Definition Was ist das New Technology File System (NTFS)?

Das New Technology File System (NTFS) ist ein von Microsoft für das Betriebssystem Windows entwickeltes File- beziehungsweise Dateisystem. Es löst das ältere FAT32-Dateisystem ab und bietet zahlreiche Vorteile und Funktionserweiterungen. Unterstützt werden individuelle Zugriffsrechte, Komprimierung, Verschlüsselung und sehr große Partitions- und Dateigrößen.

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Die Abkürzung NTFS steht für „New Technology File System“. Es handelt sich um ein für Windows NT entwickeltes Dateisystem zur Speicherung und zum Lesen von Daten. Microsoft löst mit dem New Technology File System das bis Windows 95 verwendete FAT-Dateisystem (File Allocation Table) ab. Die Veröffentlichung seitens Microsoft erfolgte mit der Freigabe des Betriebssystems Windows NT 3.1 im Jahr 1993. Das ältere FAT-Dateisystem wird aber nach wie vor unterstützt und für bestimmte Anwendungsbereiche genutzt.

Das neue Filesystem bringt Verbesserungen hinsichtlich Sicherheit, Performance und Funktionsumfang mit. Unter anderem werden individuelle Zugriffsrechte, Komprimierung, Verschlüsselung und sehr große Partitions- und Dateigrößen unterstützt. Zudem existiert ein Journal, dass die Fehleranfälligkeit des Dateisystems bei Abstürzen stark reduziert. Seit 1993 wurde NTFS mehrfach überarbeitet und in verschiedenen Versionen aktualisiert. Auch andere Betriebssysteme wie Linux oder macOS unterstützen mit speziellen Treibern und Programmen das Micorosoft-Dateisystem.

Die zentralen Merkmale des New Technology File Systems

Eines der zentralen Merkmale von NTFS ist, dass sehr große Dateien und Partitionen unterstützt werden. Zur Protokollierung der Datei-Cluster kommt eine Baum-Indexstruktur zum Einsatz. Weitere wichtige Merkmale des Dateisystems sind:

• Unterstützung von Kontrolllisten zur Festlegung der Zugriffsrechte,

• integriertes Verfahren zur Dateikompression auf Dateisystemebene,

• Unterstützung von sehr langen und Unicode-Dateinamen,

• integriertes Verfahren zur Verschlüsselung der Daten (EFS-Verschlüsselung – Encrypting File System),

• erhöhte Sicherheit der Daten durch die Nutzung eines Journals für Metadaten,

• automatische Fehlerkorrektur- und Datenwiederherstellungsverfahren nach Abstürzen,

• Unterstützung von Kontingenten und Diskquotas.

Aufbau eines mit NTFS formatierten Dateisystems und die Funktion des Master File Tables

Eine mit NTFS formatierte Festplattenpartition besitzt einen definierten Aufbau. Sämtliche Dateien auf der Festplatte sind in so genannten Clustern gleicher Größe gespeichert. Die Clustergröße bei NTFS kann unterschiedlich sein und zwischen 512 Byte und 64 Kilobyte liegen. Abhängig von der Kapazität der Festplatte ist eine bestimmte Größe empfohlen. Die Clustergröße stellt einen Kompromiss zwischen effizienter Verwaltung des Speicherplatzes und Geschwindigkeit durch Minimierung der Festplattenzugriffe dar.

Große Cluster gehen mit dem zur Verfügung stehenden Speicherplatz nicht effizient um, kleine Cluster führen zu vielen Festplattenzugriffen und niedrigen Übertragungsgeschwindigkeiten. Je größer eine Festplatte ist, desto größer ist die empfohlene Clustergröße. Die bei der Formatierung festgelegte Clustergröße lässt sich nicht in kleinere Einheiten aufteilen.

Im Master File Table (MFT) werden Informationen zu allen auf einer NTFS-Festplatte gespeicherten Dateien eingetragen. Der MFT ist eine Tabelle zur Verwaltung des verwendeten Speicherplatzes. Beispielsweise sind im MFT Informationen gespeichert, die es ermöglichen, eine auf verstreuten Clustern abgelegte Datei aufzufinden und zusammenzusetzen. Im Gegensatz zu den Dateisystemen FAT16 und FAT32 hat der Master File Table keine feste Position auf dem Datenträger.

Sind einzelne Sektoren einer Festplatte defekt, lässt er sich verschieben. Auf jedem NTFS-Datenträger ist ein bestimmter Prozentsatz (in der Regel 12,5 Prozent) für den MFT reserviert. Innerhalb des MFTs hat jede Datei einen Eintrag. Auch Verzeichnisse werden vom MFT als Dateien betrachtet.

