文件系統(tǒng)指文件存在的物理空間。在Linux系統(tǒng)中，每個(gè)分區(qū)都是一個(gè)文件系統(tǒng)，都有自己的目錄層次結(jié)構(gòu)。Linux的最重要特征之一就是支持多種文件系統(tǒng)，這樣它更加靈活，并可以和許多其它種操作系統(tǒng)共存。Virtual File System（虛擬文件系統(tǒng)）使得Linux可以支持多個(gè)不同的文件系統(tǒng)。由于系統(tǒng)已將Linux文件系統(tǒng)的所有細(xì)節(jié)進(jìn)行了轉(zhuǎn)換，所以Linux核心的其它部分及系統(tǒng)中運(yùn)行的程序?qū)⒖吹浇y(tǒng)一的文件系統(tǒng)。Linux的虛擬文件系統(tǒng)允許用戶(hù)同時(shí)能透明地安裝許多不同的文件系統(tǒng)。虛擬文件系統(tǒng)是為L(zhǎng)inux用戶(hù)提供快速且高效的文件訪問(wèn)服務(wù)而設(shè)計(jì)的。
隨著Linux的不斷發(fā)展，它所支持的文件格式系統(tǒng)也在迅速擴(kuò)充。特別是Linux 2.4內(nèi)核正式推出后，出現(xiàn)了大量新的文件系統(tǒng)，其中包括日志文件系統(tǒng)ext3、ReiserFS、XFSJFS和其它文件系統(tǒng)。Linux系統(tǒng)核心可以支持十多種文件系統(tǒng)類(lèi)型：JFS、 ReiserFS、ext、ext2、ext3、ISO9660、XFS、Minx、MSDOS、UMSDOS、VFAT、NTFS、HPFS、NFS、SMB、SysV、PROC等。
下面介紹Linux下幾個(gè)最常用的文件系統(tǒng)，其中包括ext、ext2、ext3、JFS、XFS、ReiserFS等。
ext
ext是第一個(gè)專(zhuān)門(mén)為開(kāi)發(fā)的Linux的文件系統(tǒng)類(lèi)型，叫做擴(kuò)展文件系統(tǒng)。它是1992年4月完成的，對(duì)Linux早期的發(fā)展產(chǎn)生了重要作用。但是，由于其在穩(wěn)定性、速度和兼容性上存在許多缺陷，現(xiàn)在已經(jīng)很少使用了。
ext2
ext2是為解決ext文件系統(tǒng)的缺陷而設(shè)計(jì)的可擴(kuò)展的、高性能的文件系統(tǒng)，它又被稱(chēng)為二級(jí)擴(kuò)展文件系統(tǒng)。ext2是1993年發(fā)布的，設(shè)計(jì)者是Rey Card。它是Linux文件系統(tǒng)類(lèi)型中使用最多的格式，并且在速度和CPU利用率上較為突出，是GNU/Linux系統(tǒng)中標(biāo)準(zhǔn)的文件系統(tǒng)。它存取文件的性能極好，對(duì)于中、小型的文件更顯示出優(yōu)勢(shì)，這主要得益于其簇快取層的優(yōu)良設(shè)計(jì)。ext2可以支持256字節(jié)的長(zhǎng)文件名，其單一文件大小和文件系統(tǒng)本身的容量上限與文件系統(tǒng)本身的簇大小有關(guān)。在常見(jiàn)的Intel x86兼容處理器的系統(tǒng)中，簇最大為4KB，單一文件大小上限為2048GB, 而文件系統(tǒng)的容量上限為6384GB。盡管Linux可以支持種類(lèi)繁多的文件系統(tǒng)，但是2000年以前幾乎所有的Linux發(fā)行版都使用ext2作為默認(rèn)的文件系統(tǒng)。
