档案系统--中文百科全书

功能

档案的系统是作业系统用于明确磁碟或分区上的档案的方法和资料结构。即在磁碟上组织档案的方法。也指用于存储档案的磁碟或分区，或档案系统种类。因此，可以说我有2个档案系统，意思是他有2个分区，一个存档案，或其它扩展档案系统，意思是档案系统的种类。

结构图

磁碟或分区和它所包括的档案系统的不同是很重要的。少数程式(包括最有理由的产生档案系统的程式)直接对磁碟或分区的原始扇区进行操作。这可能破坏一个存在的档案系统。大部分程式基于档案系统进行操作，在不同种档案系统上不能工作。

一个分区或磁碟在作为档案系统使用前，需要初始化，并将记录资料结构写到磁碟上。这个过程就叫建立档案系统。

大部分UNIX档案系统种类具有类似的通用结构，即使细节有些变化。其中心概念是超级块superblocki节点inode,资料块data block，目录块directory block和间接块indirection block。超级块包括档案系统的整体信息，比如大小(其準确信息依赖档案系统)。节点包括除了名字外的一个档案的所有信息，名字与i节点数目一起存在目录中，目录条目包括档案名称和档案的i节点数目。i节点包括几个资料块的数目，用于存储档案的资料。i节点中只有少量资料块数的空间，如果需要更多，会动态分配指向资料块的指针空间。这些动态分配的块是间接块。为了找到资料块，这名字指出它必须先找到间接块的号码。

UNIX档案系统通常允许在档案中产生孔，意思是档案系统假装档案中有一个特殊的位置只有0位元组，但没有为这档案的这个位置保留实际的磁碟空间。这对小的二进位档案经常发生，Linux共享库一些资料库和其他一些特殊情况。

孔有一定的用处。在笔者的系统中，一个简单的测量工具显示在200MB使用的磁碟空间中，由于孔节约了大约4MB。在这个系统中，程式相对较少，没有资料库档案。

档案系统的功能包括管理和调度档案的存储空间，提供档案的逻辑结构物理结构和存储方法。实现档案从标识到实际地址的对应，实现档案的控製操作和存取操作，实现档案信息的共享并提供可靠的档案保密和保护措施，提供档案的安全措施。

档案的逻辑结构是依照档案的内容的逻辑关系组织档案结构。档案的逻辑结构可以分为流式档案和记录式档案。

流式档案，档案中的资料是一串字元流，没有结构。

记录档案，由若干逻辑记录组成，每条记录又由相同的资料项组成，资料项的长度可以是确定的，也可以是不确定的。

主要缺陷，资料关联差，资料不一致冗余性。

代码

下面是档案系统的代码，根据这个代码我们可以更好地了解档案系统的工作流程：

档案系统

blockinodesuperblock.h

FAT

在Win 9X下，FAT16支持的分区最大为2GB。我们知道电脑将信息储存在硬碟上称为"簇"的区域内。使用的簇越小，储存信息的效率就越高。在FAT16的情况下，分区越大簇就相应的要大，存储效率就越低，势必造成存储空间的浪费。并且随着电脑硬体和套用的不断提高，FAT16档案系统已不能很好地适应系统的要求。在这种情况下，推出了增强的档案系统FAT32。同FAT16相比，FAT32主要具有以下特点:

基于FAT32的Win 2000可以支持分区最大为32GB;而基于 FAT16的Win 2000支持的分区最大为4GB。

NTFS

NTFS档案系统是一个基于安全性的档案系统，是Windows NT所採用的独特的档案系统结构，它是建立在保护档案和目录资料基础上，同时照顾节省存储资源、减少磁碟佔用量的一种先进的档案系统。使用非常广泛的Windows NT 4.0採用的就是NTFS 4.0档案系统，相信它所带来的强大的系统安全性一定给广大使用者留下了深刻的印象。Win 2000採用了更新版本的NTFS档案系统NTFS 5.0，它的推出使得使用者不但可以像Win 9X那样方便快捷地操作和管理电脑，同时也可享受到NTFS所带来的系统安全性。

NTFS 5.0的特点主要体现在以下几个方面：

CDFS

CDFS是大部分的光碟的档案系统，只有小部分光碟使用其他档案系统。这些档案系统只能在CDR或CDRW上读取。

exFAT

全称Extended File Allocation Table File System，扩展FAT，即扩展档案分配表是Microsoft在Windows Embeded 5.0以上包括Windows CE 5.0、6.0、Windows Mobile5、6、6.1中引入的一种适合于快闪记忆体的档案系统，为了解决FAT32等不支持4G及其更大的档案而推出。对于快闪记忆体，NTFS档案系统不适合使用，exFAT更为适用。

