DATOTEČNI SUSTAVI HFS+

Transcription

1 SVEUČILIŠTE U ZAGREBU FAKULTET ELEKTROTEHNIKE I RAČUNARSTVA DATOTEČNI SUSTAVI HFS+ Računalna forenzika Zagreb, Siječanj 2017

2 Sadržaj 1. UVOD Metapodatci Datotečni sustavi MFS i HFS B-stablo Datotečni sustav HFS Efektivno korištenje tvrdog diska Univerzalna imena datoteka Bootanje na drugim OS-ovima Organizacija podataka Volume header Literatura... 11

3 1. UVOD Kod računarskih sustava postoje datotečni sustavi koji služe za spremanje podataka unutar memorijskih jedinica. Ukoliko oni ne bi postojali ne bi se moglo kontrolirati kako se ti podatci spremaju kao i dohvaćaju. Uglavnom datotečni sustavi raspoređuju podatke u skupine kojima daju imena ili nekakvu oznaku, pto ih čini lakima za dohvaćanje i identifikaciju. Neki od vrsta datotečnih sustava su datotečni sustav diska, datotečni sustav flasha, datotečni sustav trake, sustav baze podataka i drugi. Kako se razvijala tehnologija tako su se razvijali i načini spremanja podataka, kako zbog efikasnosti tako i zbog potrebe. U ovom radu ću opisati vrste spremanja na Machintosh računalima s posebnim naglaskom na datotečni sustav HFS+. Prvobitni sustav koji je Apple napravio je bio Machintosh datotečni sustav ili MFS. Zbog potreba pri razvitku većih memorija kao i tvrdog diska razvili su hierarhijski datotečni sustav HFS. Zbog istih razloga koji će biti kasnije objašnjeni napravljen je HFS+ format. Završno MAC sustavi uspješno mogu koristiti standardne sustave spremanja koji se koriste na drugim OS-ovima NTFS i exfat. 1

4 2. Metapodatci Metapodatci su vrsta strukturiranih podataka koji daju informacije o drugim podatcima. Neke od tih informacija su objašnjenja, lokacija i opis podatka koji nam olakšava korištenje podataka o kojim nam govori. U različitim okolinama drugačije se interpretira naziv metapodatci. Ponekad se definira kao informacije koje su namjenjene razumijevanju računala, a drugi kao arhive sa elektroničkim sredstvima. Dijele se na tri vrste: opisni metapodatci, strukturalni metapodatci i administrativni metapodatci. Opisni metapodatci: služe kao izvor za pronalazak ili indentifikaciju, te sadržavaju informacije poput naslova, autora, ključnih riječi i sažetka Strukturnlni metapodatci: opisuje kako su složeni objekti sastavljeni, puput stranica koje tvorpe poglavlje Administrativni metapodatci: daju informaciju kako upravljati resursima, kao i to kada su napravljeni, tip datoteke i druga tehnološka svojstva Administrativni podatci se još dijele na metapodatke za upravljanje pravima i metapodatke za očuvanje Metapodatci za upravljanje pravima služe za definiranje intelektualnih vlasničkih prava Metapodatci za upravljanje resursima sadrže informacije potrebne za arhiviranje i očuvanje resursa Za različite vrste datoteka različito se definiraju metapodatci. Na primjer digitalna slika će imati metapodatke koji opisuju veličinu slike, dubinu boje, rezoluciju slike, kada je slika napravljena, brzinu objektiva i slično. Tekstualna datoteka bi sadržavala veličinu datoteke, autora, vrijeme izmjena kao i kratki pregled dokumenta. Metapodatci na web stranicama može sadržavati opis sadržaja stranice, kao i ključne riječi povezane s njom. Metapodatci mogu biti spremljeni i mijenjani unutar baze podataka, koja se naziva metapodatkovni registar ili metapodatkovni repozitorij. Način spremanja metapodataka ima svoj standard za mnogo područja. Na primjer DDI za arhiviranje i sociajalnu znanost, CDWA i VRA Core za umjetnost, Darwin Code za biologiju, CWM za skladištenje podataka i slično. 2