ext2也有一些問(wèn)題。由于它的設(shè)計(jì)者主要考慮的是文件系統(tǒng)性能方面的問(wèn)題，而在寫(xiě)入文件內(nèi)容的同時(shí)，并沒(méi)有寫(xiě)入文件的meta-data（和文件有關(guān)的信息，例如權(quán)限、所有者及創(chuàng)建和訪問(wèn)時(shí)間）。換句話(huà)說(shuō)，Linux先寫(xiě)入文件的內(nèi)容，然后等到有空的時(shí)候才寫(xiě)入文件的meta-data。如果出現(xiàn)寫(xiě)入文件內(nèi)容之后，但在寫(xiě)入文件的meta-data之前系統(tǒng)突然斷電，就可能造成文件系統(tǒng)就會(huì)處于不一致的狀態(tài)。在一個(gè)有大量文件操作的系統(tǒng)中，出現(xiàn)這種情況會(huì)導(dǎo)致很?chē)?yán)重的后果。另外，由于目前Linux的 2.4內(nèi)核所能使用的單一分割區(qū)最大只有2048GB，盡管文件系統(tǒng)的容量上限為6384G，但是實(shí)際上能使用的文件系統(tǒng)容量最多也只有2048GB。
ext3
在講解ext3、JFS、XFS、ReiserFS日志格式文件系統(tǒng)之前，先介紹一些日志式文件系統(tǒng)基礎(chǔ)。
日志式文件系統(tǒng)起源于Oracle、Sybase等大型數(shù)據(jù)庫(kù)。由于數(shù)據(jù)庫(kù)操作往往是由多個(gè)相關(guān)的、相互依賴(lài)的子操作組成，任何一個(gè)子操作的失敗都意味著整個(gè)操作的無(wú)效性，對(duì)數(shù)據(jù)庫(kù)數(shù)據(jù)的任何修改都要恢復(fù)到操作以前的狀態(tài)。Linux日志式文件系統(tǒng)就是由此發(fā)展而來(lái)的。日志文件系統(tǒng)通過(guò)增加一個(gè)叫做日志的、新的數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)來(lái)解決這個(gè)“fsck”問(wèn)題。這個(gè)日志是位于磁盤(pán)上的結(jié)構(gòu)。在對(duì)元數(shù)據(jù)做任何改變以前，文件系統(tǒng)驅(qū)動(dòng)程序會(huì)向日志中寫(xiě)入一個(gè)條目，這個(gè)條目描述了它將要做些什么，所以日志文件具有可伸縮性和健壯性。在分區(qū)中保存日志記錄文件好處是：文件系統(tǒng)寫(xiě)操作首先是對(duì)記錄文件進(jìn)行操作，若整個(gè)寫(xiě)操作由于某種原因(如系統(tǒng)掉電)而中斷，則在下次系統(tǒng)啟動(dòng)時(shí)就會(huì)讀日志記錄文件的內(nèi)容，恢復(fù)到?jīng)]有完成的寫(xiě)操作，這個(gè)過(guò)程一般只需要兩三分鐘時(shí)間。
ext3是由開(kāi)放資源社區(qū)開(kāi)發(fā)的日志文件系統(tǒng)，早期主要開(kāi)發(fā)人員是Stephen Tweedie。ext3被設(shè)計(jì)成是ext2的升級(jí)版本，盡可能方便用戶(hù)從ext2向ext3遷移。ext3在ext2的基礎(chǔ)上加入了記錄元數(shù)據(jù)的日志功能，努力保持向前和向后的兼容性，也就是在保有目前ext2的格式之下再加上日志功能。和ext2相比，ext3提供了更佳的安全性，這就是數(shù)據(jù)日志和元數(shù)據(jù)日志之間的不同。ext3是一種日志式文件系統(tǒng)，日志式文件系統(tǒng)的優(yōu)越性在于由于文件系統(tǒng)都有快取層參與運(yùn)作，如不使用時(shí)必須將文件系統(tǒng)卸下，以便將快取層的資料寫(xiě)回磁盤(pán)中。因此，每當(dāng)系統(tǒng)要關(guān)機(jī)時(shí)，必須將其所有的文件系統(tǒng)全部卸下后才能進(jìn)行關(guān)機(jī)。如果在文件系統(tǒng)尚未卸下前就關(guān)機(jī) (如停電)，那么重開(kāi)機(jī)后就會(huì)造成文件系統(tǒng)的資料不一致，故這時(shí)必須做文件系統(tǒng)的重整工作，將不一致與錯(cuò)誤的地方修復(fù)。