Dateisystem

Im Computer, Dateisystem oder Dateisystem (oft abgekürzt zu fs) ist eine Methode und Datenstruktur, die das Betriebssystem verwendet, um zu steuern, wie Daten sind gelagert und abgerufen.[1] Ohne ein Dateisystem wären Daten, die in einem Speichermedium platziert sind, ein großes Datenteil, ohne zu sagen, wo ein Datenstück gestoppt und der nächste begann oder wo sich ein Datenstück befand, als es an der Zeit war, sie abzurufen. Durch die Trennung der Daten in Stücke und das Angeben jedes Stücks einen Namen, werden die Daten leicht isoliert und identifiziert. Nehmen Sie seinen Namen von der Art und Weise, wie ein papierbasiertes Datenverwaltungssystem benannt wird, jede Datengruppe als "als" als "als" als "als" als "als" bezeichnet "bezeichnet.Datei.

Es gibt viele Arten von Dateisystemen mit einer eindeutigen Struktur und Logik, Eigenschaften von Geschwindigkeit, Flexibilität, Sicherheit, Größe und mehr. Einige Dateisysteme wurden so konzipiert, dass sie für bestimmte Anwendungen verwendet werden. Zum Beispiel die ISO 9660 Das Dateisystem ist speziell für optische Scheiben.

Dateisysteme können für viele Arten von verwendet werden Speichergeräte Verwenden verschiedener Medien. Ab 2019, Festplattenfahrten Sie waren wichtige Speichergeräte und sollen auf absehbare Zeit so bleiben.[2] Andere Arten von Medien, die verwendet werden SSDs, Magnetbänderund optische Scheiben. In einigen Fällen wie mit tmpfs, der Hauptspeicher des Computers (Arbeitsspeicher, RAM) wird verwendet, um ein temporäres Dateisystem für kurzfristige Verwendung zu erstellen.

Einige Dateisysteme werden auf lokaler Verwendung verwendet Datenspeichergeräte;[3] Andere bieten über a Dateizugriff Netzwerkprotokoll (zum Beispiel, NFS,[4] SMB, oder 9p Kunden). Einige Dateisysteme sind "virtuell", was bedeutet, dass die gelieferten "Dateien" (genannt Virtuelle Dateien) werden auf Anfrage berechnet (wie z. Procfs und sysfs) oder lediglich eine Zuordnung in ein anderes Dateisystem, das als Backing -Store verwendet wird. Das Dateisystem verwaltet den Zugriff auf sowohl den Inhalt von Dateien als auch die Metadaten über diese Dateien. Es ist verantwortlich für die Vereinbarung des Stauraums; Zuverlässigkeit, Effizienz und Tuning im Hinblick auf das physische Speichermedium sind wichtige Konstruktionsüberlegungen.

Ursprung des Begriffs

Vor dem Aufkommen von Computern der Begriff Dateisystem wurde verwendet, um eine Methode zum Speichern und Abrufen von Papierdokumenten zu beschreiben.[5] Bis 1961 wurde der Begriff neben der ursprünglichen Bedeutung auf die computergestützte Einreichung angewendet.[6] Bis 1964 wurde es im Allgemeinen verwendet.[7]

Die Architektur

Ein Dateisystem besteht aus zwei oder drei Ebenen. Manchmal werden die Schichten explizit getrennt und manchmal werden die Funktionen kombiniert.[8]

Das Logisches Dateisystem ist für die Interaktion mit der Benutzeranwendung verantwortlich. Es liefert die Anwendungsprogrammschnittstelle (API) für Dateioperationen - OFFEN, NAH DRAN, LESENusw. und übergibt den angeforderten Betrieb zur Verarbeitung an die unten darunter liegende Schicht. Das logische Dateisystem "Verwalten Sie [s] Dateitabelleneinträge und Deskriptoren pro Prozess-Datei".[9] Diese Ebene enthält "Dateizugriff, Verzeichnisvorgänge, [und] Sicherheit und Schutz".[8]

Die zweite optionale Ebene ist die Virtuelles Dateisystem. "Diese Schnittstelle ermöglicht die Unterstützung mehrerer gleichzeitiger Instanzen physischer Dateisysteme, von denen jede als Dateisystemimplementierung bezeichnet wird."[9]

Die dritte Schicht ist die Physikalisches Dateisystem. Diese Schicht befasst sich mit dem physischen Betrieb des Speichergeräts (z. B. Festplatte). Es verarbeitet physisch Blöcke gelesen oder geschrieben werden. Es geht um Pufferung und Speicherverwaltung und ist verantwortlich für die physische Platzierung von Blöcken an bestimmten Stellen im Speichermedium. Das physikalische Dateisystem interagiert mit dem Gerätetreiber oder mit dem Kanal zum Starten des Speichergeräts.[8]

Aspekte von Dateisystemen

Raum-Management

Hinweis: Dies gilt nur für Dateisysteme, die in Speichergeräten verwendet werden.

Ein Beispiel für Slack Space, demonstriert mit 4.096-Byte NTFS -Cluster: 100.000 Dateien, jeweils fünf Bytes pro Datei, die 500.000 Bytes tatsächlicher Daten entsprechen, jedoch 409.600.000 Bytes des Speicherplatzes zum Speichern benötigen

Dateisysteme richten Platz auf granularer Weise, normalerweise mehrere physische Einheiten auf dem Gerät. Das Dateisystem ist für die Organisation verantwortlich Dateien und Verzeichnisseund verfolgen, welche Bereiche der Medien zu welcher Datei gehören und welche nicht verwendet werden. Zum Beispiel in Apfeldos In den frühen 1980er Jahren wurden 256-Byte-Sektoren auf einer 140-Kilobyte-Diskette ein a Track/Sektorkarte.

Dies führt zu einem ungenutzten Speicherplatz, wenn eine Datei kein genaues Vielfalt der Zuordnungseinheit ist, manchmal als als als bezeichnet Slack Space.[10] Für eine Zuordnung von 512 Byte beträgt der durchschnittliche nicht verwendete Raum 256 Bytes. Für 64 KB -Cluster beträgt der durchschnittliche ungenutzte Raum 32 kb. Die Größe der Zuordnungseinheit wird ausgewählt, wenn das Dateisystem erstellt wird. Die Auswahl der Zuordnungsgröße basierend auf der durchschnittlichen Größe der Dateien, die erwartet werden, die im Dateisystem enthalten sind, kann die Menge an unbrauchbarem Speicherplatz minimieren. Häufig kann die Standardzuweisung eine angemessene Verwendung liefern. Auswahl einer Zuordnungsgröße, die zu kleine Ergebnisse in übermäßigem Overhead entspricht, wenn das Dateisystem meistens sehr große Dateien enthält.

Dateisysteme können werden fragmentiert

Dateisystemfragmentierung tritt auf, wenn nicht verwendete Speicherplatz oder einzelne Dateien nicht zusammenhängend sind. Wenn ein Dateisystem verwendet wird, werden Dateien erstellt, geändert und gelöscht. Wenn eine Datei erstellt wird, weist das Dateisystem Speicherplatz für die Daten zu. Einige Dateisysteme ermöglichen oder müssen eine anfängliche Speicherplatzzuweisung und nachfolgende inkrementelle Zuordnungen angeben, wenn die Datei wächst. Wenn Dateien gelöscht werden, wird der Speicherplatz, dem sie schließlich zugeteilt wurden, für die Verwendung von anderen Dateien als verfügbar angesehen. Dies schafft abwechselnde gebrauchte und nicht verwendete Bereiche unterschiedlicher Größen. Dies ist die Fragmentierung des freien Raums. Wenn eine Datei erstellt wird und für ihre anfängliche Zuordnung keinen Bereich mit zusammenhängendem Raum verfügbar ist, muss der Speicherplatz in Fragmenten zugewiesen werden. Wenn eine Datei so geändert wird, dass sie größer wird, kann sie den ursprünglich zugewiesenen Speicherplatz überschreiten, eine andere Zuordnung muss an anderer Stelle zugewiesen werden und die Datei wird fragmentiert.[11]

In einigen Betriebssystemen kann ein Systemadministrator verwendet werden Festplattenquoten Um die Zuweisung des Festplattenraums zu begrenzen.

Dateinamen

A Dateiname (oder Dateiname) wird verwendet, um einen Speicherort im Dateisystem zu identifizieren. Die meisten Dateisysteme haben Einschränkungen für die Länge der Dateinamen. In einigen Dateisystemen sind Dateinamen nicht Fallempfindlichkeit (d. h. die Namen MEINE DATEI und meine Datei Siehe gleiche Datei in einem Verzeichnis); In anderen MEINE DATEI, Meine Datei, und meine Datei Siehe drei separate Dateien, die sich im selben Verzeichnis befinden).