Gespeicherte Attribute (Metadaten) einer Datei sind Name, Datum (Erstellung, Änderung), Dateigröße, Dateityp, Freigaben und auch der eigentliche Inhalt. Kleinere Dateien können komplett im MFT gespeichert sein. Bei größeren Dateien verweist der Eintrag im MFT auf die verwendeten Cluster außerhalb der Tabelle, die zur Datei gehören.

Sämtliche geplanten Speichervorgänge von Metadaten werden in einem Journal protokolliert, noch bevor sie durchgeführt werden. Nach erfolgter Speicherung wird das Journal aktualisiert. Kann ein Schreibvorgang beispielsweise aufgrund eines Systemabsturzes nicht vollständig abgeschlossen werden, lässt sich die Konsistenz des Datenträgers wieder herstellen, indem die Änderung des Journals zurückgenommen wird.

Vorteile des Dateisystems

Das NTFS-Dateisystem bietet für Nutzer und Betriebssysteme zahlreiche Vorteile. So sind die von anderen Filesystemen bekannten langwierigen Festplattenprüfungen nach Systemabstürzen durch die Journal-Funktion im Prinzip überflüssig. Darüber hinaus ist die maximale Datei- und Partitionsgröße stark erweitert. Weitere Vorteile sind:

• Hohe Datenraten beim Schreiben und Lesen der Daten

• Unterstützung durch aktuellste Betriebssysteme

• Intelligente Mechanismen zur Vermeidung der Fragmentierung

• Schnellere Defragmentierung

• Komprimierung von Dateien und kompletten Datenträgern

• Verschlüsselung der Daten auf Filesystemebene

• Vermeidung von Datenverlusten nach Abstürzen durch Logging im Journal

• Festlegung von Dateizugriffsrechten

Die verschiedenen Versionen

Mit der Veröffentlichung neuer Windows-Versionen wurden kontinuierlich neue NTFS-Versionen freigegeben. Hier ein kurzer Überblick über die verschiedenen NTFS- und Microsoft-Windows-Versionen:

• Microsoft Windows NT 3.1 - New Technology File System Version 1.0

• Microsoft Windows NT 3.5 und 3.51 - New Technology File System Version 1.1

• Microsoft Windows NT 4.0 - New Technology File System Version 2

• Microsoft Windows NT 4.0 Service Pack 4, NT 5.0 und Windows 2000 - New Technology File System Version 3.0

• Microsoft Windows XP und NT 5.1 - New Technology File System Version 3.1

Grundsätzlich besteht eine Abwärtskompatibilität zu älteren NTFS-Versionen. Eine Aufwärtskompatibilität ist nur durch die Nutzung aktualisierter Treiber gegeben.

Abgrenzung zum FAT-Dateisystem

Die Abkürzung FAT steht für File Allocation Table. Es handelt sich um ein seit circa 1980 eingesetztes Filesystem für diverse DOS- und Windows-Betriebssysteme. FAT32 wurde von Microsoft entwickelt und mit Windows 95B im Jahr 1996 eingeführt. Es ergänzt die Vorgängerversion FAT16. FAT32 ist mit allen Windows-Versionen seit Windows 95B nutzbar. Ein wesentlicher Unterschied zu NTFS ist, dass die maximale Dateigröße bei FAT32 auf vier Gigabyte beschränkt ist. Die Partitionsgröße einer mit FAT32 formatierten Partition liegt bei der typischen Sektorgröße von 512 Byte bei zwei Terabyte. Mit einer Sektorgröße von vier Kilobyte sind 16 Terabyte große Partitionen möglich. FAT32 oder FAT16 bieten keinen gezielten Zugriffsschutz auf Dateiebene. Darüber hinaus sind Daten nach einem Systemabsturz der Gefahr des Verlusts ausgesetzt, da keine umfassende Journalfunktion existiert. Weitere Nachteile von FAT sind das Fehlen von Verschlüsselungs- und Komprimierungsfunktionen auf Dateiebene.

Nutzung von NTFS mit Nicht-Microsoft-Betriebssystemen

Obwohl es sich bei NTFS um ein proprietäres Filesystem von Microsoft handelt, ist es mit anderen Nicht-Windows-Betriebssystemen nutzbar. Beispielsweise existieren für DOS-basierte Systeme Treiber wie NTFS4DOS, mit denen auf NTFS-Laufwerke zugegriffen werden kann. Linux-Systeme sind in der Lage, über Kerneltreiber und andere Treiber wie NTFS-3G NTFS-Datenträger zu nutzen. Mac-Rechner von Apple unterstützen das Lesen von NTFS-Datenträgern ab der Version macOS 10.3. Alternativ ist die Nutzung des NTFS-3G-Treibers auf Mac-Rechnern zum Lesen, Schreiben und Löschen von Daten auf NTFS-Laufwerken möglich.

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