然而，這個(gè)過(guò)程是相當(dāng)耗時(shí)的，特別是容量大的文件系統(tǒng)不能百分之百保證所有的資料都不會(huì)流失，特別在大型的服務(wù)器上可能會(huì)出現(xiàn)問(wèn)題。除了與ext2兼容之外，ext3還通過(guò)共享ext2的元數(shù)據(jù)格式繼承了ext2的其它優(yōu)點(diǎn)。比如，ext3用戶(hù)可以使用一個(gè)穩(wěn)固的fsck工具。由于ext3基于ext2的代碼，所以它的磁盤(pán)格式和ext2的相同，這意味著一個(gè)干凈卸裝的ext3文件系統(tǒng)可以作為ext2文件系統(tǒng)毫無(wú)問(wèn)題地重新掛裝。如果現(xiàn)在使用的是ext2文件系統(tǒng)，并且對(duì)數(shù)據(jù)安全性要求很高，這里建議考慮升級(jí)使用ext3。
ext3最大的缺點(diǎn)是，它沒(méi)有現(xiàn)代文件系統(tǒng)所具有的、能提高文件數(shù)據(jù)處理速度和解壓的高性能。此外，使用ext3文件系統(tǒng)要注意硬盤(pán)限額問(wèn)題，在這個(gè)問(wèn)題解決之前,不推薦在重要的企業(yè)應(yīng)用上采用ext3＋Disk Quota（磁盤(pán)配額）。
JFS
JFS是一種提供日志的字節(jié)級(jí)文件系統(tǒng)。該文件系統(tǒng)主要是為滿(mǎn)足服務(wù)器（從單處理器系統(tǒng)到高級(jí)多處理器和群集系統(tǒng)）的高吞吐量和可靠性需求而設(shè)計(jì)、開(kāi)發(fā)的。JFS文件系統(tǒng)是為面向事務(wù)的高性能系統(tǒng)而開(kāi)發(fā)的。在IBM的AIX系統(tǒng)上，JFS已經(jīng)過(guò)較長(zhǎng)時(shí)間的測(cè)試，結(jié)果表明它是可靠、快速和容易使用的。2000年2月，IBM宣布在一個(gè)開(kāi)放資源許可證下移植Linux版本的JFS文件系統(tǒng)。JFS也是一個(gè)有大量用戶(hù)安裝使用的企業(yè)級(jí)文件系統(tǒng)，具有可伸縮性和健壯性。與非日志文件系統(tǒng)相比，它的突出優(yōu)點(diǎn)是快速重啟能力，JFS能夠在幾秒或幾分鐘內(nèi)就把文件系統(tǒng)恢復(fù)到一致?tīng)顟B(tài)。雖然JFS主要是為滿(mǎn)足服務(wù)器（從單處理器系統(tǒng)到高級(jí)多處理器和群集系統(tǒng)）的高吞吐量和可靠性需求而設(shè)計(jì)的，但還可以用于想得到高性能和可靠性的客戶(hù)機(jī)配置，因?yàn)樵谙到y(tǒng)崩潰時(shí)JFS能提供快速文件系統(tǒng)重啟時(shí)間，所以它是因特網(wǎng)文件服務(wù)器的關(guān)鍵技術(shù)。使用數(shù)據(jù)庫(kù)日志處理技術(shù)，JFS能在幾秒或幾分鐘之內(nèi)把文件系統(tǒng)恢復(fù)到一致?tīng)顟B(tài)。而在非日志文件系統(tǒng)中，文件恢復(fù)可能花費(fèi)幾小時(shí)或幾天。
JFS的缺點(diǎn)是，使用JFS日志文件系統(tǒng)性能上會(huì)有一定損失，系統(tǒng)資源占用的比率也偏高，因?yàn)楫?dāng)它保存一個(gè)日志時(shí)，系統(tǒng)需要寫(xiě)許多數(shù)據(jù)。
ReiserFS