扩展档案分配表主介面

相对FAT档案系统，exFAT有如下好处：

增强了台式电脑与移动设备的互操作能力

单档案大小最大可达16EB(就是理论值，16×1024×1024TB，1TB=1024G)

簇大小可高达32MB

採用了剩余空间分配表，剩余空间分配性能改进

同一目录下最大档案数可达65 536个

支持访问控製

支持TFAT

採用该档案系统的快闪记忆体盘不支持Windows Vista ReadyBoost。Windows Vista SP1支持该档案系统。

请注意:exFAT只是一个折中的方案，只为随身碟而生。

超过4GB的随身碟格式化时默认是NTFS分区，但是这种格式是很伤随身碟的，因为NTFS分区是採用日志式的档案系统，需要记录详细的读写操作，肯定会比较伤闪盘晶片，因为要不断读写。

下面请看exFAT、NTFS、FAT分区的比较：

档案系统	FAT32	NTFS	exFAT
作业系统	Win 95 OSR2之后	Win2000之后	Win CE 6/Vista SP1
最小扇区	512bytes	512bytes	512bytes
最大扇区	64KB	64KB	32768KB
最大单一档案	2bytes-4GB	受最大分割容量	16EB（理论值）
最大格式化容量	32GB、2TB	2TB	16EB（理论值）
档案数量	4194304	无	至少可以大于1000

RAW

RAW档案系统是一种磁碟未经处理或者未经格式化产生的的档案系统，一般来说有这几种可能造成正常档案系统变成RAW档案系统。

没有格式化。

格式化中途取消操作。

硬碟出现坏道。

硬碟出现不可预知的错误。

病毒所致。

解决RAW档案系统的最快的方法是立即格式化，并且使用防毒软体全盘防毒。当然，如果档案很重要的话可以考虑用磁碟资料恢复软体先救出资料，然后再格式化和防毒，或者在网上查找一些有关于raw档案系统恢复的内容。

Ext

Ext2

Ext是 GNU/Linux 系统中标準的档案系统，其特点为存取档案的性能极好，对于中小型的档案更显示出优势，这主要得利于其簇快取层的优良设计。

其单一档案大小与档案系统本身的容量上限与档案系统本身的簇大小有关，在一般常见的 x86电脑系统中，簇最大为 4KB，则单一档案大小上限为 2048GB，而档案系统的容量上限为 16384GB。

但由于目前核心 2.4 所能使用的单一分割区最大只有 2048GB，实际上能使用的档案系统容量最多也只有 2048GB。

至于Ext3档案系统，它属于一种日志档案系统，是对ext2系统的扩展。它兼容ext2，并且从ext2转换成ext3并不复杂。

Ext3

Ext3是一种日志式档案系统，是对ext2系统的扩展，它兼容ext2。日志式档案系统的优越性在于:由于档案系统都有快取层参与运作，如不使用时必须将档案系统卸下，以便将快取层的资料写回磁碟中。因此每当系统要关机时，必须将其所有的档案系统全部shutdown后才能进行关机。

如果在档案系统尚未shutdown前就关机 (如停电) 时，下次重开机后会造成档案系统的资料不一致，故这时必须做档案系统的重整工作，将不一致与错误的地方修复。然而，此一重整的工作是相当耗时的，特别是容量大的档案系统，而且也不能百分之百保证所有的资料都不会流失。

为了克服此问题，使用所谓'日志式档案系统(Journal File System) 。此类档案系统最大的特色是，它会将整个磁碟的写入动作完整记录在磁碟的某个区域上，以便有需要时可以回溯追蹤。

由于资料的写入动作包含许多的细节，像是改变档案标头资料、搜寻磁碟可写入空间、一个个写入资料区段等等，每一个细节进行到一半若被中断，就会造成档案系统的不一致，因而需要重整。

然而，在日志式档案系统中，由于详细纪录了每个细节，故当在某个过程中被中断时，系统可以根据这些记录直接回溯并重整被中断的部分，而不必花时间去检查其他的部分，故重整的工作速度相当快，几乎不需要花时间。