Die meisten modernen Dateisysteme ermöglichen es Dateinamen, eine Vielzahl von Zeichen aus dem zu enthalten Unicode Zeichensatz. Sie können jedoch Einschränkungen bei der Verwendung bestimmter Sonderzeichen aufweisen und sie innerhalb von Dateinamen nicht zugesagt. Diese Zeichen können verwendet werden, um ein Gerät, ein Gerätetyp, ein Verzeichnispräfix, einen Dateipfadabscheider oder einen Dateityp anzugeben.

Verzeichnisse

Dateisysteme haben normalerweise Verzeichnisse (auch genannt Ordner), die es dem Benutzer ermöglichen, Dateien in separate Sammlungen zu gruppieren. Dies kann implementiert werden, indem der Dateiname mit einem Index in a assoziiert wird Inhaltsverzeichnis oder an Inode in einem Unix-artig Dateisystem. Verzeichnisstrukturen können flach sein (d. H. Linear) oder Hierarchien, in denen Verzeichnisse Unterverzeichnisse enthalten können. Das erste Dateisystem zur Unterstützung beliebiger Verzeichnishierarchien wurde in der Mehrheit Betriebssystem.[12] Die nativen Dateisysteme von UNIX-ähnlichen Systemen unterstützen auch beliebige Verzeichnishierarchien, ebenso wie zum Beispiel, Apfel's Hierarchischer Dateisystemund sein Nachfolger HFS+ in Klassischer Mac OS, das FETT Dateisystem in MS-DOS 2.0 und spätere Versionen von MS-DOS und in Microsoft Windows, das NTFS Dateisystem in der Windows NT Familie von Betriebssystemen und ODS-2 (On-Disk-Struktur-2) und höhere Ebenen der Dateien-11 Dateisystem in OpenVMS.

Metadaten

Andere Buchhaltungsinformationen sind in der Regel jeder Datei in einem Dateisystem zugeordnet. Das Länge der in einer Datei enthaltenen Daten können als Anzahl der für die Datei zugewiesenen Blöcke oder als a gespeichert werden Byte zählen. Das Zeit Dass die Datei zuletzt geändert wurde, kann als Zeitstempel der Datei gespeichert werden. Dateisysteme speichern möglicherweise die Zeit für die Erstellung von Dateien, die Zeit, die zuletzt zugegriffen wurde, die Zeit der Datei der Datei Metadaten wurde geändert oder die Zeit, als die Datei zuletzt gesichert wurde. Andere Informationen können die Datei enthalten Gerätetyp (z.B. Block, Charakter, Steckdose, Unterverzeichnisusw.), sein Besitzer Benutzeridentifikation und Gruppen-ID, es ist Zugriffsberechtigungen und andere Dateiattribute (z. B. ob die Datei schreibgeschützt ist, ausführbar, etc.).

Ein Dateisystem speichert alle mit der Datei zugeordneten Metadaten - einschließlich des Dateinamens, der Länge des Inhalts einer Datei und dem Speicherort der Datei in der Ordnerhierarchie - sezentum vom Inhalt der Datei.

Die meisten Dateisysteme speichern die Namen aller Dateien in einem Verzeichnis an einem Ort - der Verzeichnistabelle für dieses Verzeichnis -, die häufig wie jede andere Datei gespeichert wird. Viele Dateisysteme setzen nur einen Teil der Metadaten für eine Datei in der Verzeichnis Tabelle und den Rest der Metadaten für diese Datei in einer vollständig separaten Struktur, wie z. Inode.

Die meisten Dateisysteme speichern auch Metadaten, die einer bestimmten Datei nicht zugeordnet sind. Solche Metadaten enthält Informationen zu ungenutzten Regionen -freier Speicherplatz Bitmap, Blockverfügbarkeitskarte- und Informationen über schlechte Sektoren. Oft solche Informationen über eine Allokationsgruppe wird in der Allokationsgruppe selbst gespeichert.

Zusätzliche Attribute können auf Dateisystemen zugeordnet werden, wie z. NTFS, Xfs, ext2, ext3, einige Versionen von UFS, und HFS+, verwenden Erweiterte Dateiattribute. Einige Dateisysteme bieten benutzerdefinierte Attribute wie den Autor des Dokuments, die Zeichencodierung eines Dokuments oder die Größe eines Bildes.

Einige Dateisysteme ermöglichen es, dass unterschiedliche Datensammlungen mit einem Dateinamen zugeordnet werden. Diese getrennten Sammlungen können als bezeichnet werden Ströme oder Gabeln. Apple hat seit langem ein Forked -Dateisystem auf dem Macintosh verwendet, und Microsoft unterstützt Streams in NTFs. Einige Dateisysteme behalten mehrere frühere Überarbeitungen einer Datei unter einem einzigen Dateinamen bei. Der Dateiname für sich selbst ruft die neueste Version ab, während auf frühere gespeicherte Versions mit einer speziellen Namenskonvention wie "Dateiname; 4" oder "Dateiname (-4)" zugegriffen werden kann, um auf die Version vier zuzugreifen.

Sehen Vergleich der Dateisysteme#Metadaten Details darüber, welche Dateisysteme unterstützen, welche Arten von Metadaten.

Dateisystem als abstrakte Benutzeroberfläche

In einigen Fällen kann ein Dateisystem möglicherweise nicht ein Speichergerät verwendet, sondern kann zum Organisieren und zur Darstellung von Zugriff auf Daten verwendet werden, unabhängig davon, ob es gespeichert oder dynamisch generiert wird (z. Procfs).

Dienstprogramme

Die Dateisysteme umfassen Dienstprogramme zum Initialisieren, Ändern der Parameter von einer Instanz des Dateisystems. Einige enthalten die Möglichkeit, den für das Dateisystem zugewiesenen Speicherplatz zu erweitern oder abzuschneiden.

Verzeichnisversorgungsunternehmen können zum Erstellen, Umbenennen und Löschen verwendet werden Verzeichniseinträge, die auch als bekannt sind als Dentries (Singular: Zuppelry),[13] und Metadaten zu verändern, die mit einem Verzeichnis verbunden sind. Verzeichnisversorgungsunternehmen können auch Funktionen zum Erstellen zusätzlicher Links zu einem Verzeichnis enthalten (harte Links in Unix), um übergeordnete Links umzubenennen (".." in Unix-artig Betriebssysteme),[Klarstellung erforderlich] und um bidirektionale Links zu Dateien zu erstellen.

Datei -Dienstprogramme erstellen, listen, kopieren, verschieben und löschen Dateien und ändern Sie Metadaten. Sie können möglicherweise Daten abschneiden, die Speicherplatzzuweisung abschneiden oder erweitern, Dateien an Ort und Stelle anhängen, verschieben und ändern. Abhängig von der zugrunde liegenden Struktur des Dateisystems können sie einen Mechanismus bereitstellen, um sich auf oder vom Beginn einer Datei vorzubereiten, Einträge in die Mitte einer Datei einfügen oder Einträge aus einer Datei löschen. Versorgungsunternehmen zum freien Speicherplatz für gelöschte Dateien, wenn das Dateisystem eine unzuräugige Funktion bietet, gehören auch zu dieser Kategorie.

Einige Dateisysteme verschieben Vorgänge wie die Umstrukturierung des freien Speicherplatzes, das sichere Löschen des freien Raums und den Wiederaufbau hierarchischer Strukturen, indem Dienstprogramme zur Durchführung dieser Funktionen in Zeiten minimaler Aktivitäten bereitgestellt werden. Ein Beispiel ist das Dateisystem Defragmentierung Dienstprogramme.

Einige der wichtigsten Funktionen von Dateisystemversorgungsunternehmen sind Aufsichtsaktivitäten, bei denen es darum geht, den Eigentum oder den direkten Zugriff auf das zugrunde liegende Gerät zu umgehen. Dazu gehören leistungsstarke Sicherung und Wiederherstellung, Datenreplikation und Reorganisation verschiedener Datenstrukturen und Allokationstabellen innerhalb des Dateisystems.

