文件系統

鎖定

結構圖

文件的系統是操作系統用於明確磁盤或分區上的文件的方法和數據結構；即在磁盤上組織文件的方法。也指用於存儲文件的磁盤或分區，或文件系統種類。因此，可以説"我有2個文件系統"意思是他有2個分區，一個存文件，或他用 "擴展文件系統"，意思是文件系統的種類。

1. main.cpp

#include"blockinodesuperblock.h"
//-----------------------
intmain()
{
control.open("control.txt",ios::in|ios::out|ios::nocreate);
inti;
control>>i;
control.close();
if(i!=0)//不為0就初始化
{
initial();
}
control.open("control.txt",ios::in|ios::out|ios::nocreate);
control.seekp(0);
control<<0;//默認是上次基礎上繼續下去不用再初始化
control.close();
strcpy(curname,"root");//當前目錄文件名為root
road[0]=0;//當前目錄路徑（存放從根目錄到這裏的結點號）
num=1;//最後位road[num-1]為當前目錄文件i結點號
cout<<"請登陸系統\n";
while(!login())//登陸為止
cout<<"wrong!!!\n";
cout<<"loginsuccess"<<endl;
cout<<"******Welcome"<<auser<<"******";
readsuper();
getcommand();//命令解析函數
writesuper();
return0;
}

intialloc()//申請一個i結點返回結點號否則返回-1
{
if(superblock.fiptr>0)
{
inttemp=superblock.fistack[80-superblock.fiptr];//當前可用
superblock.fistack[80-superblock.fiptr]=-1;
superblock.fiptr--;
returntemp;
}
return-1;
}
//----------------------
voidifree(intindex)//指定一個結點號，回收一個i結點
{
disk.open("disk.txt",ios::in|ios::out|ios::nocreate);//清空結點
disk.seekp（514+64*index+2*(index/8）);
disk<<setw（64）<<'';
disk.close();
for(inti=80-superblock.fiptr;i<80;i++)//結點號找到合適位置插入空閒結點號棧
{
if(superblock.fistack<index)//小於它的前移一位
{
superblock.fistack[i-1]=superblock.fistack;
}
else//放在第一個大於它的結點號前面
{
superblock.fistack[i-1]=index;
break;
}
}
superblock.fiptr++;
}
//----------------------
/*成組鏈接法*/
intballoc()//申請一個盤塊返回盤塊號否則返回-1
{
inttemp=superblock.fbstack[10-superblock.fbptr];
if(superblock.fbptr==1）//是棧底了==>；是記錄盤塊了
{
//是最後記錄盤塊最後號0（保留作棧底分配不成功）
if(temp==0)
{
return-1;
}
suprblock.fbstack[10-superblock.fbptr]=-1;
superblock.fbptr=0;
//盤塊內容讀入棧
for(inti=0;i<10;i++)
{
intid,num=0;
disk.open("disk.txt",ios::in|ios::out|ios::nocreate);
//先計算盤塊內容個數num（最多10），最後盤塊可能不到10個
disk.seekg（514*temp);
for(inti=0;i<10;i++)
{
disk>>id;
num++;
if(id==0)break;
}
disk.seekg（514*temp);//盤塊內容讀入棧
for(intj=10-num;j<10;j++)
{
disk>>id;
superblock.fbstack[j]=id;
}
superblock.fbptr=num;
disk.close();
}
disk.open("disk.txt",ios::in|ios::out|ios::nocreate);//清空回收盤塊
disk.seekp（514*temp);
disk<<setw（512）<<'';
disk.close();
//盤塊使用掉
returntemp;
}
else//不是記錄盤塊==>；盤塊使用掉
{
superblock.fbstack[10-superblock.fbptr]=-1;
superblock.fbptr--;
returntemp;
}
}
//----------------------

1. 同FAT16相比FAT32最大的優點是可以支持的磁盤大小達到32GB，但是不能支持小於512MB的分區。

1. 由於採用了更小的簇，FAT32文件系統可以更有效率地保存信息。如兩個分區大小都為2GB，一個分區採用了FAT16文件系統，另一個分區採用了FAT32文件系統。採用FAT16的分區的簇大小為32KB，而FAT32分區的簇只有4KB的大小。這樣FAT32就比FAT16的存儲效率要高很多，通常情況下可以提高15%。
2. FAT32文件系統可以重新定位根目錄和使用FAT的備份副本。另外FAT32分區的啓動記錄被包含在一個含有關鍵數據的結構中，減少了計算機 ^[4]  系統崩潰的可能性。

