Ένα σύστημα αρχείων (File System ή FS) είναι μια μέθοδος για την αποθήκευση και την οργάνωση των δεδομένων των αρχείων που χρησιμοποιούνται σε ένα υπολογιστικό σύστημα. Είναι ο τρόπος οργάνωσης των αρχείων σε μια βάση δεδομένων με σκοπό την αποθήκευση, τη διαχείριση, και την ανάκτηση τους από το λειτουργικό σύστημα του υπολογιστικού συστήματος.

Τα συστήματα αρχείων υλοποιούνται σε συσκευές αποθήκευσης δεδομένων, όπως οι σκληροί δίσκοι (HDD/SSD), οι οπτικοί δίσκοι (CD/DVD) ή οι μνήμες USB flash memory για να καταγράφεται η φυσική θέση των αρχείων πάνω στα μέσα αυτά. Πέρα από αυτό, τα συστήματα αρχείων μπορούν να παρέχουν πρόσβαση σε δεδομένα σε ένα διακομιστή αρχείων, ενεργώντας ως πελάτες (clients)  για ένα πρωτόκολλο δικτύου (π.χ. πελάτες NFS), ή μπορεί να είναι εικονικά (virtual) και να υπάρχουν μόνο ως τρόπος πρόσβασης για τα εικονικά δεδομένα.

Το Λ.Σ είναι υπεύθυνο για να μορφοποιήσει κατάλληλα τα φυσικά μέσα ώστε να είναι σε θέση να αποθηκεύσουν αρχεία. Για το λόγο αυτό τα οργανώνει σε τομείς με αρχεία και καταλόγους (φακέλους) και γνωρίζει ποιοι τομείς ανήκουν σε ποιο αρχείο και ποιοι δεν χρησιμοποιούνται. Τα περισσότερα συστήματα αρχείων αντιστοιχούν τα περιεχόμενα των αρχείων σε μονάδες σταθερού μεγέθους (μπλοκ).  Το μπλοκ  είναι το μικρότερο ποσό χώρου στο δίσκο που μπορεί να διατεθεί για να διατηρηθεί ένα αρχείο.  Τα μπλοκ  οργανώνονται σε μεγαλύτερες ενότητες που ονομάζονται  συμπλέγματα (clusters).

 Ένα σύστημα αρχείων είναι συνήθως ιεραρχικά δομημένο με φακέλους, οι οποίοι περιέχουν αρχεία ή και άλλους φακέλους κ.ο.κ. Το Λ.Σ. κάνει τη σύνδεση με την αντιστοίχιση του ονόματος ενός αρχείου σε κάποιον δείκτη σε ένα πίνακα εκχώρησης αρχείων, όπως είναι ο MFT σε ένα NTFS σύστημα, ή ένα inode ένα σύστημα Linux. Ο δείκτης αυτός οδηγεί στη φυσική θέση του αρχείου και εξυπηρετεί την πρόσβαση στα περιεχόμενα του αρχείου. 

Στο Λ.Σ. των  Windows, η εφαρμογή που χρησιμοποιείται για να προβληθούν τα περιεχόμενα του συστήματος αρχείων, δηλαδή τα αρχεία και οι φάκελοι που υπάρχουν στο σύστημα, είναι η «Εξερεύνηση αρχείων»  . Η εφαρμογή αυτή προβάλλει στην αριστερή πλευρά τις μονάδες αποθήκευσης και την ιεραρχία των φακέλων, ενώ στα δεξιά τα περιεχόμενα του επιλεγμένου φακέλου.

Εικόνα 2.4.1 – Η Εξερεύνηση των αρχείων

Σύστημα FAT

Το σύστημα FAT (File Allocation Table) ήταν το καθιερωμένο σύστημα αρχείων του λειτουργικού συστήματος MS-DOS της Microsoft, το οποίο έχει επεκταθεί και ενσωματωθεί και σε όλες τις νεότερες εκδόσεις λειτουργικών συστημάτων Windows της εταιρείας. Η έκδοση που υποστηρίζεται ακόμα από τα περισσότερα λειτουργικά συστήματα είναι η FAT32 των 32 Μπιτ, αλλά έχει ξεπεραστεί από τα νεότερα συστήματα αρχείων, όπως το NTFS.

Βασικό μειονέκτημα του συστήματος αυτού είναι ότι δεν επιτρέπει την δημιουργία ή αποθήκευση αρχείων μεγαλύτερων από 4 Gbytes. Όμως επιτρέπει την μεταφορά αρχείων από ένα Λ.Σ. σε ένα άλλο, καθώς υποστηρίζεται από πολλά διαφορετικά Λ.Σ.

Σύστημα NTFS

Το σύστημα αρχείων NTFS έχει εκτοπίσει το προηγούμενο FAT ως το προτιμώμενο σύστημα αρχείων για τα λειτουργικά συστήματα Windows της Microsoft. Ενσωματώνει αρκετές βελτιώσεις σε σχέση με το FAT, όπως η καλύτερη υποστήριξη μεταδεδομένων και η χρήση προχωρημένων δομών δεδομένων με σκοπό τη βελτίωση της απόδοσης, της αξιοπιστίας και της εκμετάλλευσης του διαθέσιμου χώρου στο δίσκο. Επίσης έχει  επιπρόσθετες προσθήκες που αφορούν την ασφάλεια του συστήματος, μικρότερο κατακερματισμό αρχείων, ανάκαμψη μετά από αστοχία του συστήματος αρχείων και υποστηρίζει μεγάλο μέγεθος αρχείων.  Μάλιστα το NTFS μπορεί να υποστηρίξει όγκους έως και 8 PetaByte από τα Windows 10 και σε νεότερες εκδόσεις.

