6.1 文件系統

文件系統是操作系統中實現對文件的組織、管理和存取的一組系統程序和數據結構，或者說它是管理軟件資源的軟件。對用戶來說，文件系統提供了一種便捷的存取信息的方法。

6.1.1 Linux文件系統的基本概念

文件系統是操作系統用來存儲和管理文件的方法。從系統角度來看，文件系統對文件存儲空間進行組織、分配，并對文件的存儲進行保護和檢查。從用戶角度來看，文件系統可以幫助用戶建立文件，并對文件的讀、寫和刪除操作提供保護和控制。

Windows系統在格式化硬盤時會指定格式，如FAT或NTFS。不同的操作系統可能會采用不同的文件系統，例如，MS DOS下的msdos文件系統，Windows的FAT16、FAT32、NTFS等文件系統。

Linux操作系統采用的是ext2或ext3文件系統，目前ext3文件系統是Linux默認的文件系統。ext2文件系統雖然是高效和穩定的，但是，隨著Linux系統在關鍵業務中的應用，這種文件系統的弱點也漸漸顯露出來了。因為ext2文件系統是非日志文件系統，這在關鍵行業的應用是一個致命的弱點。ext3文件系統直接從ext2文件系統發展而來，ext3文件系統帶有日志功能，可以跟蹤記錄文件系統的變化，并將變化內容寫入日志。寫操作首先是對日志記錄文件進行操作，若整個寫操作由于某種原因（如系統掉電）而中斷，當系統重啟時，會根據日志記錄來恢復中斷前的寫操作，而且這個過程費時極短。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，用戶可以平滑地過渡到一個日志功能健全的文件系統中來。這實際上也是ext3日志文件系統初始設計的初衷。

Linux系統能支持使用許多種類的文件系統，即這些文件系統可以掛接在Linux系統的某一個安裝（掛接）點上，并由Linux系統來訪問它們。Linux文件系統在Windows中是不能被識別的，但是在Linux系統中則可以掛載Windows的文件系統，Linux目前支持MS-DOS、VFAT、FAT和BSD等格式。如果用戶使用的是RedHat或者CentOS，那么不要將NFS格式的文件掛載到Linux下，因為它不支持NFS。雖然有些版本的Linux支持NFS，但不建議使用，因為NFS目前的技術還不成熟。

ext3文件系統為Red Hat/CentOS默認使用的文件系統，除了ext3文件系統外，有些Linux發行版（例如SuSE）默認的文件系統為reiserFS。ext3獨特的優點是易于轉換，因其很容易在ext2和ext3之間相互轉換，故而具有良好的兼容性。ext3的其他優點reiserFS都有，而且還比它做得更好。如高效的磁盤空間利用和獨特的搜尋方式都是ext3所不具備的，速度上ext3也不能和reiserFS相媲美。在實際使用過程中，reiserFS也更加安全高效。

reiserFS的優勢在于，它是基于B*Tree快速平衡樹這種高效算法的文件系統，例如在處理小于1k的文件時比ext3快10倍。再有就是reiserFS空間浪費較少，它不會為一些小文件分配inode，而是打包存放在同一個磁盤塊（簇）中；ext2/ext3則是把它們單獨存放在不同的簇上。如簇大小為4k，那么2個100字節的文件會占用2個簇，reiserFS則只占用一個。當然reiserFS也有缺點，比如每升級一個版本，都要將磁盤重新格式化一次。

6.1.2 Linux文件系統類型

Linux操作系統支持的文件系統種類繁多，在/lib/modules/2.4.20-8/kernel/fs目錄（不同Linux的發行套件和版本，目錄的位置和名稱可能有所不同）中保存有Linux當前使用的和所支持的文件系統為名稱的子目錄，這些子目錄里是對應文件系統模塊的二進制代碼。Linux支持的常見文件系統如下。

（1）minix

它是Linux系統最早支持的一種文件系統，雖然本身沒有什么特色，能力也有限，但一直被認為是最可靠的文件系統。

（2）xia

minix文件系統的一個修正版，改變了文件名和文件系統大小的限制，但沒有增加其他的新特點，一直沒有流行起來。

（3）msdos

它是在MS DOS、Windows 3.x和某些OS/2操作系統上使用的一種文件系統，采用8個字符的文件名加上3個字符的擴展名。

（4）umsdos

Linux下的擴展msdos文件系統，支持長文件名、文件所有者、文件權限、鏈接和設備文件等高級文件屬性。允許Linux系統使用普通的msdos文件系統，而無須建立單獨的分區。

（5）iso9600

標準CD-ROM文件系統，支持長文件名。

（6）nfs

網絡文件系統，允許在多臺計算機之間共享文件系統。便于從聯網的計算機上使用資源。

（7）hpfs

它是微軟LAN Manager中的文件系統，同時也是IBM的LAN Server和OS/2操作系統的文件系統。hpfs能訪問較大的硬盤驅動器，并改善了文件系統的安全特性。

（8）sysv

System V和Coherent操作系統在Linux平臺上的文件系統。

（9）vfat

Windows 9.x和Windows NT/2000下使用的一種DOS文件系統，其在MS-DOS文件系統的基礎上增加了對長文件名的支持。

6.1.3 Linux文件系統的組織方式

不同的操作系統對文件的組織方式不同，所支持的文件系統數量和種類也不一定相同。Linux文件系統的組織方式稱作Filesystem Hierarchy Standard（文件系統分層標準，簡稱FHS），即采用層次式的樹狀目錄結構。在Linux操作系統中把ext2或ext3以及Linux系統所支持的各種文件系統稱為邏輯文件系統。由于每一種邏輯文件系統服務于一種特定的操作系統，具有不同的組織結構和文件操作函數，所以Linux系統在傳統的邏輯文件系統上增加了一個虛擬文件系統（VFS）的接口，如圖6-1所示。

邏輯文件系統按照某種方式對系統中的所有設備，包括字符設備、塊設備和網絡設備進行統一管理，并為這些設備提供訪問接口。虛擬文件系統位于層次結構中的最上層，它是用戶與邏輯文件系統的接口，管理系統中各種邏輯文件系統，屏蔽這些邏輯文件系統的差異，為用戶命令、函數調用和內核其他部分提供訪問文件和設備的統一接口。對于普通用戶而言，感覺不到各種邏輯文件系統之間的差別，可以使用Linux系統的命令來操作其他邏輯文件系統所管理的文件。例如，掛接磁盤上某個分區中Windows操作系統的FAT32邏輯文件系統，并用cp命令復制文件或用vi命令編輯文件等。

在Linux系統中，還有兩種特殊的文件系統，即swap和proc文件系統。在安裝Linux時，系統會要求用戶劃分一個swap類型的分區以便掛接swap文件系統。Linux系統與Unix系統一樣，在內存與磁盤之間采用交換技術，把內存中長時間不活動的進程交換到swap分區（文件系統）上。這個文件系統安裝一般在Linux系統安裝過程中自動完成，Linux不支持使用mount命令掛接swap文件系統。對于proc文件系統，也稱為偽文件系統或虛擬文件系統，它所表現出來的是/proc目錄，但該目錄不占用任何磁盤空間，它實際上是Linux內核在內存中所建立的系統內核映像。proc文件系統被用于從內存讀取進程的信息，因此，通過它可以讓外部環境了解系統內核的執行情況、系統資源的使用情況等。

6.1.4 Linux系統的默認安裝目錄

按著FHS的要求，Linux系統在安裝過程中會創建一些默認的目錄。這些默認的目錄都有其特殊的功能，不可隨便將其更名，以免造成系統的錯誤。