列出元数据文件：

kd> x ntfs!NtfsProtect*
fe213498 Ntfs!NtfsProtectSystemFiles
fe21349c Ntfs!NtfsProtectSystemAttributes
kd> dd ntfs!NtfsProtectSystemFiles l 2
fe213498 00000001 00000001
kd> ed ntfs!NtfsProtectSystemFiles 0
kd> dd ntfs!NtfsProtectSystemFiles l 2
fe213498 00000000 00000001
kd>

D:\>ver

Microsoft Windows 2000 [Version 5.00.2195]

D:\>dir /ah $*
驱动器 D 中的卷是 W2KNTFS
卷的序列号是 E831-9D04

D:\ 的目录

2000-04-27 19:31 36,000 $AttrDef
2000-04-27 19:31 0 $BadClus
2000-04-27 19:31 67,336 $Bitmap
2000-04-27 19:31 8,192 $Boot
2000-04-27 19:31 <DIR> $Extend
2000-04-27 19:31 13,139,968 $LogFile
2000-04-27 19:31 27,575,296 $MFT
2000-04-27 19:31 4,096 $MFTMirr
2000-04-27 19:31 131,072 $UpCase
2000-04-27 19:31 0 $Volume
9 个文件 40,961,960 字节
1 个目录 51,863,552 可用字节

需要指出的是ntfs.sys将元数据文件以一种特殊的方式打开，所以在打开NtfsProtectSystemFiles后，如果使用ReadFile等产生IRP_MJ_READ等IRP包时将会导致Page Fault(详见Gary Nebbett的《Windows NT/2000 Native API Reference》)。

以上的讨论均是基于$MFT文件而讨论的，即基于$MFT中的File Record(inode)讨论的。为更好的继续以下的讨论，这儿我列出File Record Header的结构：

typedef struct {
ULONG Type;
USHORT UsaOffset;
USHORT UsaCount;
USN Usn;
} NTFS_RECORD_HEADER, *PNTFS_RECORD_HEADER;

typedef struct {
NTFS_RECORD_HEADER Ntfs;
USHORT SequenceNumber;
USHORT LinkCount;
USHORT AttributesOffset;
USHORT Flags; // 0x0001 = InUse, 0x0002 = Directory