ReiserFS的第一次公開(kāi)亮相是在1997年7月23日，Hans Reiser把他的基于平衡樹(shù)結(jié)構(gòu)的ReiserFS文件系統(tǒng)在網(wǎng)上公布。ReiserFS 3.6.x（作為L(zhǎng)inux 2.4一部分的版本）是由Hans Reiser和他的Namesys開(kāi)發(fā)組共同開(kāi)發(fā)設(shè)計(jì)的。SuSE Linux也對(duì)它的發(fā)展起了重大的幫助。Hans和他的組員們相信最好的文件系統(tǒng)是能夠有助于創(chuàng)建獨(dú)立的共享環(huán)境或命名空間的文件系統(tǒng)，應(yīng)用程序可以在其中更直接、有效和有力地相互作用。為了實(shí)現(xiàn)這一目標(biāo)，文件系統(tǒng)就應(yīng)該滿(mǎn)足使用者對(duì)性能和功能方面的需要。那樣使用者就能夠繼續(xù)直接地使用文件系統(tǒng)，而不必建造運(yùn)行在文件系統(tǒng)之上（如數(shù)據(jù)庫(kù)之類(lèi)）的特殊目的層。ReiserFS 使用了特殊的、優(yōu)化的平衡樹(shù)（每個(gè)文件系統(tǒng)一個(gè)）來(lái)組織所有的文件系統(tǒng)數(shù)據(jù)，這為其自身提供了非常不錯(cuò)的性能改進(jìn)，也能夠減輕文件系統(tǒng)設(shè)計(jì)上的人為約束。另一個(gè)使用平衡樹(shù)的好處就是，ReiserFS 能夠像其它大多數(shù)的下一代文件系統(tǒng)一樣，根據(jù)需要?jiǎng)討B(tài)地分配索引節(jié)，而不必在文件系統(tǒng)創(chuàng)建時(shí)建立固定的索引節(jié)。這有助于文件系統(tǒng)更靈活地適應(yīng)面臨的各種存儲(chǔ)需要，同時(shí)提供附加的空間有效率。
ReiserFS被看作是一個(gè)更加激進(jìn)和現(xiàn)代的文件系統(tǒng)。傳統(tǒng)的Unix文件系統(tǒng)是按磁盤(pán)塊來(lái)進(jìn)行空間分配的，對(duì)于目錄和文件等的查找使用了簡(jiǎn)單的線性查找。這些設(shè)計(jì)在當(dāng)時(shí)是合適的，但隨著磁盤(pán)容量的增大和應(yīng)用需求的增加，傳統(tǒng)文件系統(tǒng)在存儲(chǔ)效率、速度和功能上已顯得落后。在ReiserFS的下一個(gè)版本—Reiser 4，將提供了對(duì)事務(wù)的支持。ReiserFS突出的地方還在于其設(shè)計(jì)上著眼于實(shí)現(xiàn)一些未來(lái)的插件程序，這些插件程序可以提供訪問(wèn)控制列表、超級(jí)鏈接，以及一些其它非常不錯(cuò)的功能。在http://www.namesys.com/v4/v4.html中，有Reiser 4的介紹和性能測(cè)試。
ReiserFS一個(gè)最受批評(píng)的缺點(diǎn)是，每升級(jí)一個(gè)版本都將要將磁盤(pán)重新格式化一次，而且它的安全性能和穩(wěn)定性與ext3相比有一定的差距。因?yàn)镽eiserFS文件系統(tǒng)還不能正確處理超長(zhǎng)的文件目錄，如果創(chuàng)建一個(gè)超過(guò)768字符的文件目錄，并使用ls或其它echo命令，將有可能導(dǎo)致系統(tǒng)掛起。在http://www.namesys.com/ 網(wǎng)站可以了解關(guān)于ReiserFS的更多信息。
XFS
XFS是一種非常優(yōu)秀的日志文件系統(tǒng)，它是由SGI于20世紀(jì)90年代初開(kāi)發(fā)的。XFS推出后被業(yè)界稱(chēng)為先進(jìn)的、最具可升級(jí)性的文件系統(tǒng)技術(shù)。它是一個(gè)全64位、快速、穩(wěn)固的日志文件系統(tǒng)，多年用于SGI的IRIX操作系統(tǒng)。當(dāng)SGI決定支持Linux社區(qū)時(shí)，它將關(guān)鍵的基本架構(gòu)技術(shù)授權(quán)于Linux，以開(kāi)放資源形式發(fā)布了他們自己擁有的XFS的源代碼，并開(kāi)始進(jìn)行移植。此項(xiàng)工作進(jìn)展得很快，目前已進(jìn)入beta版階段。作為一個(gè)64位文件系統(tǒng)，XFS可以支持超大數(shù)量的文件（9000×1GB），可在大型2D和3D數(shù)據(jù)方面提供顯著的性能。XFS有能力預(yù)測(cè)其它文件系統(tǒng)薄弱環(huán)節(jié)，同時(shí)提供了在不妨礙性能的情況下增強(qiáng)可靠性和快速的事故恢復(fù)。
