“File Systems”的版本间差异

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=== 分离文件和系统区域 ===
=== 分离文件和系统区域 ===


一些文件系统将元数据和实际内容保存在磁盘上的单独区域中。 这使得特定类型的数据很容易找到，并允许一个特殊的 “自由” 区域。 缺点是你必须跟踪这些区域之间的边界或边界，因为不同情况用途可能会有所不同，并且磁盘必须适应 (大文件: 更多数据，更少元数据; 小文件: 更少数据，更多元数据)。
一些文件系统将元数据和实际内容保存在磁盘上的单独区域中。 这使得特定类型的数据很容易找到，并允许一个特殊的 “自由” 区域。 缺点是你必须跟踪这些区域之间的单个或多个边界，因为不同情况用途可能会有所不同，并且磁盘必须适应 (大文件: 更多数据，更少元数据; 小文件: 更少数据，更多元数据)。
这种方法在[[SFS]]中得到显著应用。
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2022年4月12日 (二) 23:18的最新版本

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文件系统
虚拟文件系统

VFS

磁盘文件系统
CD/DVD 文件系统
Network 文件系统
Flash 文件系统

文件系统是操作系统在磁盘等持久性存储设备上排序数据的方法。 它们提供了一个抽象的接口来访问这些设备上的数据，从而可以有效地读取或修改数据。 哪种文件系统方便取决于操作系统的目标应用程序。 例如，Windows使用FAT32或NTFS文件系统。 如果磁盘容量较大，FAT32就不太方便，因为FAT系统的设计只考虑了当时可用的较小磁盘。 同样，NTFS文件系统在微小磁盘上并不方便，因为它被设计为处理大量数据-使用1.44 MB软盘等设备时会有过多的开销。

有关特定文件系统的详细信息，请浏览文件系统的 这个列表。

文件系统理论

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文件系统提供了持久存储的通用结构，从而可以将设备的低级结构 (例如，磁盘，磁带，闪存存储)进行抽象。 一般而言，文件系统的目标是允许将逻辑数据组组织成 “文件”，可以将其作为一个单元进行操作。 为此，文件系统必须提供实际辅助存储中文件位置的某种索引。 任何文件系统的基本操作是:

  • 跟踪可用存储空间
  • 跟踪哪些数据块属于哪些文件
  • 创建新文件
  • 将现有文件中的数据读取到内存中
  • 更新文件中的数据
  • 删除现有文件

(有洞察力的读者会注意到，最后四个操作- 创建，读取，更新和删除或CRUD（Create,Read,Update和Delete）-也适用于许多其他数据结构，并且是数据库和文件系统的基础。)

此外，还有其他功能与实用的文件系统一起使用:

  • 为文件分配人类可读的名称，并在创建后重命名文件
  • 允许将文件划分为存储中的非连续块，并跟踪文件的各个部分，即使它们在整个介质中被 “碎片化”
  • 提供某种形式的层次结构，允许将文件分为 “目录” 或 “文件夹”
  • 缓冲读写以减少物理介质上的实际操作次数
  • 缓存频繁访问的文件或部分文件，以加快访问速度
  • 允许将文件标记为 “只读”，以防止意外损坏关键数据
  • 提供一种防止未经授权访问用户文件的机制

在某些文件系统上还可以找到其它功能，例如自动加密或读/写活动的日志记录。

索引方法

有几种索引文件内容的方法，最常用的是 “i-nodes” 和 “文件分配表（File Allocation Tables）”。

inodes

Inode (information nodes - 信息节点) 是大多数Unix文件系统中至关重要的设计元素: 每个文件由数据块 (包含你的原始数据位的扇区)，索引块 (包含指向数据块的指针，以便你知道哪个扇区是序列中的第n个) 和一个inode块组成。

inode是索引块的根，如果文件足够小，也可以是唯一的索引块。 此外，由于Unix文件系统支持硬链接 (hard links，同一文件可能会在目录树中出现多次)，inode是存储元数据的自然场所，例如文件大小，所有者，创建/访问/修改时间，锁等。

FAT

文件分配表 (FAT) 是ms-dos及其后代的主要索引机制。 FAT上有几种变体，但一般设计是有一个表 (实际上是一对表，一个表作为第一个表的备份，以防损坏)，其中包含给定大小的块列表，映射到磁盘的整个容量。

文件系统的工作方式

存储磁盘信息有几种常见的方法。 但是，与内存管理相比，管理磁盘介质有一些关键区别:

  • 数据只能以固定大小的块写入。
  • 磁盘上不同位置的访问时间不同。寻道通常是一项昂贵的操作。
  • 数据吞吐量与RAM相比非常小
  • 通常必须人为维护数据

因此，一些文件系统具有专门的结构、算法或其组合以提高速度评级。

分配表

分配表与位图方法相当。 然而，它可能包含其它信息，而不是仅仅拥有一个空闲或占用的字段。 优点是这种结构的使用简单，缺点是这种方法相对较慢，并且需要一组单独的数据来定义使用哪些部分以及按哪个顺序使用。 例如FAT，将链表和分配表组合在相同的结构中。