5 3. Datotečni sustavi MFS i HFS Prvi Machintoshov datotečni sustav se zove Machintosh File System (MFS). On se pojavio godine od strane Apple Machintosh računala. Koristio se za spremanje datoteka na 400k diskete. Jedna od stvari po kojij je MFS značajan je uvođenje resource fork -ova za spremanje strukturiranih podataka, kao i spremanje metapodataka potrebnih za podršku grafičkog korisničkog sučelja MAC OS-a. Sustav nije bio hierarhijski, kao i to da nije podržavao hierarhijsku strukturu Machintosha na ekranu. Apple je godine nadogradnjom softvera u MAC OS predstavio hierarhijski datotečni sustav, HFS, nakon čega je ubrzo prekinuta potpora za prethodno korištene sustave MFS. Ovo je prvi MAC datotečni sustav koji se podržava na tvrdom disku. Kako na tvrdom disku, može se koristiti i na disketama, a i djelomično na CD-ROMovima. Također se naziva i standardnim datotečnim sustavom za MAC OS, MAC OS STANDARD. Kao i MFS imao je neke atribute koji ostali tadašknji datotečni sustavi nisu imali, poput FAT datotečnog sustava. A to su mogućnost spremanja glavnih podataka datoteka odvojeno od drugih poput ikona koje bi trebale biti lokalizirane. Svaka datoteka je imala svoj jedinsveni identifikator (ID) umjesto imena datoteka koje su mogle biti duljine 255 znakova. HFS je za razliku od MFS-a, koji je bio optimiziran za rad na disketama kao vrlo sporom mediju, uveden da prevlada neke od problema s performasama koje su došle s uvođenjem većih medija, posebno tvrdih diskova. Najveći problem predstavljalo je vrijeme potrebno za prikazivanje sadržaja datoteke. Kod MFS-a su sve informacije direktorija i datoteka bile spremljene u jednu datoteku, no to je bilo moguće kada nismo imali velik broj datoteka i memorije (par stotina kilobajta i do stotinjak datoteka) jer su se sa velikim povećanjem memorije previše smanjivale performanse. Prvi tvrdi disk zbog kojega je ovaj sustav uveden je bio veličine 20 MB. Rješenje je bilo da se takav sustav spremanja zamijeni nekim koji je pogodan za veće sustave. Jedan od takvih sistema je bio B-stablo (eng. B-tree), koje je moglo biti jako brzo pretraženo bez obzira na veličinu. HFS je također redizajnirao razne strukture da imaju mogućnost spremanja većih brojeva povečavanjem 16-bitnih integera na 32-bitne. Područje koje nije zahvačeno ovom promjenom je veličina memorije te je ostala jednaka tj datoteka na svakom disku. 3

6 3.1. B-stablo B-stablo još zvano balancirano strukturno stablo je samobalancirajuća struktura podatkovnog stabla. Ono dopušta neke od funkcija poput pretraživanja, sekvencijalnog pristupa, ubacivanja i brisanja u logaritamskoj brzini. Za razliku od binarnih stabla B-stablo može imat više od dvoje potomaka i optimizirano je za rad s velikim datotekama, poput externih memorija. Kod formiranja novog stabla ono može imati varijabilni broj čvorova i potomaka. Naravno postoji već neki predefinirani maksimalni raspon čvorova i potomaka kako bi se lakše sortiralo. Kada je podatak stavljen ili maknut sa čvora njegov broj potomaka se mijenja. Kako bi se održao predefinirani raspon čvorovi mogu biti spojeni ili razdvojeni. Stablo naziveno na primjer 3-4 stablo sastoji se od čvorova koji mogu imati 3 ili 4 potomka. Svaki čvor unutar stabla ima određen broj ključeva. Ključevi služe kao razdvajajuče vrijednosti. Na primjer ako čvor ima 3 potomka on mora imati 2 ključa, a1 i a2, pa će sve vrijednosti i lijevom podstablu biti manje od a1, sve vrijednosti u srednjem podstablu izmeđi a1 i a2, a vrijednosti u desnom podstablu veće od a2. Broj ključeva varira između d i 2d, gdje je d maksimalni broj ključeva. Primjer jednog B- stabla može se vidjeti na sljedećoj slici (slika 1.). Slika 1. Primjer B-stabla Algoritmi traženja, ubacivanja i brisanja podatka svi imaju složenost od O(log n). 4

7 Slika 2. Struktura čvora u B-stablu Na ovoj slici može se vidjeti osnovna struktura čvora u stablu. On se sastoji od opisa čvora, popisa zapisa i pomaka popisa zapisa. Slika 3. Opis čvora o o o o o flink broj sljedečeg čvora iste vrste blink broj prethodnog čvora iste vrste kind vrsta čvora height razina, i dubina ovog čvora u stablu numrecords broj zapisa u ovome čvoru U svakom B-stablu ima jedan Header čvor koji sadržava esencijalne podatke u vezi cijelog stabla. 5