Einschränkung und Ermöglichung des Zugangs

Es gibt mehrere Mechanismen, die von Dateisystemen verwendet werden, um den Zugriff auf Daten zu steuern. Normalerweise ist es beabsichtigt, das Lesen oder Ändern von Dateien durch einen Benutzer oder eine Gruppe von Benutzern zu verhindern. Ein weiterer Grund ist, sicherzustellen, dass die Daten kontrolliert geändert werden, sodass der Zugriff auf ein bestimmtes Programm beschränkt ist. Beispiele enthalten Passwörter, die in der Metadaten der Datei oder anderswo und in der Metadaten gespeichert sind Dateiberechtigungen in Form von Erlaubnisbits, Zugriffskontrolllisten, oder Fähigkeiten. Die Notwendigkeit, dass Dateisystem -Dienstprogramme in der Lage sind, auf die Daten auf Medienebene zugreifen zu können, um die Strukturen neu zu organisieren und eine effiziente Sicherung bereitzustellen, bedeutet normalerweise, dass diese nur für höfliche Benutzer wirksam sind, jedoch nicht gegen Eindringlinge wirksam sind.

Methoden zum Verschlüsseln von Dateidaten werden manchmal im Dateisystem enthalten. Dies ist sehr effektiv, da die Versorgungsunternehmen für Dateisysteme nicht benötigt werden, um den Verschlüsselungssamen zu kennen, um die Daten effektiv zu verwalten. Zu den Risiken, sich auf die Verschlüsselung zu verlassen, gehören die Tatsache, dass ein Angreifer die Daten kopieren und Brute Force verwenden kann, um die Daten zu entschlüsseln. Das Verlust des Samens bedeutet außerdem, die Daten zu verlieren.

Integrität aufrechterhalten

Eine wesentliche Verantwortung eines Dateisystems besteht darin, sicherzustellen, dass die Dateisystemstrukturen im Sekundärspeicher unabhängig von den Aktionen durch Programme, die auf das Dateisystem zugreifen, konsistent bleiben. Dies umfasst Maßnahmen, wenn ein Programm, das das Dateisystem ändert, abnormal endet oder es vernachlässigt, das Dateisystem zu informieren, das seine Aktivitäten abgeschlossen hat. Dies kann die Aktualisierung der Metadaten, den Verzeichniseintrag und die Bearbeitung von Daten umfassen, die gepuffert, aber noch nicht in den physischen Speichermedien aktualisiert wurden.

Andere Fehler, mit denen sich das Dateisystem befassen muss, umfassen Medienfehler oder Verlust der Verbindung zu Remote -Systemen.

Im Falle eines Betriebssystemausfalls oder eines "weichen" Stromausfalls müssen spezielle Routinen im Dateisystem ähnlich aufgerufen werden, wenn ein einzelnes Programm fehlschlägt.

Das Dateisystem muss auch in der Lage sein, beschädigte Strukturen zu korrigieren. Diese können aufgrund eines Betriebssystemausfalls auftreten, bei dem das Betriebssystem das Dateisystem, einen Stromausfall oder einen Reset nicht benachrichtigen konnte.

Das Dateisystem muss auch Ereignisse aufzeichnen, um systemische Probleme sowie Probleme mit bestimmten Dateien oder Verzeichnissen zu ermöglichen.

Benutzerdaten

Der wichtigste Zweck eines Dateisystems besteht darin, Benutzerdaten zu verwalten. Dies beinhaltet das Speichern, Abrufen und Aktualisieren von Daten.

Einige Dateisysteme akzeptieren Daten für die Speicherung als Strom von Bytes, die für die Medien auf eine Weise gesammelt und gespeichert werden. Wenn ein Programm die Daten abruft, gibt es die Größe eines Speicherpuffers an, und das Dateisystem überträgt Daten vom Medien auf den Puffer. Eine Laufzeitbibliotheksroutine kann manchmal dem Benutzerprogramm a ermöglichen, a zu definieren Aufzeichnung Basierend auf einem Bibliotheksaufruf, der eine Länge angibt. Wenn das Benutzerprogramm die Daten liest, ruft die Bibliothek Daten über das Dateisystem ab und gibt a zurück Aufzeichnung.

Einige Dateisysteme ermöglichen die Spezifikation einer festen Datensatzlänge, die für alle Schreibvorgänge und Lesevorgänge verwendet wird. Dies erleichtert die Lokalisierung des nth Aufzeichnung sowie Aktualisierung von Datensätzen.

Eine Identifikation für jeden Datensatz, auch als Schlüssel bezeichnet, sorgt für ein ausgefeilteres Dateisystem. Das Benutzerprogramm kann ohne Rücksicht auf seinen Standort Datensätze lesen, schreiben und aktualisieren. Dies erfordert eine komplizierte Verwaltung von Medienblöcken, die normalerweise Schlüsselblöcke und Datenblöcke trennen. Sehr effiziente Algorithmen können mit Pyramidenstrukturen zum Auffinden von Aufzeichnungen entwickelt werden.[14]

Verwenden eines Dateisystems

Dienstprogramme, sprachspezifische Laufzeitbibliotheken und Benutzerprogramme verwenden Dateisystem -APIs Um Anfragen des Dateisystems zu stellen. Dazu gehören Datenübertragung, Positionierung, Aktualisierung von Metadaten, Verwaltung von Verzeichnissen, Verwaltung von Zugriffsspezifikationen und Entfernung.

Mehrere Dateisysteme innerhalb eines einzelnen Systems

Häufig werden Einzelhandelssysteme mit einem einzigen Dateisystem konfiguriert, das das gesamte Bewohner besetzt Speichermedium.

Ein anderer Ansatz ist zu Trennwand Die Festplatte, damit mehrere Dateisysteme mit unterschiedlichen Attributen verwendet werden können. Ein Dateisystem für die Verwendung als Browser -Cache oder E -Mail -Speicher kann mit einer kleinen Zuordnungsgröße konfiguriert werden. Dies hält die Aktivität des Erstellens und Löschens von Dateien typisch für die Browseraktivität in einem engen Bereich der Festplatte, in dem sie andere Dateizuweisungen nicht beeinträchtigen. Eine andere Partition könnte für den Speicher von Audio- oder Videodateien mit einer relativ großen Blockgröße erstellt werden. Normalerweise kann ein anderer eingestellt werden schreibgeschützt und nur regelmäßig beschreibbar sein.

Ein dritter Ansatz, der hauptsächlich in Cloud -Systemen verwendet wird, besteht darin, zu verwenden. "Festplattenbilder"Zu den zusätzlichen Dateisystemen mit denselben Attributen oder nicht in einem anderen (Host-) Dateisystem als Datei. Ein gemeinsames Beispiel ist Virtualisierung: Ein Benutzer kann eine experimentelle Linux -Verteilung ausführen (unter Verwendung des ext4 Dateisystem) in einer virtuellen Maschine unter seiner Produktionsfensterumgebung (mithilfe seiner Produktionsfenster NTFS). Das Ext4 -Dateisystem befindet sich in einem Festplattenbild, das je nach Datei (oder mehrere Dateien) behandelt wird Hypervisor und Einstellungen) im NTFS -Hostdateisystem.

Mehrere Dateisysteme auf einem einzelnen System haben den zusätzlichen Nutzen, dass die verbleibenden Dateisysteme im Falle einer Beschädigung einer einzelnen Partition häufig weiterhin intakt sind. Dies beinhaltet die Viruszerstörung der System Partition oder sogar ein System, das nicht startet. Dateisystem -Dienstprogramme, die dedizierter Zugriff erfordern, können effektiv stückweise abgeschlossen werden. Zusätzlich, Defragmentierung kann effektiver sein. In Segmenten können auch mehrere Systeme für die Systemwartung wie Virus und Backups verarbeitet werden. Beispielsweise ist es nicht erforderlich, das Dateisystem mit Videos zusammen mit allen anderen Dateien zu sichern, wenn seit der letzten Sicherung keine hinzugefügt wurde. Was die Bilddateien betrifft, kann man unterschiedliche Differentialbilder, die nur "neue" Daten enthalten, die in das Master -Bild (Original) enthalten sind. Differentiale Bilder können sowohl für Sicherheitsbedenken verwendet werden (als "Einweg" -System - können schnell wiederhergestellt werden, wenn sie durch ein Virus zerstört oder kontaminiert werden, da das alte Bild entfernt und ein neues Bild in Sekundenschnitte erstellt werden kann, auch ohne ohne Automatisierte Verfahren) und schnelle Bereitstellung von virtuellen Maschinen (da die Differentialbilder mit einem Skript in Stapeln schnell hervorgebracht werden können).

Entwurfsbeschränkungen

Alle Dateisysteme haben eine funktionale Grenze, die definiert die maximal lagerbare Datenkapazität innerhalb dieses Systems. Diese funktionalen Grenzwerte sind der Designer, basierend darauf, wie groß die Speichersysteme derzeit sind und wie große Speichersysteme wahrscheinlich in Zukunft werden. Die Speicherspeicherung hat sich in der Nähe weiter erhöht exponentiell Preise (siehe Moores Gesetz)), so haben Dateisysteme nach einigen Jahren Konstruktionsbeschränkungen erreicht, bei denen Computerbenutzer wiederholt zu einem neueren System mit immer günstiger Kapazität übergehen müssen.

