2.3 文件系統

2.3.1 文件系統定義

操作系統中負責管理和存儲文件信息的軟件機構稱為文件管理系統（簡稱文件系統），它是操作系統的重要組成部分。從系統角度來看，文件系統是指對外存儲器空間按一定的格式進行有效地組織、分配與管理，負責文件存儲并對存入的文件進行保護、檢索等的系統。具體來說，它負責為用戶將存儲在外存儲器上的數據以文件的形式進行管理，提供在外存儲器上建立、復制、修改、移動、刪除、控制文件的存取權限等操作。文件系統主要由3部分組成：與文件管理有關軟件、被管理文件以及實施文件管理所需數據結構。

2.3.2 常見文件系統

目前，用戶經常使用到的文件系統主要有：FAT32、NTFS、exFAT、EXT2、EXT3、UFS、GFS、CDFS等。

1．FAT32文件系統

FAT32文件系統是硬盤分區格式中最常見的一種。采用32位文件分配表，使其對磁盤的管理能力大大增強，突破了FAT16對每一個分區的容量只有2GB的限制。由于硬盤生產成本下降，容量越來越大，運用FAT32分區格式后，可以將一個大硬盤定義成一個分區而不必再劃分為幾個分區使用，大大提高了對大容量硬盤的管理能力。U盤、SD卡、CF卡等一般都使用FAT32文件系統，詳見第5章。

2．NTFS文件系統

NTFS文件系統（New Technology File System）隨著Windows NT操作系統的誕生而產生，它是微軟Windows NT內核的系列操作系統支持的，特別為網絡、磁盤配額、文件加密等管理安全特性而設計的磁盤格式。它支持文件系統故障恢復，尤其是大存儲媒體、長文件名等。NTFS文件系統的設計目標就是用來提高大容量硬盤的速度，如：讀/寫和搜索標準文件的速度、快速恢復受損的文件系統等。它的主要優點是：安全性高、穩定性好、不易產生文件碎片、提供容錯結構日志等，詳見第6章。

3．exFAT文件系統

exFAT文件系統（extended File Allocation Table）是微軟公司在Windows Embeded 6.0（包括Windows CE6.0、Windows Mobile）中引入的一種適合于閃存的文件系統。因為NTFS文件系統結構復雜，且系統開銷大，在某些場合（如：閃存、嵌入式系統等）并不適用，這時候exFAT是最好的選擇。

4．EXT2和EXT3文件系統

EXT2和EXT3是許多Linux操作系統版本的默認文件系統，均基于UFS文件系統，是一種快速、穩定的文件系統。

隨著Linux操作系統在關鍵業務中的應用，EXT2文件系統的弱點也漸漸顯露出來；其中，非日志式是EXT2文件系統的一個致命弱點；而EXT3文件系統直接從EXT2文件系統發展而來，目前EXT3文件系統已經非常穩定、可靠；它完全兼容EXT2文件系統；并彌補了EXT2文件系統非日志式的這一缺點。

5．UFS文件系統

UFS是UNIX文件系統的簡稱，是大部分UNIX類操作系統默認的基于磁盤的文件系統，甚至Apple的OS X也能支持UFS文件系統。

在UFS中，重要的數據結構貫穿于整個文件系統，并且數據做到了局部化，因此在讀取文件的時候，磁頭的運動量大大降低。UFS使用“柱面組”對數據進行分段組織，每個柱面組的大小與磁盤的幾何特性關聯。

6．GFS文件系統

GFS文件系統（Google File System）是谷歌公司為了滿足其迅速增長的數據處理要求，設計并實現的一種大型的、可擴展的、分布式的文件系統，主要用于大型的、分布式的、對大量數據進行訪問。它運行于廉價的普通硬件上，可以給大量的用戶提供總體性能較高的服務，也可以提供容錯功能。

7．HFS＋文件系統

HFS+（HFS Plus）是蘋果公司為替代其分層文件系統（HFS）而開發的一種文件系統。它被用在macintosh計算機（或者其他運行Mac OS的計算機）上。它也是iPod上使用的一種格式。HFS+也被稱為Mac OS Extended（或稱為HFS Extended）。在開發過程中，蘋果公司也把這個文件系統的代號命名為“Sequoia”，HFS+是一個HFS的改進版本，支持更大的文件，并用Unicode來命名文件或文件夾，代替了Mac OS Roman或其他一些字符集。

8．CDFS文件系統

CDFS（Compact Disc File System）是一種適合光存儲的文件系統。CDFS是指專門的CD格式的文件系統，只針對CD唱片，也就是我們平時說的音軌。這都是針對兼容計算機上現有的文件系統而定義的，僅僅是為了兼容。不能直接打開，可以用軟件進行抓音軌。部分U盤也可通過量化軟件進行CDFS系統化，如：銀行的網銀U盾HDZB_USBKEY就是使用這樣的方法。

9．RAW文件系統

準確地說，RAW不能認為是一種文件系統，它是一種沒有被Windows操作系統所識別的文件系統。如果“單擊”邏輯盤，系統會提示“磁盤未格式化，是否進行格式化”。

切記！此時“千萬不要對邏輯盤進行格式化”操作。

排除此類故障的基本思路、方法和步驟在7.2節中將有詳細介紹。

一般來說，有以下6種情況，可能造成正常文件系統變成RAW文件系統。

【情況1】分區表所對應邏輯盤開始扇區的DBR被破壞。

【情況2】對于FAT32文件系統而言，FAT1表和FAT2表的開始值不是“F8 FF FF 0F”（存儲形式）。

【情況3】如果是剛剛重裝系統，發現有幾個邏輯盤出現“磁盤未格式化”提示。原因很可能是這幾個邏輯盤的文件系統都是exFAT，操作系統還未及時更新，所以不支持新文件系統。

【情況4】如果是無緣無故地出現“磁盤未格式化”提示，那很可能是文件系統結構損壞，具體哪里被破壞則需要手工進行分析。

【情況5】如果是U盤出現“磁盤未格式化”提示，則需要查看設備狀態是否良好。如果良好，一般是軟故障；如果是無媒體或不可讀取，則是硬件故障。

【情況6】如果U盤分區表被破壞后，U盤分區表所對應的文件系統也會變成RAW文件系統。

解決問題需要對癥下藥，如果是分區表被破壞，則需要恢復對應的分區表；如果邏輯盤的FAT32_DBR或NTFS_DBR被破壞，則需要恢復FAT32_DBR或NTFS_DBR；對于FAT32文件系統而言，如果FAT1表和FAT2表的開始值不是“F8 FF FF 0F”（存儲形式），則將FAT1表和FAT2表的開始值修改為“F8 FF FF 0F”（存儲形式），等等。