Ext4

Linux kernel 自 2.6.28 开始正式支持新的档案系统 Ext4。Ext4 是 Ext3 的改进版，修改了 Ext3 中部分重要的资料结构，而不仅仅像 Ext3 对 Ext2 那样，只是增加了一个日志功能而已。Ext4 可以提供更佳的性能和可靠性，还有更为丰富的功能。

Btrfs

Btrfs通常念成Butter FS，是由Oracle于2007年宣布并进行中的copyonwrite档案系统。目标是取代Linux目前的ext3档案系统，改善ext3的限製，特别是单个档案的大小，总档案系统大小或档案检查和加入目前ext3未支持的功能，像是 writable snapshots、snapshots of snapshots、内建磁碟阵列(RAID)支持，以及 subvolumes。Btrfs 也宣称专注在容错、修复及易于管理。

ZFS

ZFS源自于Sun Microsystems为Solaris作业系统开发的档案系统。ZFS是一个具有高存储容量、档案系统与卷管理概念整合、崭新的磁碟逻辑结构的轻量级档案系统，同时也是一个便捷的存储池管理系统。ZFS是一个使用CDDL协定条款授权的开源项目。

HFS

HFS档案系统概念

分层档案系统Hierarchical File System，HFS是一种由苹果电脑开发，并使用在Mac OS上的档案系统。最初被设计用于软碟和硬碟，同时也可以在在唯读媒体如CD-ROM上见到。

HFS档案系统开发过程

HFS首次出现在1985年9月17日，作为Macintosh电脑上新的档案系统。它取代只用于早期Mac型号所使用的平面档案系统Macintosh File System MFS。因为Macintosh电脑所产生的资料，比其它通常的档案系统，如DOS使用的FAT或原始Unix档案系统所允许存储的资料更多。苹果电脑开发了一种新式更适用的档案系统，而不是採用现有的规格。例如，HFS允许档案名称最多有31个字元的长度，支持metadata和双分支(每个档案的资料和资源支分开存储)档案。

尽管HFS象其它大多数档案系统一样被视为专有的格式，因为只有它为大多数最新的作业系统提供了很好的通用解决方法以存取HFS格式磁碟。

构成方式

分层档案系统把一个卷分为许多512位元组的逻辑块。这些逻辑块被编组为分配块，这些分配块可以根据卷的尺寸包含一个或多个逻辑块。HFS对地址分配块使用16位数值，分配块的最高限製数量是65536。

组成一个HFS卷需要下面的五个结构:

（1）卷的逻辑块0和1是啓动块，它包含了系统啓动信息。例如，啓动时载入的系统名称和壳（通常是Finder）档案。

（2）逻辑块2包含主目录块（Master Directory Block，简称MDB）。

（3）逻辑块3是卷点阵图（Volume Bitmap）的啓动块，它追蹤分配块使用状态。

（4）总目录档案（Catalog File）是一个包含所有档案的记录和储存在卷中目录的B*-tree。

（5）扩展溢出档案（Extent Overflow File）是当最初总目录档案中三个扩展佔用后，另外一个包含额外扩展记录的分配块对应信息的B*-tree。

HFS+

在1998年，苹果电脑发布了HFS+，其改善了HFS对磁碟空间的地址定位效率低下，并加入了其它的改进。

HFS+档案系统相对于HFS档案系统的特点

採用32bit 记录分配块数量

HFS 和HFS+档案系统对磁碟卷採用分块进行分配，将一个卷分成等大的分配块。HFS档案系统採用16bit 来记录分配块的数量，最多只能描述216个分配块。而对于HFS+档案系统，採用32bit 来记录分配块的数量，最多能描述232 个分配块。对于Mac 系统上的非空资料，都必须佔用整数个分配块，也就是说，即使一个资料只有一个位元组，也要佔用一个分配块。而HFS+档案系统增大了每个卷分配块的数量，可以使分配块的单位空间更小，从而达到减少存储空间浪费的目的。

目录树节点大小增加到4KB

HFS 档案系统的目录树节点大小为512 位元组，由于HFS+档案系统目录树索引节点需要存储附加指针和节点描述符两个关键值，HFS+档案系统的目录树节点大小增加到4KB。