1. NTFS可以支持的MBR分區（如果採用動態磁盤則稱為卷）最大可以達到2TB，GPT分區則無限制。而Win 2000中的FAT32支持單個文件的大小最大為2GB。
2. NTFS是一個可恢復的文件系統。在NTFS分區上用户很少需要運行磁盤修復程序。NTFS通過使用標準的事物處理日誌和恢復技術來保證分區的一致性。發生系統失敗事件時，NTFS使用日誌文件和檢查點信息自動恢復文件系統的一致性。
3. NTFS支持對分區、文件夾和文件的壓縮。任何基於Windows的應用程序對NTFS分區上的壓縮文件進行讀寫時不需要事先由其他程序進行解壓縮，當對文件進行讀取時，文件將自動進行解壓縮；文件關閉或保存時會自動對文件進行壓縮。
4. NTFS採用了更小的簇，可以更有效率地管理磁盤空間。在Win 2000的FAT32文件系統的情況下，分區大小在2GB～8GB時簇的大小為4KB；分區大小在8GB～16GB時簇的大小為8KB；分區大小在16GB～32GB時，簇的大小則達到了16KB。而Win 2000的NTFS文件系統，當分區的大小在2GB以下時，簇的大小都比相應的FAT32簇小；當分區的大小在2GB以上時（2GB～2TB），簇的大小都為4KB。相比之下，NTFS可以比FAT32更有效地管理磁盤空間，最大限度地避免了磁盤空間的浪費。
5. 在NTFS分區上，可以為共享資源、文件夾以及文件設置訪問許可權限。許可的設置包括兩方面的內容：一是允許哪些組或用户對文件夾、文件和共享資源進行訪問；二是獲得訪問許可的組或用户可以進行什麼級別的訪問。訪問許可權限的設置不但適用於本地計算機的用户，同樣也應用於通過網絡的共享文件夾對文件進行訪問的網絡用户。與FAT32文件系統下對文件夾或文件進行訪問相比，安全性要高得多。另外，在採用NTFS格式的Win 2000中，應用審核策略可以對文件夾、文件以及活動目錄對象進行審核，審核結果記錄在安全日誌中，通過安全日誌就可以查看哪些組或用户對文件夾、文件或活動目錄對象進行了什麼級別的操作，從而發現系統可能面臨的非法訪問，通過採取相應的措施，將這種安全隱患減到最低。這些在FAT32文件系統下，是不能實現的。
6. 在Win 2000的NTFS文件系統下可以進行磁盤配額管理。磁盤配額就是管理員可以為用户所能使用的磁盤空間進行配額限制，每一用户只能使用最大配額範圍內的磁盤空間。設置磁盤配額後，可以對每一個用户的磁盤使用情況進行跟蹤和控制，通過監測可以標識出超過配額報警閾值和配額限制的用户，從而採取相應的措施。磁盤配額管理功能的提供，使得管理員可以方便合理地為用户分配存儲資源，避免由於磁盤空間使用的失控可能造成的系統崩潰，提高了系統的安全性。
7. NTFS使用一個“變更”日誌來跟蹤記錄文件所發生的變更。

擴展文件分配表主界面

（全稱Extended File Allocation Table File System，擴展FAT，即擴展文件分配表）是Microsoft在Windows Embeded 5.0以上（包括Windows CE 5.0、6.0、Windows Mobile5、6、6.1）中引入的一種適合於閃存的文件系統，為了解決FAT32等不支持4G及其更大的文件而推出。對於閃存，NTFS文件系統不適合使用，exFAT更為適用。相對FAT文件系統，exFAT有如下好處：

