NTFS ist einproprietäresDateisystem vonMicrosoft für alleBetriebssysteme derWindows-NT-Reihe (ab 1993). Die Abkürzung steht fürNew Technology File System.

Im Vergleich zum bis in dieWindows-9x-Reihe verwendeten DateisystemFAT bietet NTFS unter anderem einen gezielten Zugriffsschutz auf Dateiebene sowie größere Datensicherheit durchJournaling. Ein weiterer Vorteil von NTFS ist, dass die Dateigröße nicht wie bei FAT auf 4 GiB beschränkt ist. Allerdings ist NTFS für den Datenaustausch nicht so weit verbreitet wie FAT oder dessen moderne VarianteexFAT, die einige der Einschränkungen wie das 4-GiB-Limit bei der Dateigröße nicht mehr hat. Derart große Dateien werden beispielsweise beim Erstellen vonDVD-Abbildern benötigt. Neben NTFS nutzt Microsoft für einige Einsatzzwecke in seinen Produkten auch das DateisystemReFS.

Als die Entwicklung von Windows NT, dem späterenMicrosoft Windows NT 3.1 begann, war noch nicht klar, welches Dateisystem das zukünftige Betriebssystem benutzen würde. Zu diesem Zeitpunkt existierten das DateisystemFAT16, welches vonMS-DOS verwendet wurde, undHPFS, das Dateisystem vonOS/2. Das Dateisystem FAT war zu diesem Zeitpunkt bereits weit verbreitet, aber nach Ansicht vonDavid Cutler erfüllten sowohl FAT als auch das fortschrittlichere HPFS nicht die Voraussetzungen an Zuverlässigkeit, die er an ein Dateisystem stellte.^[5] Das neue Dateisystem musste nach seiner Ansicht in der Lage sein, beschädigte Dateien automatisch wiederherzustellen. Zudem hatten beide Dateisysteme Beschränkungen in der maximalen Dateigröße und -anzahl, und es war zu erwarten, dass das neue Betriebssystem in Zukunft größere Datenmengen verwalten würde.^[6] Die Entwicklung eines dritten Dateisystems drohte allerdings den Zeitplan des Betriebssystems zu gefährden.^[5]

So begann zunächst die Spezifikationsphase des neuen Dateisystems. Unter FAT16 waren Dateinamen auf das8.3-Format beschränkt. Diese Namen waren durch die erzwungene Kürze oft kryptisch und darüber hinaus schwer zu merken. HPFS unterstützte zwar Dateinamen, die bis zu 255 Zeichen lang sind, aber ältere DOS- oder Windows-Programme konnten solche Dateien nicht sehen. NTFS sollte dieses Problem lösen, indem jeder langeDateiname automatisch eine Kurzform erhielt, durch welche die Datei auch von älteren Anwendungen bearbeitet werden konnte.^[7]

Die Entwicklung des neuen Dateisystems stand jedoch auf wackeligen Beinen. Der April 1991 hätte beinahe das Aus für NTFS bedeutet, als sich mehrere Entwickler dafür aussprachen, die Entwicklung dieses Dateisystems aus Zeitgründen zu beenden. Erst als Cutler, der sich zu dieser Zeit im Urlaub befand, zurückkehrte und die Wiederaufnahme der Entwicklung anordnete, gingen die Arbeiten weiter.^[8] Im Februar 1992 begann die Testphase des neuen Dateisystems.^[9] Erst im Oktober 1992 war das Dateisystem stabil genug für eine Implementierung.^[10]

NTFS erbte viele Konzepte des DateisystemsHPFS vonIBM, das in dem anfangs zusammen mit Microsoft entwickelten BetriebssystemOS/2 verwendet wurde, geht aber in einigen Aspekten weit darüber hinaus.

Im Gegensatz zuInode-basierten Dateisystemen, welche beiUnix zum Einsatz kommen (Konzept: alles ist eine Datei), werden bei NTFS alle Informationen zu Dateien in einer Datei (Konzept: alles ist in einer Datei), derMaster File Table, kurzMFT gespeichert. In dieser Datei befinden sich die Einträge, welche Blöcke zu welcher Datei gehören, die Zugriffsberechtigungen und die Attribute. Zu den Eigenschaften (Attributen) einer Datei gehören unter NTFS Dateigröße, Datum der Dateierstellung, Datum der letzten Änderung, Freigabe, Dateityp und auch der eigentliche Dateiinhalt.