Die Komplexität des Dateisystems variiert typischerweise proportional mit der verfügbaren Speicherkapazität. Die Dateisysteme der frühen 1980er Jahre Heimcomputer Mit 50 kb bis 512 kb Speicher wäre keine vernünftige Wahl für moderne Speichersysteme mit Hunderten von Gigabyte Kapazität. Ebenso wären moderne Dateisysteme für diese frühen Systeme keine vernünftige Wahl, da die Komplexität moderner Dateisystemstrukturen die sehr begrenzte Kapazität der frühen Speichersysteme schnell verbrauchen oder sogar überschreitet.

Arten von Dateisystemen

Dateisystemtypen können in Festplatten-/Banddateisysteme, Netzwerkdateisysteme und Sonderdateisysteme eingeteilt werden.

Festplattendateisysteme

A Festplattendateisystem Nimmt Vorteile der Fähigkeit von Festplattenspeichermedien, Daten in kurzer Zeit zufällig zu adressieren. Zusätzliche Überlegungen umfassen die Geschwindigkeit des Zugriffs auf Daten, die anfangs angefordert wurden, und die Erwartung, dass auch die folgenden Daten angefordert werden können. Dies ermöglicht mehreren Benutzern (oder Prozessen) Zugriff auf verschiedene Daten auf der Festplatte, ohne dass der sequentielle Ort der Daten berücksichtigt wird. Beispiele beinhalten FETT (FAT12, FAT16, FAT32), pext, NTFS, HFS und HFS+, HPFS, APFs, UFS, ext2, ext3, ext4, Xfs, Btrfs, Dateien-11, Veritas Dateisystem, VMFS, ZFS, Reiserfs und Scoutfs. Einige Festplattendateisysteme sind Journaling -Dateisysteme oder Versionungsdateisysteme.

Optische Scheiben

ISO 9660 und Universal Disk -Format (UDF) sind zwei gängige Formate, die abzielen CDs, DVDs und Blu-Ray Discs. Mount Rainier ist eine Erweiterung der UDF, die seit 2.6 -Serien des Linux -Kernels unterstützt wird, und seit Windows Vista, das das Umschreiben von DVDs erleichtert.

Flash -Dateisysteme

A Flash -Dateisystem berücksichtigt die besonderen Fähigkeiten, Leistung und Einschränkungen von Flash-Speicher Geräte. Häufig kann ein Festplattendateisystem ein Flash -Speichergerät als zugrunde liegende Speichermedien verwenden. Es ist jedoch viel besser, ein Dateisystem zu verwenden, das speziell für ein Flash -Gerät entwickelt wurde.[15]

Banddateisysteme

A Banddateisystem ist ein Dateisystem und ein Bandformat, das zum Speichern von Dateien auf Band entwickelt wurde. Magnetbänder sind sequentielle Speichermedien mit deutlich längeren Zufallsdatenzugriffszeiten als Festplatten, die Herausforderungen für die Erstellung und effizientes Management eines allgemeinen Dateisystems stellen.

In einem Festplattendateisystem gibt es in der Regel ein Master -Dateiverzeichnis und eine Karte der Gebraucht- und freien Datenregionen. Alle Dateiabfälle, Änderungen oder Entfernungen erfordern die Aktualisierung des Verzeichnisses und der gebrauchten/kostenlosen Karten. Der Zufallszugriff auf Datenregionen wird in Millisekunden gemessen, sodass dieses System gut für Festplatten funktioniert.

Klebeband erfordert eine lineare Bewegung, um potenziell sehr lange Medienrollen zu winden und sich zu entspannen. Diese Bandbewegung kann einige Sekunden bis zu einigen Minuten dauern, um den Lese-/Schreibkopf von einem Ende des Bandes zum anderen zu verschieben.

Infolgedessen kann ein Master -Dateiverzeichnis und eine Nutzungskarte mit Band extrem langsam und ineffizient sein. Das Schreiben beinhaltet in der Regel das Lesen der Block -Nutzungskarte, um kostenlose Blöcke zum Schreiben zu finden, die Verwendungskarte und das Verzeichnis zu aktualisieren, um die Daten hinzuzufügen, und dann das Band voranzutreiben, um die Daten an der richtigen Stelle zu schreiben. Für jede zusätzliche Datei schreiben müssen die Karte und das Verzeichnis aktualisiert und die Daten geschrieben werden, die für jede Datei mehrere Sekunden dauern können.

Banddateisysteme ermöglichen es stattdessen normalerweise, dass das Dateiverzeichnis über das mit den Daten gemischte Band verteilt wird Streaming, damit zeitaufwändige und wiederholte Bandbewegungen nicht erforderlich sind, um neue Daten zu schreiben.

Ein Nebeneffekt dieses Entwurfs ist jedoch, dass das Lesen des Dateiverzeichnisses eines Bandes normalerweise das gesamte Band scannen muss, um alle verstreuten Verzeichniseinträge zu lesen. Die meisten Datenarchiving -Software, die mit Bandspeicher funktioniert, speichern eine lokale Kopie des Bandkatalogs in einem Festplatten -Dateisystem, sodass das Hinzufügen von Dateien zu einem Band schnell durchgeführt werden kann, ohne die Bandmedien wieder aufzunehmen. Die lokale Bandkatalogkopie wird normalerweise verworfen, wenn sie nicht für einen bestimmten Zeitraum verwendet wird. Zu diesem Zeitpunkt muss das Klebeband erneut gescannt werden, wenn es in Zukunft verwendet werden soll.

IBM hat ein Dateisystem für ein Band namens the entwickelt Linear Tape -Dateisystem. Die IBM-Implementierung dieses Dateisystems wurde als Open-Source veröffentlicht IBM Linear Tape File System-Single Drive Edition (LTFS-SDE) Produkt. Das Linear Tape-Dateisystem verwendet eine separate Partition auf dem Band, um die Index-Meta-Daten aufzuzeichnen, wodurch die Probleme vermieden werden, die mit Streuungsverzeichniseinträgen über das gesamte Band verbunden sind.

Bandformatierung

Das Schreiben von Daten in ein Band, das Löschen oder die Formatierung eines Bandes ist häufig ein erheblich zeitaufwändiger Prozess und kann auf großen Bändern mehrere Stunden dauern.[a] Bei vielen Datenbandtechnologien ist es nicht erforderlich, das Band zu formatieren, bevor neue Daten auf das Band überschreiben. Dies ist auf die von Natur aus zerstörerische Natur des Überschreibens von Daten in sequentiellen Medien zurückzuführen.

Aufgrund der Zeit, in der es dauert, um ein Band zu formatieren, werden normalerweise die Klebebänder vorformatiert, sodass der Band-Benutzer keine Zeit damit verbringen muss, jedes neue Band zur Verwendung vorzubereiten. Alles, was normalerweise erforderlich ist, ist vor der Verwendung ein identifizierendes Medienetikett an das Band zu schreiben, und selbst dies kann automatisch von Software geschrieben werden, wenn erstmals ein neues Band verwendet wird.

Datenbankdateisysteme

Ein weiteres Konzept für die Dateiverwaltung ist die Idee eines datenbankbasierten Dateisystems. Anstelle von oder zusätzlich zu hierarchisch strukturiertem Management werden Dateien anhand ihrer Merkmale identifiziert, z. B. Art von Datei, Thema, Autor oder ähnlich Reiche Metadaten.[16]

IBM DB2 für mich [17] (Früher als DB2/400 und DB2 für i5/OS bekannt) ist ein Datenbankdateisystem als Teil des Objektbasis Ibm i[18] Betriebssystem (früher bekannt als OS/400 und i5/OS), einbott a einstufiger Laden und Laufen auf IBM Power Systems (früher als/400 und Iseries bekannt), entworfen von Frank G. Soltis IBMs ehemaliger Chefwissenschaftler für IBM I. Von 1978 bis 1988 haben Frank G. Soltis und sein Team von IBM Rochester Technologien wie das Datenbankdateisystem erfolgreich entwickelt und angewendet, in dem andere wie Microsoft später nicht erreicht wurden.[19] Diese Technologien sind informell als "Festtress Rochester" bekannt und wurden in wenigen grundlegenden Aspekten aus den frühen Mainframe -Technologien ausgedehnt, in vielerlei Hinsicht aus technologischer Sicht weiterentwickelt.