单一档案大小得到提升

HFS 档案系统的单一档案大小上限为2^31bit，而HFS+档案系统的单一档案大小最大可达到2^63bit。

支持长档案名称

HFS 档案系统对档案名称最长支持到31个字元，而HFS+档案系统对档案名称採用Unicode编码，最长达到255个字元。

JFS

JFS( JOURNAL FILE SYSTEM)，一种位元组级日志档案系统，借镜了资料库保护系统的技术，以日志的形式记录档案的变化。JFS通过记录档案结构而不是资料本身的变化来保证资料的完整性。这种方式可以确保在任何时刻都能维护资料的可访问性。

该档案系统主要是为满足伺服器(从单处理器系统到高级多处理器和群集系统)的高吞吐量和可靠性需求而设计、开发的。JFS档案系统是为面向事务的高性能系统而开发的。在IBM的AIX系统上，JFS已经过较长时间的测试，结果表明它是可靠、快速和容易使用的。2000年2月，IBM宣布在一个开放资源许可证下移植Linux版本的JFS档案系统。JFS也是一个有大量使用者安装使用的企业级档案系统，具有可伸缩性和健壮性。与非日志档案系统相比，它的突出优点是快速重啓能力，JFS能够在几秒或几分锺内就把档案系统恢复到一致状态。虽然JFS主要是为满足伺服器(从单处理器系统到高级多处理器和群集系统)的高吞吐量和可靠性需求而设计的，但还可以用于想得到高性能和可靠性的客户机配置，因为在系统崩溃时JFS能提供快速档案系统重啓时间，所以它是因特网档案伺服器的关键技术。使用资料库日志处理技术，JFS能在几秒或几分锺之内把档案系统恢复到一致状态。而在非日志档案系统中，档案恢复可能花费几小时或几天。

JFS的缺点是，使用JFS日志档案系统性能上会有一定损失，系统资源佔用的比率也偏高，因为当它储存一个日志时，系统需要写许多资料。

VMFS

VMware Virtual Machine File System (VMFS )是一种高性能的群集档案系统，它使虚拟化技术的套用超出了单个系统的限製。VMFS的设计、构建和最佳化针对虚拟伺服器环境，可让多个虚拟机共同访问一个整合的群集式存储池，从而显着提高了资源利用率。VMFS 是跨越多个伺服器实现虚拟化的基础，它可啓用VMware VmotionTM 、Distributed Resource Scheduler 和 VMware High Availability 等各种服务。VMFS 还能显着减少管理开销，它提供了一种高效的虚拟化管理层，特别适合大型企业资料中心。採用 VMFS 可实现资源共享，使管理员轻松地从更高效率和存储利用率中直接获益。

XFS

XFS 是 Silicon Graphics Inc. 于 90 年代初开发的档案系统。它至今仍作为 SGI 基于 IRIX 的产品(从工作站到超级电脑)的底层档案系统来使用。现在，XFS 也可以用于 Linux。XFS 的 Linux 版的到来是激动人心的，首先因为它为 Linux 社区提供了一种健壮的、优秀的以及功能丰富的档案系统，并且这种档案系统所具有的可伸缩性能够满足最苛刻的存储需求。

UFS

UFS档案系统:基于BSD高速档案系统的传统UNIX档案系统，是Solaris的默认档案系统。默认啓用UFS 日志记录功能。在早期的Solaris 版本中，UFS 日志记录功能只能手动啓用。Solaris 10在运行64位Solaris核心的系统上支持多TB UFS档案系统。以前，UFS档案系统在64位系统和32位系统上的大小仅限于约1 TB(Tbyte)。现在，所有UFS档案系统命令和公用程式已更新为支持多TB UFS档案系统。

UFS1档案系统是OpenBSD和Solaris的默认档案系统。UFS1也曾是NetBSD和FreeBSD的默认档案系统，但NetBSD2.0和FreeBSD5.0以后版本开始使用UFS2做默认的档案系统。UFS2增加了对大档案和大容量磁碟的支持和一些先进的特徵。目前似乎还只有FreeBSD和NetBSD支持UFS2。Apple OS X和Linux也支持UFS1，但并不做为它们的默认档案系统。

VXFS

VeritasFileSystem(VxFS)是首个商业日志记录档案系统。通过日志记录功能，元资料变更首先写入到日志，然后再写入到磁碟。由于无需在多处写入变更，且元资料是非同步写入的，因此吞吐量的速度较快。VxFS也是基于扩展区的意向日志记录档案系统。VxFS设计用于要求高性能和高可用性，并且可以处理大量资料的操作环境。