Sehr kleine Dateien und Verzeichnisse werden in der MFT direkt abgespeichert. Größere Dateien werden dann als Attribut in einem Datenlauf gespeichert. Es existieren 4 Stadien des Dateiwachstums.^[11]

Beim Formatieren der Festplatte wird für die MFT ein fester Platz reserviert, der nicht von anderen Dateien belegt werden kann. Wenn dieser Bereich mit Informationen komplett gefüllt ist, beginnt das Dateisystem freien Speicher vom Datenträger zu benutzen, wodurch es zu einerFragmentierung der MFT kommen kann. Standardmäßig wird ein Bereich von 12,5 % der Partitionsgröße für die MFT reserviert.

Beim Speichern vonMetadaten wird einJournal geführt, was bedeutet, dass eine geplante Aktion zuerst in das Journal geschrieben wird. Erst dann wird der eigentliche Schreibzugriff auf die Daten ausgeführt, und abschließend wird das Journal aktualisiert. Wenn ein Schreibzugriff nicht vollständig beendet wird, zum Beispiel wegen eines Absturzes, braucht das Dateisystem nur die Änderungen im Journal zurückzunehmen und befindet sich anschließend wieder in einem konsistenten Zustand.

Die folgende Liste spiegelt die Zuordnung zwischen NTFS- und Windows-Version wider:

• NTFS 1.0 –Windows NT 3.1
• NTFS 1.1 –Windows NT 3.5/3.51 (und Windows NT 3.1 im Dualbootszenario)^[12]
• NTFS 2 –Windows NT 4.0
• NTFS 3.0 – Windows NT 4.0 abService Pack 4 undWindows 2000 (NT 5.0)^[13]
• NTFS 3.1 – abWindows XP (NT 5.1)^[13]

• Einzige Aufwärtskompatibilität besteht für Version 3.0 zu 3.1, da die Datenträgerformate identisch sind. Somit kann selbst Windows NT 4.0 noch auf Windows-XP-Partitionen zugreifen, mit Ausnahme des für Windows-Domänencontroller nötigenUSN-Journals bei einem Dualbootszenario auf demselben Rechner.^[13] Windows NT 3.1 lässt sich mithilfe aktualisierter Systemdateien aus Windows NT 3.5 aktualisieren (NTFS 1.0 zu Version 1.1), wofür Microsoft eine offizielle Anleitung veröffentlicht hat.^[12]
• Grundsätzlich sind alle übrigen Versionen von NTFS zu früheren Versionen abwärtskompatibel (spätere Windows-Versionen haben Vollzugriff auf ältere NTFS-Versionen), aber zu späteren Versionen sind sie ohne aktualisierten Treiber nicht aufwärtskompatibel.

Die Unterschiede gegenüber FAT sind:

• effiziente Speichernutzung beiPartitionen über 400MiB
• Metadaten-Journaling: die Dateisystemstrukturen befinden sich immer in einem konsistenten Zustand
• lange Dateinamen: Dateinamen können im Gegensatz zuFAT16 auch nativ (ohneVFAT) bis zu 255 Zeichen lang sein und aus fast beliebigenUnicode-Zeichen bestehen. NTFS unterscheidet zwischen Groß- und Kleinschreibung; dies wird zwar vonWin32-Anwendungen nicht unterstützt,POSIX-Anwendungen können aber auch Dateien, die sich ausschließlich in der Groß- und Kleinschreibung unterscheiden, korrekt verwalten.^[14]
• eine maximale Länge des kompletten Pfadnamens von 32.767 Zeichen (allerdings beschränkt Windows bis zur Version Windows 10 Build 14352 die nutzbare Länge auf 260 Zeichen)
• flexible Rechteverwaltung durch Verwendung vonAccess Control Lists
• maximale Dateigröße von theoretisch 16 Exbibyte (EiB)
• schnelle und effiziente Speicherung von kleinen Dateien direkt in der MFT (ab Windows NT 3.51 werden standardmäßig 4096Byte großeCluster verwendet)
• Speicherung vonalternativen Datenströmen
• transparente Komprimierung von Dateien (wird, obwohl von Beginn an entwickelt, erst ab der VersionWindows NT 3.51 implementiert und nur bei unverschlüsselten Dateien und Clustergrößen bis 4 KiB unterstützt).