分离文件和系统区域

一些文件系统将元数据和实际内容保存在磁盘上的单独区域中。 这使得特定类型的数据很容易找到，并允许一个特殊的 “自由” 区域。 缺点是你必须跟踪这些区域之间的单个或多个边界，因为不同情况用途可能会有所不同，并且磁盘必须适应 (大文件: 更多数据，更少元数据; 小文件: 更少数据，更多元数据)。 这种方法在SFS中得到显著应用。

其它方法

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网络文件系统（Network File Systems-NFS）

所有这类文件系统都是从 “后端” 系统的集合中创建大型分布式存储系统的一种方法。 这意味着你无法 (例如) 在 “NFS” 中格式化磁盘，而只能挂载 “虚拟” NFS分区，该分区将反映另一台计算机上的内容。 请注意，基于最新的P2P，密码学和纠错技术 (例如Ocean Store项目或Archival Intermemory)，正在对新一代文件系统进行大量研究。)

有关各种网络文件系统的详细信息请查看此处

操作系统自制者的文件系统

虽然你可以选择 <个人喜欢的XXX文件系统> 作为操作系统主文件系统，但你可能需要考虑实现所有选项。 所以通常你需要先拥有一个可以快速运行的文件系统，以便在实现 “真实文件系统” 之前可以专注于其余部分

起步级别的文件系统

这里只提供五个文件系统，它们相对既容易实现，又值得一试。 没有一般性建议，因为选择在很大程度上取决于样式和操作系统设计。 相反，你可以阅读比较并做出自己有根据的决定。

USTAR

  • + 在这些初学者文件系统中，这是迄今为止最简单的实现
  • + 使用512字节的扇区，就像软盘和磁盘一样
  • + 非常简单，一个包含元数据的扇区，后跟数据扇区
  • + 广泛使用，用于创建tar映像的实用程序可用于每个主流操作系统
  • + 支持特殊文件（如设备和符号链接）
  • + 支持Unix权限
  • - 不支持碎片处理
  • - 没有标准的分区类型，你必须自己选择一个

FAT

  • + 几乎所有的os都可以读写
  • + 软盘的 “标准”
  • + 相对容易实现
  • - 它涉及长文件名和兼容性的一部分是Microsoft的专利
  • - 较大开销
  • - 不支持大型 (>4 GB) 文件
  • - 不支持Unix权限

Ext2

  • + 支持大文件 (通过一个扩展)
  • + 支持Unix权限
  • + 可以放在软盘上
  • + 可以从Linux读写
  • - 不能从Windows本地读取和写入 (但drivers 可用)
  • - 非常大的开销
  • - 在这些初学者文件系统中，这是最复杂的

BMFS

  • + 支持大文件
  • + 作为静态库提供的实现
  • + 附带实用工具，用于在Linux和Windows上创建磁盘映像
  • + 带有FUSE绑定，允许将其安装在Linux系统上
  • + 包含源代码文档
  • - 不支持碎片处理
  • - 对源代码的控制较少

ISO 9660 CDs的定义标准。 如果你从CD启动，那么这就是要走的路。 如果暂时不需要，请不要将其设置为你的第一个文件系统。

开始弄一个自己的

周围有许多不同类型的文件系统，从众所周知的文件系统到更晦涩的文件系统。 关于文件系统最不幸的事情是，每个业余爱好者OS程序员都认为他们设计的文件系统是终极技术，而实际上它通常只是一个FAT的副本，仅这里和那里有一些变化，也许是因为它是最容易实现的。 这个世界不需要另一个像FAT一样的文件系统。 在你决定推出自己的之前，先调查所有的可能性。

如果尽管有此警告，你还是决定创建自己的文件系统，那么你应该通过为其实现 FUSE 驱动程序来开始。 这样做的优点是，你可以将文件系统映像安装为任何其它存储设备，并且可以使用标准工具列出其内容，创建新文件和目录等。 FUSE也可用于Linux，MacOSX和Windows。

如果你真的决定自制的指导方针

  • 仔细考虑它将用于什么。
  • 使用一个程序 (例如电子表格软件)画出布局。需要的基本区域划分是:
    • Bootsector. 除非你使用UEFI引导，否则这是必须的。 即使使用UEFI引导，也建议将其包含在规范中，以与较旧的文件系统兼容。 本节至少应包含磁盘大小、文件表位置、多分区磁盘的隐藏扇区以及版本号。 建议为你想不到的功能留出足够的空间。 不要忘记为jmp指令和引导代码留出空间!
    • File table. 不要认为这只是一个包含文件及其位置列表的简单表。 有一种想法是，系统将存储各个独立文件部分，而不是存储整个文件，并且文件表将列出每个文件中的部分。 如果磁盘上的许多文件相同或相似 (例如许可协议)，这将有助于节省空间。
    • Data area. 文件将存储在这里。
  • 考虑创建一个程序能用来读写文件系统中的磁盘映像。部分内容将可移植到fs驱动程序中。
  • 强烈建议为你的文件系统创建 FUSE 驱动程序。
  • 将fs实现到你的操作系统中。

专家级文件系统

一旦你有一个初学者的文件系统，你可能需要支持更高级的文件系统。 这里有一些: *NTFS (New Technologies File System -Windows) 新技术文件系统。 很难找到文档。 试试Apple NTFS(开源项目)。

另见

Wiki页面

I use a Custom Filesystem - What Bootloader Solution is right for me?

取自“http://wiki.foofun.cn//index.php?title=File_Systems&oldid=1169”