Einige andere Projekte, die keine "reinen" Datenbankdateisysteme sind, aber einige Aspekte eines Datenbankdateisystems verwenden:

  • Viele Webinhalteverwaltungssysteme verwenden ein Relationale DBMs Dateien speichern und abrufen. Zum Beispiel, Xhtml Dateien werden als gespeichert als Xml oder Textfelder, während Bilddateien als Blobfelder gespeichert werden; Sql Wählen Sie (mit optional XPath) Anweisungen rufen die Dateien ab und ermöglichen die Verwendung einer ausgefeilten Logik und reicheren Informationsassoziationen als "übliche Dateisysteme". Viele CMSS haben auch die Möglichkeit, nur zu speichern Metadaten In der Datenbank wird mit dem Standarddateisystem zum Speichern des Inhalts von Dateien verwendet.
  • Sehr große Dateisysteme, die von Anwendungen wie verkörpert werden Apache Hadoop und Google -DateisystemVerwenden Sie einige Datenbankdateisystem Konzepte.

Transaktionsdateisysteme

Einige Programme müssen entweder mehrere Dateisystemänderungen vornehmen oder, wenn eine oder mehrere der Änderungen aus irgendeinem Grund fehlschlagen, keine der Änderungen vornehmen. Beispielsweise kann ein Programm, bei dem Software installiert oder aktualisiert wird, ausführbaren, Bibliotheken und/oder Konfigurationsdateien schreiben. Wenn ein Teil des Schreibens fehlschlägt und die Software teilweise installiert oder aktualisiert bleibt, ist die Software möglicherweise kaputt oder unbrauchbar. Eine unvollständige Aktualisierung eines Schlüsselsystems für Schlüsselsysteme wie dem Befehl Hülse, kann das gesamte System in einem unbrauchbaren Zustand lassen.

Transaktionsverarbeitung führt die vor Atomizität Garantie, um sicherzustellen, dass die Operationen innerhalb einer Transaktion entweder alle verpflichtet sind oder die Transaktion abgebrochen werden kann und das System alle seine Teilergebnisse verwaltet. Dies bedeutet, dass der gespeicherte Status bei einem Absturz oder Stromausfall nach der Genesung konsistent ist. Entweder wird die Software vollständig installiert oder die fehlgeschlagene Installation wird vollständig zurückgerollt, aber eine unbrauchbare Teilinstallation bleibt nicht auf dem System. Transaktionen liefern auch die Isolation Garantie[Klarstellung erforderlich], was bedeutet, dass Operationen innerhalb einer Transaktion vor anderen Threads im System verborgen sind serialisiert mit der Transaktion.

Windows, beginnend mit Vista, fügte die Transaktionsunterstützung zu hinzu NTFS, in einer Funktion namens namens Transaktionale NTFs, aber seine Verwendung ist jetzt entmutigt.[20] Es gibt eine Reihe von Forschungsprototypen von Transaktionsdateisystemen für UNIX -Systeme, einschließlich des Valor -Dateisystems.[21] Amino,[22] Lfs,[23] und ein Transaktions ext3 Dateisystem auf dem TXOS -Kernel,[24] sowie Transaktionsdateisysteme, die auf eingebettete Systeme wie TFFs abzielen.[25]

Die Gewährleistung der Konsistenz über mehrere Dateisystemvorgänge hinweg ist schwierig, wenn nicht sogar unmöglich, ohne Dateisystemtransaktionen. Dateisperrung kann als als verwendet werden Parallelitätskontrolle Mechanismus für einzelne Dateien, aber in der Regel schützt er die Verzeichnisstruktur oder die Dateimetadaten nicht. Zum Beispiel kann die Dateisperrung nicht verhindern Tacttou Rassenbedingungen für symbolische Verbindungen. Die Dateisperrung kann auch nicht automatisch einen fehlgeschlagenen Vorgang zurückführen, z. B. ein Software -Upgrade. Dies erfordert Atomizität.

Journaling -Dateisysteme ist eine Technik, die zur Einführung von Konsistenz auf Transaktionsebene in Dateisystemstrukturen verwendet wird. Journaltransaktionen sind im Rahmen der OS -API nicht Programmen ausgesetzt. Sie werden nur intern verwendet, um eine Konsistenz bei der Granularität eines einzelnen Systemaufrufs zu gewährleisten.

Datensicherungssysteme bieten in der Regel keine Unterstützung für die direkte Sicherung von Daten, die auf transaktionale Weise gespeichert sind, was die Wiederherstellung zuverlässiger und konsistenter Datensätze schwierig macht. Die meisten Sicherungssoftware stellt einfach fest, welche Dateien seit einer bestimmten Zeit geändert haben, unabhängig vom Transaktionsstatus, der über mehrere Dateien im gesamten Datensatz geteilt wird. Als Problemumgehung produzieren einige Datenbanksysteme lediglich eine archivierte Statusdatei, die alle Daten bis zu diesem Zeitpunkt enthält, und die Sicherungssoftware stellt nur die Aufhebung und interagiert nicht direkt mit den aktiven Transaktionsdatenbanken. Die Wiederherstellung erfordert eine separate Erholung der Datenbank aus der Statusdatei, nachdem die Datei von der Sicherungssoftware wiederhergestellt wurde.

Netzwerkdateisysteme

A Netzwerkdateisystem ist ein Dateisystem, das als Client für ein Remote -Dateizugriffsprotokoll fungiert und Zugriff auf Dateien auf einem Server bietet. Programme, die lokale Schnittstellen verwenden, können hierarchische Verzeichnisse und Dateien transparent erstellen, verwalten und zugreifen, um in den Remote-Netzwerk verbundenen Computern. Beispiele für Netzwerkdateisysteme umfassen Clients für die NFS, AFS, SMB Protokolle und Datei-System-ähnliche Clients für Ftp und Webdav.

Shared Disk -Dateisysteme

A Shared Disk -Dateisystem ist eine Speicherbereichsnetz). Das Dateisystem vermittelt den Zugriff auf dieses Subsystem und verhindert Schreibkollisionen.[26] Beispiele beinhalten GFS2 aus roter Hut, Gpfs, jetzt als Spektrumskala bekannt, von IBM, SFS von Dataplow, CXFS aus SGI, Storntext aus Quantum Corporation und Scoutfs aus der Verssität.

Sonderdateisysteme

A Sonderdateisystem präsentiert nicht-file Elemente eines Betriebssystems als Dateien, damit sie mithilfe von Dateisystem-APIs bearbeitet werden können. Dies ist am häufigsten in Unix-artig Betriebssysteme, aber Geräte erhalten auch Dateinamen in einigen nicht-äsigen Betriebssystemen.

Gerätedateisysteme

A Gerätedateisystem repräsentiert E/A-Geräte und Pseudo-Geräte als Dateien, die genannt werden Gerätedateien. Beispiele in Unix-artig Systeme umfassen Devfs und in Linux 2.6 Systeme, Udev. In nicht-mixen Systemen, wie z. Tops-10 und andere von ihm beeinflusste Betriebssysteme, wo der vollständige Dateiname oder Pfadname Von einer Datei kann ein Gerätepräfix enthalten sein. Andere Geräte als diejenigen, die Dateisysteme enthalten, werden durch ein Gerätepräfix bezeichnet, das das Gerät angibt, ohne dass etwas folgt.

Andere spezielle Dateisysteme

  • Im Linux -Kernel, configFs und sysfs Geben Sie Dateien an, mit denen der Kernel nach Informationen abfragt und Entitäten im Kernel konfiguriert werden kann.
  • Procfs Maps verarbeitet und unter Linux andere Betriebssystemstrukturen in eine FilePace.

Minimaler Dateisystem / Audio-Kassettenspeicher

In den 1970er Jahren waren Diskette und digitale Bandgeräte für einige früh zu teuer Mikrocomputer Benutzer. Ein kostengünstiges grundlegendes Datenspeichersystem wurde entwickelt, das gemeinsam verwendet wurde Kassette Band.

