“File Systems”的版本间差异
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2022年1月13日 (四) 05:21的版本
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| 文件系统 |
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| 虚拟文件系统 |
| 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订购数据的方法。 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，则FAT32不方便，因为FAT系统的设计考虑了当时可用的较小磁盘。 同时，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 this list。
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，从而可以抽象出设备的低级结构 (例如，磁盘，磁带，闪存存储)。 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
- 跟踪哪些或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-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他功能，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”。
inodes
Inode (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 (包含您的原始数据位的扇区)，索引块 (包含指向数据块的指针，以便您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 (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，它可能包含其他信息，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。 FAT 例如，将链表和分配表组合在相同的结构中。
单独的文件和系统区域
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。 缺点是您必须跟踪这些区域之间的边界或边界，因为用法可能会有所不同，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。
其他方法
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网络文件系统 Network File Systems NFS
所有这些文件系统都是从 “后端” 系统的集合中创建大型分布式存储系统的一种方法。 这意味着您无法 (例如) 在 “NFS” 中格式化磁盘，而是安装了 “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 查看此处
= 用于OSDevers的文件系统 =
虽然您可以选择 <在此插入收藏夹文件系统> 作为操作系统主文件系统，但您可能需要考虑所有选项。 通常，您需要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
“初学者” 的文件系统
只有五个文件系统既相对容易实现，又值得考虑。 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，您可以阅读比较并做出自己有根据的决定。
+在这些初学者文件系统中，这是迄今为止最简单的实现-不支持碎片-没有标准分区类型，您必须自己选择一个
+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 patented by Microsoft-大开销-不支持大型 (>4 GB) 文件-不支持Unix权限
+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
+支持大文件+作为静态库提供的实现+附带实用程序，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-对源代码的控制较少
ISO 9660 CDs的定义标准。 如果您从CD启动，那么这就是要走的路。 如果没有，请不要将其设置为您的第一个文件系统。
开始一个你自己的
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，您还是决定创建自己的文件系统，那么您应该通过为其实现 FUSE 驱动程序来开始。 这样做的优点是，您可以将文件系统映像安装为任何其他存储设备，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。
指导方针，如果你真的决定自己滚动
- 仔细考虑它将用于什么。
- 使用程序找出布局 (例如电子表格)。需要的基本领域是:
- Bootsector。除非您使用UEFI启动，否则这是必须的。即使这样，也建议将其包含在规范中，以与较旧的文件系统兼容。此部分应至少包含磁盘大小，文件表的位置，多个分区磁盘的隐藏扇区以及版本号。我会为您没有想到的功能留出足够的预留空间。不要忘记为jmp指令和引导代码留出空间!
- 文件表。不要认为这只是一个包含文件及其位置列表的简单表。一种想法是，系统将存储文件部分，而不是存储文件，而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。
- 数据区域。文件将存储在这里。
- 创建一个程序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。
- 强烈建议为您的文件系统创建 FUSE 驱动程序。
- 将fs实现到您的操作系统中。
专家文件系统
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 - (Windows) 新技术文件系统。 很难找到文档。 Try Apple NTFS (open source).
另见
Wiki页面
I use a Custom Filesystem - What Bootloader Solution is right for me?