• Datenverschlüsselung (nur auf Dateiebene)

• Transparente Dateiverschlüsselung mitEFS (nicht in der Windows XP Home Edition und nur bei unkomprimierten Daten)
• Kontingente, um den verwendbaren Festplattenplatz für einzelne Nutzer zu beschränken,
• Analysepunkte (englischReparse Point) zur Verknüpfung von Aktionen/Funktionen mit Dateien oder Verzeichnissen,
• Harte Links: Jede Datei kann von bis zu 1023 Dateinamen referenziert werden (eine Datei, viele Namen),
• für Dateien mit vielen Leerinhalten werden, wenn sie alsDatei mit geringer Datendichte gekennzeichnet sind, nur tatsächlich geschriebene Abschnitte gespeichert.
• Erhöhte Defragmentierungsgeschwindigkeit.^[15]

Analysepunkte (englisch auchreparsepoint genannt) stellen eine flexible Erweiterung für das Dateisystem dar, indem es Dateisystemeinträge mit Funktionen verknüpft. Diese können auf vielfältige Art verwendet – so etwa über den Befehlfsutil verwaltet – und auch in zukünftigen Versionen erweitert werden. Ein Dateisystemtreiber, der eine bestimmte Art Analysepunkt nicht kennt, führt diesen nicht aus. Beim Zugriff auf einen Analysepunkt werden die funktionsspezifischen Analysedaten dynamisch durch die entsprechende Funktion ausgewertet (daher „Analyse“). Dies impliziert, dass eine solche Analyse auch fehlschlagen kann und ein Zugriff auf die durch den Analysepunkt bereitgestellten Daten (möglicherweise durch aktuelle, vorübergehende Umstände) nicht möglich ist.

Folgende Funktionen werden derzeit von NTFS unterstützt:

• Abzweigungspunkte, um Verzeichnisverbindungen mit Verzeichnissen zu verbinden.
• Bereitstellungspunkte, umlogische Datenträger in andere Verzeichnisseeinzubinden.
• Symbolische Verknüpfungen, um Dateieinträge mit Dateien zu verknüpfen. Diese wurden mitVista eingeführt und unterstützen, anders als die zuvor genannten Analysepunkte, auch Verweise zu nicht lokalen Objekten – sie können also (ebenso wie dieBereitstellungspunkte) über (physische) Datenträgergrenzen hinaus verweisen.

Mit der Einführung vonWindows Vista wurde das NTFS-Dateisystem um das Konzeptatomarer Operationen (Transaktionen) erweitert. Dieses transaktionsbasierte NTFS (englischTransactional NTFS; kurz: TxF) ermöglicht es Anwendungen, Dateioperationen atomar auszuführen. Veränderungen am Dateisystem werden also nur dann ausgeführt, wenn die gesamte Transaktion erfolgreich durchgeführt werden konnte. Zu einer Transaktion kann dabei eine Einzeloperation oder eine Abfolge von Dateioperationen gehören (beispielsweise das Erzeugen, Löschen oder Umbenennen einer oder mehrerer Dateien bzw. Verzeichnisse).

Transactional NTFS wurde auf Basis des ebenfalls mit Windows Vista eingeführtenKernel Transaction Manager^[16] (KTM) implementiert, der Transaktionen auf der Ebene desKernels ermöglicht. Es erweitert die bereits in vorigen NTFS-Versionen enthaltene Journal-Funktionalität, die sich auf die Integrität der Strukturen des Dateisystems beschränkt, um folgende Möglichkeiten:

• Atomare Operationen auf Einzeldateien:

Ein Beispiel hierfür ist das Speichern einer Datei durch eine Anwendung: Kam es bislang während des Schreibvorgangs zu einem Programm- oder Rechnerabsturz, wurde unter früheren NTFS-Versionen nur ein Teil der Daten geschrieben, was zu einer unvollständigen Datei führen konnte. Dies war insbesondere problematisch, wenn eine frühere Dateiversion ersetzt bzw. überschrieben werden sollte – Datenverlust war die Folge.

• Atomare Operationen, die mehrere Dateien umfassen:

Wenn eine Applikation an mehreren Dateien gleichzeitig Veränderungen durchführen muss, können alle notwendigen Dateioperationen in einer Transaktion zusammengefasst und eine Dateninkonsistenz im Falle eines Fehlers vermieden werden.

• Atomare Operationen über Rechnergrenzen hinweg:

Die Durchführung gleicher Operationen auf mehreren Rechnern ist eine übliche administrative Aufgabe; beispielsweise in einem Rechnerverbund eines Unternehmens. Transactional NTFS interagiert mit demDistributed Transaction Coordinator (DTC) und stellt sicher, dass Änderungen erfolgreich auf allen beteiligten Rechnern, die Transactional NTFS unterstützen, durchgeführt werden konnten (z. B. die zentrale Synchronisation mehrererArbeitsplatzrechner).