Wenn das System zum Schreiben von Daten benötigt wurde, wurde der Benutzer benachrichtigt, um "Datensatz" auf dem Kassettenrekorder zu drücken, und drücken Sie dann auf "Rückgabe" auf der Tastatur, um das System zu benachrichtigen, über das der Kassettenrekorder aufgenommen wurde. Das System schrieb einen Ton, um Zeitsynchronisation zu liefern Modulierte Klänge Das hat ein Präfix codiert, die Daten, a Überprüfung und ein Suffix. Wenn das System zum Lesen von Daten benötigt wurde, wurde der Benutzer angewiesen, auf dem Kassettenrekorder "Play" zu drücken. Das System würde Hören Zu den Geräuschen auf dem Klebeband wartet, bis ein Schallstoß als Synchronisation erkannt werden konnte. Das System würde dann nachfolgende Sounds als Daten interpretieren. Wenn die Daten abgeschlossen waren, benachrichtigte das System den Benutzer, auf dem Kassettenrekorder auf "Stopp" zu drücken. Es war primitiv, aber (meistens) hat es funktioniert. Die Daten wurden nacheinander gespeichert, normalerweise in einem namenlosen Format, obwohl einige Systeme (wie die Commodore Pet Serie von Computern) erlaubte es, dass die Dateien benannt werden. Mehrere Datensätze können geschrieben und angezeigt werden, indem das Band schnell vorgeschrieben und am Bandschalter beobachtet wird, um den ungefähren Start des nächsten Datenbereichs auf dem Band zu ermitteln. Der Benutzer muss möglicherweise die Sounds anhören, um den richtigen Ort zu finden, um die nächste Datenregion zu spielen. Einige Implementierungen umfassten sogar hörbare Sounds, die mit den Daten durchsetzt sind.

Flache Dateisysteme

In einem flachen Dateisystem gibt es keine Unterverzeichnisse; Verzeichniseinträge für alle Dateien werden in einem einzigen Verzeichnis gespeichert.

Wann Diskette Die Medien waren zuerst verfügbar. Diese Art von Dateisystem war aufgrund der relativ geringen Menge an verfügbaren Datenraum angemessen. CP/m Maschinen bestanden ein flaches Dateisystem, bei dem Dateien einem von 16 zugewiesen werden können Benutzerbereiche und generische Dateioperationen, die darauf eingegrenzt sind, an einem zu arbeiten, anstatt sich zu verhalten, um an allen zu arbeiten. Diese Benutzerbereiche waren nicht mehr als spezielle Attribute, die den Dateien zugeordnet sind. Das heißt, es war nicht notwendig, Spezifische zu definieren Quote Für jeden dieser Bereiche und Dateien konnten Gruppen so lange zu addiert werden, wie noch freier Speicherplatz auf der Festplatte vorhanden war. Der frühe Apple Macintosh Auch ein Flachdateisystem enthielt, das Macintosh -Dateisystem. Es war ungewöhnlich, dass das Dateimanagementprogramm (Macintosh Finder) Erzeugt die Illusion eines teilweise hierarchischen Einreichungssystems über EMFs. Bei dieser Struktur musste jede Datei einen eindeutigen Namen haben, auch wenn sie sich in einem separaten Ordner befand. IBM DOS/360 und OS/360 Speichern Sie Einträge für alle Dateien auf einem Festplattenpaket (Volumen) in einem Verzeichnis auf der Packung namens a Volumeninhaltsverzeichnis (VTOC).

Während einfache, flache Dateisysteme mit zunehmender Anzahl von Dateien umständlich werden und es schwierig machen, Daten in verwandte Gruppen von Dateien zu organisieren.

Eine aktuelle Ergänzung zur Familie der Flat File System ist Amazonas's S3, ein Remote -Speicherdienst, der absichtlich simpel ist, damit Benutzer die Möglichkeit haben, wie ihre Daten gespeichert werden. Die einzigen Konstrukte sind Eimer (stellen Sie sich ein Festplattenlaufwerk mit unbegrenzter Größe vor) und Objekte (ähnlich, aber nicht identisch mit dem Standardkonzept einer Datei). Die erweiterte Dateiverwaltung ist zulässig, indem in der Lage ist, nahezu jedes Zeichen (einschließlich '/') im Namen des Objekts zu verwenden, und die Möglichkeit, Teilmengen des Inhalts des Buckets basierend auf identischen Präfixen auszuwählen.

Dateisysteme und Betriebssysteme

Viele Betriebssysteme Fügen Sie Unterstützung für mehr als ein Dateisystem hinzu. Manchmal sind das Betriebssystem und das Dateisystem so eng verwoben, dass es schwierig ist, Dateisystemfunktionen zu trennen.

Es muss eine Schnittstelle von der Betriebssystemsoftware zwischen dem Benutzer und dem Dateisystem vorhanden sein. Diese Schnittstelle kann textuell sein (wie z. B. von a bereitgestellt Befehlszeilenschnittstelle, so wie die Unix Shell, oder OpenVMS DCL) oder grafisch (wie z. grafische Benutzeroberfläche, wie zum Beispiel Dateibrowser). Wenn grafisch, die Metapher der MappeEs werden häufig auch Dokumente, andere Dateien und verschachtelte Ordner verwendet (siehe auch: Verzeichnis und Ordner).

UNIX- und UNIX-ähnliche Betriebssysteme

Unix-artig Betriebssysteme erstellen ein virtuelles Dateisystem, mit dem alle Dateien auf allen Geräten in einer einzelnen Hierarchie vorhanden sind. Dies bedeutet, dass es in diesen Systemen einen gibt Wurzelverzeichnisund jede auf dem System vorhandene Datei befindet sich irgendwo darunter. UNIX-ähnliche Systeme können a verwenden Widderscheibe oder Netzwerk -Shared -Ressource als Stammverzeichnis.

Unix-ähnliche Systeme weisen jedem Gerät einen Gerätenamen zu. Auf diese Weise werden jedoch nicht auf die Dateien auf diesem Gerät zugegriffen. Um Zugriff auf Dateien auf einem anderen Gerät zu erhalten, muss das Betriebssystem zunächst darüber informiert werden, wo im Verzeichnisbaum diese Dateien angezeigt werden sollten. Dieser Prozess wird genannt Montage ein Dateisystem. Zum Beispiel, um auf die Dateien auf a zuzugreifen CD-ROMMan muss das Betriebssystem sagen, "nehmen Sie das Dateisystem von dieser CD-ROM und lassen Sie es unter einem solchen und einwandfreien Verzeichnis erscheinen." Das an das Betriebssystem gegebene Verzeichnis wird als das genannt Einhängepunkt- Es könnte zum Beispiel sein /Medien. Das /Medien Verzeichnis existiert auf vielen Unix -Systemen (wie in der angegeben Dateisystem Hierarchie Standard) und ist speziell für die Verwendung als Mountspunkt für abnehmbare Medien wie CDs, DVDs, USB -Laufwerke oder Diskettenscheiben vorgesehen. Es kann leer sein oder Unterverzeichnisse für die Montage einzelner Geräte enthalten. Im Allgemeinen nur die Administrator (d.h. Root -Benutzer) kann die Montage von Dateisystemen autorisieren.

Unix-artig Die Betriebssysteme umfassen häufig Software und Tools, die den Montageprozess unterstützen und neue Funktionen bieten. Einige dieser Strategien wurden als Spiegelbild ihres Zwecks "Auto-Moung" geprägt.

  • In vielen Situationen müssen andere Dateisysteme als der Root verfügbar sein, sobald das Betriebssystem hat gebootet. Alle Unix-ähnlichen Systeme bieten daher eine Einrichtung für die Montage von Dateisystemen zur Startzeit. Systemadministratoren Definieren Sie diese Dateisysteme in der Konfigurationsdatei fstab (vfstab in Solaris), was auch Optionen und Mountspunkte anzeigt.
  • In einigen Situationen müssen bestimmte Dateisysteme bei nicht montiert werden Bootzeit, obwohl ihre Verwendung danach gewünscht werden kann. Es gibt einige Dienstprogramme für UNIX-ähnliche Systeme, die die Montage vordefinierter Dateisysteme bei der Nachfrage ermöglichen.
  • Abnehmbare Medien ermöglichen es, Programmen und Daten ohne physische Verbindung zwischen Maschinen zu übertragen. Häufige Beispiele sind USB -Flash -Laufwerke, CD-ROMs, und DVDs. Dienstprogramme wurden daher entwickelt, um das Vorhandensein und die Verfügbarkeit eines Mediums zu erkennen und dann dieses Medium ohne Benutzerintervention zu montieren.
  • Progressive Unix-ähnliche Systeme haben ebenfalls ein Konzept namens genannt Supermounting;Siehe zum Beispiel, Das Linux Supermount-NG-Projekt. Zum Beispiel kann eine übersteuerte Diskette, die überstößt wurde, physisch aus dem System entfernt werden. Unter normalen Umständen hätte die Festplatte vor ihrer Entfernung synchronisiert und dann nicht unmontiert werden müssen. Vorausgesetzt, eine Synchronisation ist aufgetreten, kann eine andere Festplatte in das Laufwerk eingefügt werden. Das System stellt automatisch fest, dass die Festplatte geändert hat und den Mount -Point -Inhalt aktualisiert, um das neue Medium widerzuspiegeln.
  • Ein Automatik montiert automatisch ein Dateisystem, wenn eine Referenz auf das Verzeichnis auf der Montage erfolgt. Dies wird normalerweise für Dateisysteme auf Netzwerkservern verwendet, anstatt sich auf Ereignisse wie die Einführung von Medien zu verlassen, wie es für abnehmbare Medien geeignet wäre.