8 4. Datotečni sustav HFS+ Machintoshov hierarhijski datotečni sustav plus, HFS+, naziva se još nazivom Mac operativni sustav, OS, extended. Prvi put se pojavio godine gdje je uveden u uporabu sa nadogradnjom MAC OS X 8.1. HFS+ je nadogradnja na datotečni sustav HFS koji se prije koristio kao primarni datotečni sustav na Machintosh računalima. On pruža nekolicinu poboljšanih dizajna pri korištenju. Neki od najvažnijih su učinkovitije korištenje memorijskog prostora, korištenje Unicoda pri imenovanju datoteka i direkotorija i mogućnost korištenja na raznim drugim operativnim sustavima. Tablica 1. Razlike HFS i HFS+ sustava Mogućnost HFS HFS+ Dobit Korisničko ime Broj mogućih alociranih blokova Duljina imena datoteka Kodiranje imena datoteka Podrška podizanja OS-a Veličina kataloga čvorova Maksimalna veličina datoteka MAC OS Standard MAC OS Extended (16 bita) (32 bita) Višestruko smanjeno korištenje diska 31 znak 255 znakova Daje više mogućnosti korisniku MacRoman Unicode Mogućnost korištenja na drugim platformama Sustavni ID Podržava Mogućnost datoteka posvećenu podizanja drugih OS datoteku za sustava iz HFS+-a podizanje 512 bajtova 4 KB Efikasnije spremanje 2 31 bajtova 2 63 bajtova Uvelike povećane veličine datoteka Kao navedeno u tablici najvažnije stvari kojima je doprinjeo HFS+ su efikasnije korištenje tvrdog diska, univerzalna imena datoteka i lagano bootanje sa drugih OSova. 6

9 4.1. Efektivno korištenje tvrdog diska Kod HFS-a sveukupna memorija tvrdog diska raspodjelila se na jednake dijelove koje nazivamo alokacijskim blokovima. Pošto koristi 16 bitni sistem za alokaciju, na disku mora biti manje od 2 16 datoteka. Uobičajeno je veličina alociranih blokova vprvi veći višekratnik od 512 uz to da je manje od blokova. HFS+ datotečnisustav koristi 32 bita za alociranje blokova. Kao takav omogućuje 2 32 ( ) alociranih blokova po particiji. To značajno smanjuje veličinu alociranih blokova, pogotovo na particijama veličine 1 GB ili većima. Zbog manjih veličina blokova smanjuje se i veličina potraćenog memorijskog prostora ukoliko su spremani male datoteke. Također može se spremati više datoteka ukoliko su male Univerzalna imena datoteka HFS koristi 31 znakovno spremanje imena datoteka. Problem je taj što on ne sprema nikakve informacije o tome kako bi imena datoteka trebala biti interpretirana. Imena su sortirana i uspoređivana rutinom koja predstavlja da je korištena Romanian skripta, pri čemu dolazi do mnogo poteškoća u vezi imena koja su pisana drugim jezicima, na primjer japanskim. Zato je HFS+ uveo 255 znakovno spremanje. Također koristi UNICODE koji je univerzalni način spremanja, kao i to da je mogućnost spremanja većih imena korisna u nekim automatiziranim aplikacijama (puput Jave) Bootanje na drugim OS-ovima HFS+ definira jedinstvenu podizaču datoteku (eng. startup file), nestrukturiran fork do kojega je vrlo lagano doći. On daje mogućnost bootanja na operativnim sustavima koji ne podržavaju HFS ili HFS+ format Organizacija podataka HFS plus koristi nekolicinu struktura za kontroliranje i organizaciju podataka (slika 4.). Te strukture su: Volume header ili particijsko zaglavlje Catalog file ili kataloška datoteka Extents overflow file Attributes file Allocation file Startup file 7

10 Slika 4. Organizacija podataka u HFS+ formatu Volume header se uvijek nalazi na fiknome mjestu, 1024 bajta udaljen od početka particije, dok specijalne datoteke se nalaze bilo gdje između Volume headera i Alternate volume headera. HFS+ sadrži informacije o datoteci u HFSPlusForkData strukturi koja se može vidjeti na slici 4. Dvije takve strukture su spremljene, jedna kao podatkovni fork i jedna kao resursni fork. Slika 5. HFS+ fork data struktura o LogicalSize veličina u bajtovima koliko je dostupno podataka u forku 8

11 o ClumpSize definira veličinu skupine podataka unutar cijeloga volume headera o TotalBlocks definira broj blokova koji se nalaze u particiji o Extents polje definiranih granica za fork, sadrži prvih 8 granica, dok se ostale spremaju u extents overflow datoteku. Struktura sadrži startblock i blockcount kao pto se vidi na sljedećoj slici (slika 6.) Slika 6.HFSPlusExtentDescriptor struktura 4.5. Volume header Volume header se nalazi 1024 bajta udaljen od početka particije. Na HFS strukturi istu funkciju ima MDB, koji sadrži informacije odnošene na particiju u cjelosti, kao što vidimo na slici 7. Alternativni volume header koji se nalazi 1024 bajta prije kraja particije sadrži sve isto kao volume header, ali se koristi samo za popravke diska. 9

12 Slika 7. Struktura Volume headera 10

13 5. Literatura [1]Technical note TN1150: [2]Machintosh file system: [3]B-trees in data structure: [4]Hierarchial File System: [5]Fregmentation in HFS Plus Volumes: [6]HFS: The Good & The Bad: [7]Understanding Metadata: 11