Windows unterstützt Transaktionen abWindows Vista bzw.Windows Server 2008. Mittlerweile empfiehlt Microsoft allerdings den Einsatz von Alternativen, die API muss damit alsdeprecated betrachtet und von einem Einsatz abgeraten werden.^[17]

Je nach Größe des Laufwerks werden folgende Standard-Clustergrößen vergeben:^[18]

„nicht unterstützt (MBR)“ = DerMaster Boot Record unterstützt nur Laufwerke bis 2 Tebibyte, darüber hinaus wird dieGUID Partition Table verwendet, welche erst ab Windows 2000 und von Computern mitExtensible Firmware Interface unterstützt wird.

Dateinamen

Dateinamen sind auf 255UTF-16 Zeichen beschränkt. Bestimmte Namen sind reserviert und können nur im Root-Verzeichnis eines Laufwerkes vergeben werden. Diese sind: $MFT, $MFTMirr, $LogFile, $Volume, $AttrDef, . (Punkt), $Bitmap, $Boot, $BadClus, $Secure, $Upcase und $Extend.^[19] Pfade sind auf rund 32.767 Zeichen (UTF-16) beschränkt,^[20] mit einigen API-Funktionen jedoch auf nur 260 Zeichen.^[21]

Lange und kompatible kurze Dateinamen

Wenn Dateien ihren langen Dateinamen verloren haben und auf Dateien mit langem Dateinamen, aber denselben8.3-Kurznamen treffen, kann es zu – auf den ersten Blick nicht ersichtlichen – Namenskollisionen kommen. Dies kann auch auftreten, nachdem beide Dateien in einem anderen Verzeichnis vorher friedlich koexistierten, wo die LFN-Datei einen anderen Kurznamen hatte.

Maximale Laufwerksgrößen

Theoretisch ist die maximale Laufwerksgröße von NTFS 2⁶⁴−1 Cluster. In der Praxis wird sie aber vom Betriebssystem eingeschränkt. Unter Windows XP Professional liegt sie bei 2³²−1 Cluster, was beispielsweise bei Verwendung von 64 KiB pro Cluster einer maximalen Laufwerksgröße von 256 TiB minus 64 KiB entspricht (unter Verwendung der Standardclustergröße von 4 KiB läge das Maximum bei 16 TiB minus 4 KiB). Da aber der Master Boot Record (MBR) nur Partitionen bis 2 TiB (≈ 2,2 TB) zulässt, müssen für mehr als 2 TiB dynamische oderGPT-Volumes benutzt werden. Das Booten von so einem Volume benötigt bei Microsoft Windows ein System mitEFI und 64Bit.^[22][23]

Maximale Dateigröße

Die maximale Dateigröße unter NTFS liegt theoretisch bei 16 EiB (16 × 1024⁶ = 2⁶⁴ Bytes) minus 1 KiB (18.446.744.073.709.550.592 Bytes). In der Praxis jedoch vom Betriebssystem eingeschränkt: unter Windows XP 16 TiB (2⁴⁴ Bytes) minus 64 KiB.^[23]

Dateien pro Laufwerk

Theoretisch 4.294.967.295 Dateien (2³²−1), was der maximalen Cluster-Anzahl entspricht, jedoch weiteren Ausnahmen und Restriktionen unterliegt.^[23]

FürDOS-basierte Betriebssysteme, zu denen auch die BetriebssystemeWindows-9x-Reihe zählen, existieren Treiber wieNTFS4DOS, die einen vollständigen Zugriff auf NTFS-Laufwerke ermöglichen.^[24]Linux sowie einige BSD-Variante inklusive macOS unterstützten überUser-Mode-TreiberNTFS-3G vollständigen Lese- und Schreibzugriff, Lesezugriff auf verschlüsselte Dateien und die Formatierung von Datenträgern in NTFS.^[25] MitLinux-Kernel-Version 5.15 fügteParagon seinen Treiber in den Hauptzweig ein.^[26]macOS kann ab Version 10.3 NTFS-Dateisysteme lesen, aber nicht schreiben. In Version 10.6 (Snow Leopard) wurde eine versteckte Schreibfunktionalität gefunden, die aber nicht offiziell freigegeben ist.^[27]

• Liste von Dateisystemen

• Harald Bögeholz:Datenleger. Defragmentierprogramme für NTFS. (c’t 21/2005, S. 178)

• Microsoft NTFS Technical Reference imMSDN (englisch)
• Detaillierte Informationen zu NTFS (englisch)
• Optimizing NTFS (englisch)
• An Introduction to NTFS (englisch)