Linux

Linux Unterstützt zahlreiche Dateisysteme, aber gemeinsame Auswahlmöglichkeiten für die Systemdiskette auf einem Blockgerät umfassen die Ext* -Familie (ext2, ext3 und ext4), Xfs, JFS, und Btrfs. Für rohen Blitz ohne a Flash -Übersetzungsschicht (Ftl) oder Speichertechnologie -Gerät (MTD) gibt es Ubifs, JFFS2 und Yaffs, unter anderen. Squashfs ist ein übliches komprimiertes schreibgeschütztes Dateisystem.

Solaris

Solaris In früheren Veröffentlichungen verabschiedet sich (nicht journal oder nicht loggen) UFS Für bootfähige und ergänzende Dateisysteme. Solaris hat UFS ausgeschlossen, unterstützt und erweitert.

Die Unterstützung anderer Dateisysteme und erhebliche Verbesserungen wurden im Laufe der Zeit hinzugefügt, einschließlich Veritas -Software Corp. (Journaling) Vxfs, Sun Microsystems (Clustering) QFS, Sun Microsystems (Journaling) UFs und Sun Microsystems (Open Source, Poolable, 128-Bit-komprimierbar und fehlerkorrigiert) ZFS.

Kernelverlängerungen wurden zu Solaris hinzugefügt, um bootfähige Veritas zu ermöglichen Vxfs Betrieb. Protokollierung oder Tagebuch schreiben wurde zu UFs in Suns hinzugefügt Solaris 7. Veröffentlichungen von Solaris 10, Solaris Express, OpenSolarisund andere Open -Source -Varianten des Solaris -Betriebssystems unterstützten später bootfähig ZFS.

Logische Lautstärkemanagement Ermöglicht das Überspannen eines Dateisystems auf mehreren Geräten, um Redundanz, Kapazität und/oder Durchsatz hinzuzufügen. Legacy -Umgebungen in Solaris können verwenden Solaris Volume Manager (früher bekannt als Solstice -Schlossuite). Mehrere Betriebssysteme (einschließlich Solaris) können verwendet werden Veritas Volumenmanager. Moderne Solaris -basierte Betriebssysteme in den Schatten stellen die Notwendigkeit einer Volumenverwaltung durch Nutzung virtueller Speicherpools in ZFS.

Mac OS

macOS (ehemals Mac OS X) verwendet die Apple -Dateisystem (APFS), das 2017 ein Dateisystem ersetzte Klassischer Mac OS genannt HFS Plus (HFS+). Apple verwendet auch den Begriff "Mac OS Extended" für HFS+.[27] HFS Plus ist a Metadaten-Rich und Case-Boning aber normalerweise) Fall-unempfindlich Dateisystem. Aufgrund der UNIX -Wurzeln von macOS wurden HFS Plus UNIX -Berechtigungen hinzugefügt. Spätere Versionen von HFS Plus fügten eine Journalierung hinzu, um die Beschädigung der Dateisystemstruktur zu verhindern, und führte eine Reihe von Optimierungen in die Allokationsalgorithmen ein, um Dateien automatisch zu entfragtzusetzen, ohne dass ein externer Defragmentierer erforderlich ist.

Dateinamen können bis zu 255 Zeichen betragen. HFS Plus verwendet Unicode Dateinamen aufbewahren. Auf macos, die Dateityp kann von der kommen Typschlüssel, in der Dateimetadaten oder die gespeichert oder die Dateiname Erweiterung.

HFS Plus hat drei Arten von Links: Unix-Stil harte Links, Unix-Stil Symbolische Links, und Aliase. Aliase sind so konzipiert, dass sie einen Link zu ihrer Originaldatei beibehalten, auch wenn sie bewegt oder umbenannt werden. Sie werden nicht vom Dateisystem selbst interpretiert, sondern vom Dateimanager -Code in Userland.

MacOS 10.13 High Sierra, das am 5. Juni 2017 bei Apple WWDC -Veranstaltung bekannt gegeben wurde, verwendet die Apple -Dateisystem an Solid State Drives.

macos unterstützte auch die UFS Dateisystem, abgeleitet von der BSD Unix schnelles Dateisystem über Nächster Schritt. Jedoch nach Mac OS X Leopard, macOS konnte nicht mehr auf einem UFS-Volumen installiert werden, noch kann ein auf einem UFS-Volumen installiertes Vor-Leoparden-System auf Leopard aktualisiert werden.[28] Ab Mac OS X Löwe Die UFS -Unterstützung wurde vollständig fallen gelassen.

Neuere Versionen von macOS können das Erbe lesen und schreiben FETT Dateisysteme (16 und 32) unter Windows häufig. Sie sind auch in der Lage lesen desto neuer NTFS Dateisysteme für Windows. Um zu schreiben zu NTFS -Dateisystemen auf macOS -Versionen zuvor Mac OS X Snow Leopard Software von Drittanbietern ist erforderlich. Mac OS X 10.6 (Snow Leopard) und später das Schreiben in NTFS-Dateisysteme ermöglichen, jedoch erst nach einer nicht trivialen Systemeinstellung Änderung (Software von Drittanbietern, die dies automatisiert).[29]

Schließlich unterstützt MacOS das Lesen und Schreiben der pext Dateisystem seit Mac OS X Snow Leopard ab Version 10.6.5.[30]

OS/2

OS/2 1.2 führte die vor Hochleistungsdateisystem (HPFS). HPFS unterstützt Mixed Case -Dateinamen in verschiedenen Codeseiten, lange Dateinamen (255 Zeichen), effizientere Nutzung des Festplattenraums, eine Architektur, die verwandte Elemente auf dem Festplattenvolumen, weniger Fragmentierung von Daten, nahe beieinander hält. Umfangsbasiert Raumzuweisung, a B+ Baum Struktur für Verzeichnisse und das Wurzelverzeichnis im Mittelpunkt der Festplatte für einen schnelleren durchschnittlichen Zugang. EIN Journaled Dateisystem (JFS) wurde 1999 versendet.

PC-BSD

PC-BSD ist eine Desktop -Version von FreeBSD, die erbt Freebsd's ZFS Unterstützung, ähnlich wie Freenas. Der neue grafische Installateur von PC-BSD klar kommen / (Wurzel) auf ZFS und Raid-Z Pool installiert und Scheibenverschlüsselung Verwendung Geli direkt von Anfang an in einem einfachen bequemen (GUI) Weg. Die aktuelle PC-BSD 9.0+ 'Isotope Edition' verfügt über ZFS-Dateisystemversion 5 und ZFS Storage Pool Version 28.

Plan 9

Plan 9 von Bell Labs behandelt alles als Datei und greift auf alle Objekte zu, die eine Datei zugegriffen wird (d. H. Es gibt keine ioctl oder MMAP): Netzwerk, Grafik, Debugging, Authentifizierung, Funktionen, Verschlüsselung und andere Dienste werden über E/A -Operationen auf zugegriffen Dateideskriptoren. Das 9p Das Protokoll beseitigt den Unterschied zwischen lokalen und entfernten Dateien. Dateisysteme in Plan 9 werden mithilfe privater, prozessorientierter Namespaces organisiert, sodass jeder Prozess eine andere Ansicht der vielen Dateisysteme aufweist, die Ressourcen in einem verteilten System bereitstellen.

Das Inferno Das Betriebssystem teilt diese Konzepte mit Plan 9.

Microsoft Windows

Verzeichnisauflistung in a Fenster Befehlsschale

Windows nutzt die FETT, NTFS, pext, Live -Dateisystem und Refs Dateisysteme (das letzte davon ist nur unterstützt und verwendbar in Windows Server 2012, Windows Server 2016, Windows 8, Windows 8.1, und Windows 10; Windows kann nicht daraus booten).

Windows verwendet a Antriebsbrief Abstraktion auf Benutzerebene, um eine Festplatte oder Partition von einem anderen zu unterscheiden. Zum Beispiel die Weg C: \ Windows repräsentiert ein Verzeichnis Fenster Auf der Partition, die durch den Buchstaben C dargestellt wird C. Laufwerk C: wird am häufigsten für die Primär verwendet Festplatte Partition, auf welchem ​​Windows normalerweise installiert sind und aus dem es startet. Diese "Tradition" ist so fest verwurzelt geworden, dass in vielen Anwendungen Fehler vorliegt, die Annahmen ergeben, dass das Laufwerk, auf dem das Betriebssystem installiert ist Die primäre Festplatten -Antriebs -Partition kann auf verfolgt werden MS-DOS, wo die Buchstaben A und B für bis zu zwei Diskettenlaufwerke reserviert waren. Dies wiederum abgeleitet von CP/m in den 1970er Jahren und letztendlich von IBMs CP/CMS von 1967.