1. 與 Ext3 兼容。執行若干條命令，就能從 Ext3 在線遷移到Ext4，而無須重新格式化磁盤或重新安裝系統。原有 Ext3數據結構照樣保留，Ext4作用於新數據，當然，整個文件系統因此也就獲得了 Ext4 所支持的更大容量。
2. 更大的文件系統和更大的文件。較之 Ext3 目前所支持的最大 16TB 文件系統和最大 2TB 文件，Ext4分別支持 1EB（1,048,576TB， 1EB=1024PB， 1PB=1024TB）的文件系統，以及 16TB 的文件。
3. 無限數量的子目錄。Ext3 目前只支持 32,000 個子目錄，而Ext4支持無限數量的子目錄。
4. Extents。Ext3 採用間接塊映射，當操作大文件時，效率極其低下。比如一個 100MB 大小的文件，在 Ext3 中要建立 25,600 個數據塊（每個數據塊大小為 4KB）的映射表。而Ext4引入了現代文件系統中流行的 extents 概念，每個 extent 為一組連續的數據塊，上述文件則表示為“該文件數據保存在接下來的 25,600 個數據塊中”，提高了不少效率。
5. 多塊分配。當寫入數據到 Ext3 文件系統中時，Ext3 的數據塊分配器每次只能分配一個 4KB 的塊，寫一個 100MB 文件就要調用 25,600 次數據塊分配器，而Ext4的多塊分配器“multiblock allocator”（mballoc） 支持一次調用分配多個數據塊。
6. 延遲分配。Ext3 的數據塊分配策略是儘快分配，而Ext4和其它現代文件操作系統的策略是儘可能地延遲分配，直到文件在 cache 中寫完才開始分配數據塊並寫入磁盤，這樣就能優化整個文件的數據塊分配，與前兩種特性搭配起來可以顯著提升性能。
7. 快速 fsck。以前執行 fsck 第一步就會很慢，因為它要檢查所有的 inode，現在Ext4給每個組的 inode 表中都添加了一份未使用 inode 的列表，今後 fsck Ext4 文件系統就可以跳過它們而只去檢查那些在用的 inode 了。
8. 日誌校驗。日誌是最常用的部分，也極易導致磁盤硬件故障，而從損壞的日誌中恢復數據會導致更多的數據損壞。Ext4的日誌校驗功能可以很方便地判斷日誌數據是否損壞，而且它將 Ext3 的兩階段日誌機制合併成一個階段，在增加安全性的同時提高了性能。
9. “無日誌”（No Journaling）模式。日誌總歸有一些開銷，Ext4允許關閉日誌，以便某些有特殊需求的用户可以藉此提升性能。
10. 在線碎片整理。儘管延遲分配、多塊分配和 extents 能有效減少文件系統碎片，但碎片還是不可避免會產生。Ext4支持在線碎片整理，並將提供 e4defrag 工具進行個別文件或整個文件系統的碎片整理。
11. inode 相關特性。Ext4支持更大的 inode，較之 Ext3 默認的 inode 大小 128 字節，Ext4 為了在 inode 中容納更多的擴展屬性（如納秒時間戳或 inode 版本），默認 inode 大小為 256 字節。Ext4還支持快速擴展屬性（fast extended attributes）和 inode 保留（inodes reservation）。
12. 持久預分配（Persistent preallocation）。P2P 軟件為了保證下載文件有足夠的空間存放，常常會預先創建一個與所下載文件大小相同的空文件，以免未來的數小時或數天之內磁盤空間不足導致下載失敗。Ext4在文件系統層面實現了持久預分配並提供相應的 API（libc 中的 posix_fallocate（）），比應用軟件自己實現更有效率。
13. 默認啓用 barrier。磁盤上配有內部緩存，以便重新調整批量數據的寫操作順序，優化寫入性能，因此文件系統必須在日誌數據寫入磁盤之後才能寫 commit 記錄，若 commit 記錄寫入在先，而日誌有可能損壞，那麼就會影響數據完整性。Ext4默認啓用 barrier，只有當 barrier 之前的數據全部寫入磁盤，才能寫 barrier 之後的數據。（可通過 "mount -o barrier=0" 命令禁用該特性。）

1. 卷的邏輯塊0和1是啓動塊，它包含了系統啓動信息。例如，啓動時載入的系統名稱和殼（通常是Finder）文件。
2. 邏輯塊2包含主目錄塊（Master Directory Block，簡稱MDB）。
3. 邏輯塊3是卷位圖（Volume Bitmap）的啓動塊，它追蹤分配塊使用狀態。
4. 總目錄文件（Catalog File）是一個包含所有文件的記錄和儲存在卷中目錄的B*-tree。
5. 擴展溢出文件（Extent Overflow File）是當最初總目錄文件中三個擴展佔用後，另外一個包含額外擴展記錄的分配塊對應信息的B*-tree。

參考資料

• 1.    文件系統  ．TechTarget存儲[引用日期2015-08-25]
• 2.    二進制翻譯系統QEMU的優化技術  ．中國知網[引用日期2017-04-19]
• 3.    數據庫物理結構優化技術  ．中國知網[引用日期2017-04-19]
• 4.    系統崩潰存取NTFS系統分區數據的方法  ．中國知網[引用日期2017-04-19]
• 5.    AIX系統的運行性能優化及應用研究  ．中國知網[引用日期2017-04-19]
• 6.    虛擬化技術在高校數據中心的應用  ．中國知網[引用日期2017-04-19]
• 7.    服務器虛擬化技術及其在醫院的應用  ．中國知網[引用日期2017-04-19]
• 8.    虛擬機動態遷移的關鍵問題研究  ．中國知網[引用日期2017-04-19]
• 9.    超級計算機系統的可用性評估研究  ．中國知網[引用日期2017-04-19]