1. ↑ColinFinck: time-rs / time – Use case for ‚large-dates‘ feature flag #306. (GitHub-Diskussion) In: GitHub. 29. März 2022, abgerufen am 16. August 2024 (englisch): „…time for years up to the maximum 60056 supported byNtfsTime.“ 
2. ↑Learn / Windows / Apps / Win32 / API / Minwinbase.h: SYSTEMTIME-Struktur (minwinbase.h). Microsoft, 4. März 2024, abgerufen am 16. August 2024: „Das Jahr. Die gültigen Werte für dieses Element sind 1601 bis 30827.“ 
3. ↑Interpretation of NTFS Timestamps. In: Forensic Focus. Upstart Digital Media Ltd, 6. April 2013, abgerufen am 16. August 2024 (englisch): „The documentation ofFileTimeToSystemTime(), as well as practical tests, indicate that the FILETIME value to be translated must be 0x7FFFFFFFFFFFFFFF or less. This corresponds to the time 30828-09-14 02:48:05.4775807.“ 
4. ↑vectorsoft.de:Neue Funktion FsiStamp(): Zeitstempel in Dateisystemen, 13. März 2012, abgerufen am 29. Januar 2021.
5. ↑^abG. Pascal Zachary:Showstopper! The breakneck race to create Windows NT and the next generation at Microsoft. E-Rights/E-Reads, New York 2009,ISBN 0-7592-8578-0,S. 129 f. 
6. ↑Zachary, S. 133.
7. ↑Zachary, S. 146 f.
8. ↑Zachary, S. 148–150.
9. ↑Zachary, S. 218.
10. ↑Zachary, S. 239.
11. ↑kexugit: Archived MSDN and TechNet Blogs. Abgerufen am 8. Januar 2023 (amerikanisches Englisch). 
12. ↑^abSTOP 7B When Not Updating File Systems for Windows NT 3.1. support.microsoft.com, abgerufen am 16. November 2015
13. ↑^abcNeue Möglichkeiten und Features des Dateisystems NTFS 3.1 – Seite beiMicrosoft Hilfe und Support; Stand: 1. Dezember 2007
14. ↑Microsoft Knowledge Base - Filenames are Case Sensitive on NTFS Volumes. Abgerufen am 15. März 2013. 
15. ↑Dateisysteme im Vergleich – FAT32 vs. NTFS. In:Allround-PC.com, abgerufen am 15. November 2013.
16. ↑Dokumentation zum Kernel Transaction Manager (englisch)
17. ↑Alternatives to using Transactional NTFS. In: Microsoft.com. 5. Dezember 2013, abgerufen am 13. Januar 2014 (englisch): „Microsoft strongly recommends developers investigate utilizing the discussed alternatives (or in some cases, investigate other alternatives) rather than adopting an API platform which may not be available in future versions of Windows.“ 
18. ↑Default cluster size for NTFS, FAT, and exFAT. KB 140365 (Revision: 9.1). Microsoft, 12. Juli 2013, abgerufen am 16. März 2014 (englisch). 
19. ↑Archiveddocs: How NTFS Works: Local File Systems. Abgerufen am 8. Januar 2023 (amerikanisches Englisch). 
20. ↑alvinashcraft: Benennen von Dateien, Pfaden und Namespaces - Win32 apps. Abgerufen am 8. Januar 2023 (deutsch). 
21. ↑[MS-VDS]: MAX_PATH. Abgerufen am 8. Januar 2023 (amerikanisches Englisch). 
22. ↑Booting from GPT. Abgerufen am 8. Januar 2023. 
23. ↑^abcWorking with File Systems. Abgerufen am 8. Januar 2023 (amerikanisches Englisch). 
24. ↑Ingo Pakalski: Freeware erlaubt vollen NTFS-Zugriff von DOS aus. In: golem.de. 13. Oktober 2004, abgerufen am 8. Januar 2023. 
25. ↑Michael Diestelberg: Community stellt freien NTFS-Treiber für Linux fertig. In: winfuture.de. 21. Februar 2007, abgerufen am 8. Januar 2023. 
26. ↑Sebastian Grüner: Linux-Kernel bekommt neuen NTFS-Treiber. In: golem.de. 6. September 2021, abgerufen am 8. Januar 2023. 
27. ↑Alvares, Milind: Snow Leopard’s hidden NTFS read/write support. 2. Oktober 2009, archiviert vom Original am 30. März 2015; abgerufen am 30. Juli 2015. 

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