XFS可為L(zhǎng)inux和開(kāi)放資源社區(qū)帶來(lái)如下新特性：
◆可升級(jí)性 XFS被設(shè)計(jì)成可升級(jí)，以面對(duì)大多數(shù)的存儲(chǔ)容量和I/O存儲(chǔ)需求；可處理大型文件和包含巨大數(shù)量文件的大型目錄，以滿(mǎn)足21世紀(jì)快速增長(zhǎng)的磁盤(pán)需求。XFS有能力動(dòng)態(tài)地為文件分配索引空間，使系統(tǒng)形成高效支持大數(shù)量文件的能力。在它的支持下，用戶(hù)可使用的文件遠(yuǎn)遠(yuǎn)大于現(xiàn)在最大的文件系統(tǒng)。
◆優(yōu)秀的I/O 性能 典型的現(xiàn)代服務(wù)器使用大型的條帶式磁盤(pán)陣列，以提供達(dá)數(shù)GB/秒的總帶寬。XFS可以很好地滿(mǎn)足I/O請(qǐng)求的大小和并發(fā)I/O請(qǐng)求的數(shù)量。XFS可作為root文件系統(tǒng)，并被LILO支持，也可以在NFS服務(wù)器上使用，并支持軟件磁盤(pán)陣列（RAID）和邏輯卷管理器（Logical Volume Manager,LVM）。SGI最新發(fā)布的XFS為1.0.1版，在http://oss.sgi.com/projects/XFS/ 可以下載它。
由于XFS比較復(fù)雜，實(shí)施起來(lái)有一些難度（包括人員培訓(xùn)等），所以目前XFS主要應(yīng)用于Linux企業(yè)應(yīng)用的高端。
其它文件系統(tǒng)
上面介紹了六種主要文件系統(tǒng)，下面簡(jiǎn)單介紹一些其它文件系統(tǒng)。
◆Minix 是Linux支持的第一個(gè)文件系統(tǒng)，對(duì)用戶(hù)有很多限制，性能低下，有些沒(méi)有時(shí)間標(biāo)記，文件名最長(zhǎng)l4個(gè)字符。Minix文件系統(tǒng)最大缺點(diǎn)是只能使用64MB的硬盤(pán)分區(qū)，所以目前已經(jīng)沒(méi)有人使用它了。
◆Xia 是Minix文件系統(tǒng)修正后的版本，在一定程度上解決了文件名和文件系統(tǒng)大小的局限。但是沒(méi)有新的特色，目前很少有人使用。
◆ISO9660 標(biāo)準(zhǔn)CDROM文件系統(tǒng)，通用的Rock Ridge增強(qiáng)系統(tǒng)，允許長(zhǎng)文件名。
◆NFS Sun公司推出的網(wǎng)絡(luò)文件系統(tǒng)，允許多臺(tái)計(jì)算機(jī)之間共享同一文件系統(tǒng)，易于從所有這些計(jì)算機(jī)上存取文件。
◆SysV 是System V/Coherent在Linux平臺(tái)上的文件系統(tǒng)。
除了上面這些Linux文件系統(tǒng)外，Linux也可以支持基于Windows和Netware的文件系統(tǒng)，例如UMSDOS、MSDOS、VFAT、HPFS、SMB和NCPFS等。兼容這些文件系統(tǒng)對(duì)Linux用戶(hù)也是很重要的，畢竟在桌面環(huán)境下Windows文件系統(tǒng)還是很流行的，而Netware網(wǎng)絡(luò)也有許多用戶(hù)，Linux用戶(hù)也需要共享這些文件系統(tǒng)的數(shù)據(jù)。