Ένας τρόπος να εμφανιστεί το υποστηριζόμενο σύστημα αρχείων είναι μέσα από την Εξερεύνηση των Windows Download File Explorer Icon from Windows 10 Build 18298, να κάνουμε δεξί κλικ πάνω σε έναν τόμο (C:) και να επιλέξουμε ιδιότητες


Εικόνα 2.4.2 – Ιδιότητες των αρχείων

Στα windows με NTFS σύστημα αρχείων, ο πίνακας αντιστοίχισης ονομάτων ονομάζεται Κύριος Πίνακας Αρχείων (MFT). Το MFT είναι ουσιαστικά ένα αρχείο συστήματος με το όνομα $MFT, το οποίο αποθηκεύει πληροφορίες μεταδεδομένων για όλα τα αρχεία και τους φακέλους σε έναν τόμο  διαμορφωμένο σε NTFS. Το MFT λειτουργεί ως ευρετήριο για όλα τα αρχεία και τους φακέλους στον τόμο, παρέχοντας γρήγορη πρόσβαση στις πληροφορίες που απαιτούνται για την ανάκτηση ενός αρχείου.

Κάθε αρχείο και κατάλογος σε έναν τόμο NTFS έχει μια μοναδική εγγραφή στο MFT, η οποία περιέχει πληροφορίες όπως το όνομα του αρχείου, τις χρονικές σημάνσεις, τα δικαιώματα και έναν δείκτη στα δεδομένα του αρχείου. Οι πληροφορίες αυτές ενημερώνονται όταν δημιουργείται ή τροποποιείται ένα αρχείο.

Ασφάλεια στο NTFS

Η ασφάλεια για αρχεία και φακέλους βασίζεται στη λίστα ελέγχου πρόσβασης (ACL). Μέσω αυτής το NTFS επιτρέπει να οριστούν δικαιώματα σε ένα αρχείο ή φάκελο και να καθοριστεί ο τύπος πρόσβασης σε ομάδες και σε χρήστες.

Επίσης προσφέρει υποστήριξη κρυπτογράφησης μονάδας δίσκου (BitLocker), η οποία παρέχει μεγαλύτερη ασφάλεια για κρίσιμες πληροφορίες συστήματος και άλλα δεδομένα που είναι αποθηκευμένα σε τόμους NTFS. Η κρυπτογράφηση συσκευής βοηθά στην προστασία των δεδομένων σε υπολογιστές που βασίζονται σε Windows και αποκλείει την πρόσβαση κακόβουλων χρηστών στα αρχεία συστήματος.

Ανάκαμψη μετά από αστοχία  στο NTFS

Το NTFS χρησιμοποιεί ένα αρχείο καταγραφής και αποθηκεύει τις απαραίτητες πληροφορίες ενός σημείου ελέγχου, ώστε να επαναφέρει τη συνοχή του συστήματος αρχείων κατά την επανεκκίνηση του υπολογιστή και ύστερα από μία αστοχία του λειτουργικού συστήματος. Επίσης αν εντοπιστεί σφάλμα σε τομέα (bad sector), το NTFS αντιστοιχίζει ξανά δυναμικά το σύμπλεγμα μπλοκ (cluster) που περιέχει τον εσφαλμένο τομέα και εκχωρεί ένα νέο σύμπλεγμα  για τα δεδομένα. Επισημαίνει και καταγράφει  επίσης το αρχικό σύμπλεγμα ως κακό (bad cluster) και δεν το χρησιμοποιεί πλέον. Αυτά τα χαρακτηριστικά δίνουν στο NTFS τη δυνατότητα  να μπορεί να ανακτήσει δεδομένα αναπαράγοντας ξανά τα αρχεία καταγραφής του. Αν και το NTFS παρακολουθεί συνεχώς και διορθώνει παροδικά ζητήματα καταστροφής στο παρασκήνιο χωρίς να θέτει τον τόμο εκτός σύνδεσης, υπάρχει περίπτωση να προκύψουν μεγαλύτερα ζητήματα αλλοίωσης στον τόμο. Σε αυτές τις περιπτώσεις υπάρχει το βοηθητικό πρόγραμμα CHKDSK.

Βοηθητική εφαρμογή CHKDSK

Το CHKDSK (check disk) είναι ένα βοηθητικό πρόγραμμα ή εργαλείο του λειτουργικού συστήματος Windows, το οποίο  σαρώνει και αναλύει μια μονάδα δίσκου για σφάλματα του συστήματος αρχείων, με στόχο την αποκατάσταση της συνέπειας των δεδομένων του. Αποτελεί μέρος των εργασιών για την  καλή λειτουργίας του υπολογιστή και βοηθά στον έλεγχο και την επιδιόρθωση σφαλμάτων ενός σκληρού δίσκου και διατηρεί τα δεδομένα του συστήματός οργανωμένα.

Η εκτέλεση του CHKDSK μπορεί να μην επιταχύνει άμεσα τον υπολογιστή, αλλά ελευθερώνει χώρο, γεγονός που συχνά έχει το ίδιο αποτέλεσμα. Γενικά, το CHKDSK εκτελείται μέσω της γραμμής εντολών στα Windows, χρησιμοποιώντας εντολές όπως chkdsk /f ή chkdsk /r.

Υλοποιήστε τις δραστηριότητες 2.4.0.1 - 2.4.0.2