◆UMSDOS Linux下的擴(kuò)展MSDOS文件系統(tǒng)驅(qū)動(dòng)，支持長(zhǎng)文件名、所有者、允許權(quán)限、連接和設(shè)備文件。允許一個(gè)普通的MSDOS文件系統(tǒng)用于Linux，而且無(wú)須為它建立單獨(dú)的分區(qū)。
◆MSDOS 是在DOS、Windows和某些OS/2操作系統(tǒng)上使用的一種文件系統(tǒng)，其名稱(chēng)采用“8+3”的形式，即8個(gè)字符的文件名加上3個(gè)字符的擴(kuò)展名。
◆VFAT 是Windows 9x和Windows NT/2000下使用的一種DOS文件系統(tǒng)，其在DOS文件系統(tǒng)的基礎(chǔ)上增加了對(duì)長(zhǎng)文件名的支持。
◆HPFT 高性能文件系統(tǒng)（High Performance File System，HPFS）是微軟的LAN Manager中的文件系統(tǒng)，同時(shí)也是IBM的LAN Server和OS／2的文件系統(tǒng)。HPFT能訪問(wèn)較大的硬盤(pán)驅(qū)動(dòng)器，提供了更多的組織特性，并改善了文件系統(tǒng)的安全特性。
◆SMB 是一種支持Windows for Workgroups、Windows NT和Lan Manager的基于SMB協(xié)議的網(wǎng)絡(luò)操作系統(tǒng)。
◆NCPFS 是一種Novell NetWare使用的NCP協(xié)議的網(wǎng)絡(luò)操作系統(tǒng)。
◆NTFS 是Windows NT/2000操作系統(tǒng)支持的、一個(gè)特別為網(wǎng)絡(luò)和磁盤(pán)配額、文件加密等管理安全特性設(shè)計(jì)的磁盤(pán)格式。
察看Linux文件類(lèi)型
不同版本的Linux所支持的文件系統(tǒng)類(lèi)型和種類(lèi)都有所不同，如何知道自己使用的Linux發(fā)行版的文件系統(tǒng)類(lèi)型呢？下面以筆者使用的Mandrake Linux 8.2為例，講解如何操作。
以超級(jí)用戶(hù)權(quán)限登陸Linux，進(jìn)入/Lib/modules/2.4.18-6mdk/kernel/fs目錄，執(zhí)行下面命令：
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注意，不同Linux發(fā)行版本的fs目錄的位置可能有些不同。/Lib/modules/2.4.18-6mdk/kernel/fs中會(huì)顯示當(dāng)前系統(tǒng)所支持的文件系統(tǒng)種類(lèi)。
從圖1中可以看到，筆者使用的Mandrake Linux 8.2支持的文件系統(tǒng)非常多，系統(tǒng)核心支持十多種文件系統(tǒng)類(lèi)型：JFS、ReiserFS、ext、ext2、ext3、ISO9660、XFS、Minx、MSDOS、UMSDOS、VFAT、NTFS、HPFS、NFS、SMB、SysV、PROC等。
![]("http://tech.ccidnet.com/pub/attachment/2003/11/261502.jpg")
圖1 Mandrake Linux 8.2支持的文件系統(tǒng)類(lèi)型
文件系統(tǒng)是操作系統(tǒng)用于明確磁盤(pán)或分區(qū)上文件的方法和數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)，即在磁盤(pán)上組織文件的方法。文件系統(tǒng)是整個(gè)操作系統(tǒng)中重要的組成部分，是操作系統(tǒng)正常運(yùn)行的基本條件。了解Linux文件系統(tǒng)對(duì)于深入學(xué)習(xí)、研究Linux是非常重要的。