FETT

Die Familie von FETT Dateisysteme werden von fast allen Betriebssystemen für PCs unterstützt, einschließlich aller Versionen von Fenster und MS-DOS/PC dos, OS/2, und DR-DOS. (PC DOS ist eine OEM-Version von MS-DOS, MS-DOS basiert ursprünglich auf SCP's 86-dos. DR-DOS basierte auf Digitale Forschung's Gleichzeitige dosein Nachfolger von CP/M-86.) Die Fettdateisysteme sind daher als universelles Austauschformat zwischen Computern und Geräten aller Art und Alter geeignet.

Das Fettdateisystem zeichnet seine Wurzeln zurück zu einem (inkompatiblen) 8-Bit-Fettvorläufer in Eigenständige Festplatte Basic und das kurzlebige MDOs/Midas Projekt.

Im Laufe der Jahre wurde das Dateisystem aus erweitert FAT12 zu FAT16 und FAT32. Dem Dateisystem wurden verschiedene Funktionen hinzugefügt, einschließlich Unterverzeichnisse, Codepage Unterstützung, erweiterte Attribute, und Lange Dateinamen. Dritte wie Digital Research haben die optionale Unterstützung für die Löschverfolgung sowie die Sicherheitsschemata von Volumen-/Verzeichnis/Datei-basierten Multi-User-Sicherheitsschemata zur Unterstützung von Kennwörtern und Verzeichniskennwörtern und Berechtigungen für Multi-Benutzer aufgenommen. Die meisten dieser Erweiterungen werden von Windows nicht unterstützt.

Die Dateisysteme FAT12 und FAT16 hatten eine Grenze für die Anzahl der Einträge in der Wurzelverzeichnis des Dateisystems und hatten Einschränkungen für die maximale Größe von fettformatierten Scheiben oder Partitionen.

FAT32 befasst sich mit den Einschränkungen in FAT12 und FAT16, mit Ausnahme der Dateigrößengrenze von nahezu 4 GB, bleibt jedoch im Vergleich zu NTFs begrenzt.

FAT12, FAT16 und FAT32 haben auch eine Grenze von acht Zeichen für den Dateinamen und drei Zeichen für die Erweiterung (z. .exe). Dies wird allgemein als die bezeichnet 8.3 Dateiname Grenze. Vfat, eine optionale Ausdehnung auf FAT12, FAT16 und FAT32, eingeführt in Windows 95 und Windows NT 3.5, erlaubte lange Dateinamen (Lfn) in einer rückwärts kompatiblen Weise im Fat -Datei -System gespeichert werden.

NTFS

NTFS, eingeführt mit dem Windows NT Betriebssystem im Jahr 1993, erlaubt ACL-Basierte Berechtigungskontrolle. Andere Funktionen, die auch unterstützt werden von NTFS Geben Sie harte Links, mehrere Dateiströme, Attributindexierung, Quotenverfolgung, spärliche Dateien, Verschlüsselung, Komprimierung und Reparaturpunkte an (Verzeichnisse als Mountspunkte für andere Dateisysteme, Symlinks, Junctions, Remote-Speicher-Links).

pext

pext hat bestimmte Vorteile gegenüber NTFs in Bezug auf das Overhead von Dateisystemen.

Das Exfat ist nicht rückwärts kompatibel mit FAT -Dateisystemen wie FAT12, FAT16 oder FAT32. Das Dateisystem wird mit neueren Windows -Systemen wie Windows XP, Windows Server 2003, Windows Vista, Windows 2008, Windows 7, Windows 8 und Windows 10 unterstützt.

Das Exfat wird in MacOS ab Version 10.6.5 (Snow Leopard) unterstützt.[30] Die Unterstützung in anderen Betriebssystemen ist spärlich, da die Implementierung der Unterstützung für das Exfat eine Lizenz erfordert. Exfat ist das einzige Dateisystem, das sowohl auf macOS als auch auf Windows vollständig unterstützt wird, die Dateien über 4 GB enthalten können.[31][32]

OpenVMS

MVS

Vor der Einführung von Vsam, OS/360 Systeme implementierten ein Hybriddateisystem. Das System wurde entwickelt, um leicht zu unterstützen Abnehmbare Festplattenpakete, also die Informationen zu allen Dateien auf einer Festplatte (Volumen in der IBM -Terminologie) wird auf dieser Festplatte in a gespeichert flache Systemdatei genannt Volumeninhaltsverzeichnis (VTOC). Das VTOC speichert alle Metadaten für die Datei. Später wurde eine hierarchische Verzeichnisstruktur mit der Einführung des Systemkatalog, was optional Dateien (Datensätze) auf ansässigen und abnehmbaren Volumes katalogisieren kann. Der Katalog enthält nur Informationen, um einen Datensatz mit einem bestimmten Volumen zu beziehen. Wenn der Benutzer den Zugriff auf einen Datensatz in einem Offline -Volumen anfordert und geeignete Berechtigungen verfügt, versucht das System, das erforderliche Volumen zu montieren. Katalogierte und nicht katalogisierte Datensätze können weiterhin mit Informationen im VTOC zugegriffen werden, wobei der Katalog umgangen wird, wenn die erforderliche Volumen-ID für die offene Anforderung bereitgestellt wird. Noch später wurde der VTOC indiziert, um den Zugriff zu beschleunigen.

Konversationsmonitorsystem

Das IBM Konversationsmonitorsystem (CMS) Komponente von VM/370 Verwendet für jeden ein separates Flachdateisystem Virtuelle Festplatte (Minidisk). Dateidaten und Steuerungsinformationen sind verstreut und abgemischt. Der Anker ist eine Aufzeichnung namens the Master -Dateiverzeichnis (MFD), immer im vierten Block auf der Festplatte. Ursprünglich verwendeten CMS 800-Byte-Blöcke mit fester Länge, aber spätere Versionen verwendeten jedoch größere Blöcke von bis zu 4K. Der Zugriff auf einen Datendatensatz erfordert zwei Ebenen von Indirektion, wo der Verzeichniseintrag der Datei (genannt a Dateistatus Tabelle (FST) Eintrag) zeigt auf Blöcke, die eine Liste von Adressen der einzelnen Datensätze enthalten.

AS/400 Dateisystem

Daten über den AS/400 und seine Nachfolger bestehen aus Systemobjekten, die in den systemvirtuellen Adressraum in a zugeordnet sind single-level store. Viele Arten von Objekte werden definiert, einschließlich der Verzeichnisse und Dateien in anderen Dateisystemen. Dateiobjekte bilden zusammen mit anderen Arten von Objekten die Grundlage für die Unterstützung des AS/400 für einen integrierten relationale Datenbank.

Andere Dateisysteme

  • Das Prospero -Dateisystem ist ein Dateisystem, das auf dem virtuellen Systemmodell basiert.[33] Das System wurde von Dr. B. Clifford Neuman vom Information Sciences Institute der University of Southern California erstellt.
  • RSRE Flex -Dateisystem - geschrieben in Algol 68
  • Das Dateisystem der Michigan Terminalsystem (MTS) ist interessant, weil: (i) es "Zeilendateien" enthält, bei denen Datensatzlängen und Zeilennummern als Metadaten mit jedem Datensatz in der Datei zugeordnet sind, Zeilen hinzugefügt, ersetzt, mit denselben oder unterschiedlichen Längendatensätzen aktualisiert werden und Datensätze und unterschiedliche Längenaufzeichnungen und -aufzeichnungen usw. überall in der Datei gelöscht, ohne dass die gesamte Datei lesen und umschreiben muss; (ii) Die Verwendung von Programmschlüsseldateien kann zusätzlich zu Benutzern und Gruppen Befehle und Programme freigegeben oder erlaubt werden. und (iii) Es gibt einen umfassenden Dateiverriegelungsmechanismus, der sowohl die Daten der Datei als auch ihre Metadaten schützt.[34][35]

Einschränkungen

Konvertieren des Typs eines Dateisystems

Es kann vorteilhaft oder notwendig sein, Dateien in einem anderen Dateisystem zu haben als derzeit. Zu den Gründen gehört die Notwendigkeit einer Erhöhung der Raumanforderungen über die Grenzen des aktuellen Dateisystems hinaus. Die Pfadtiefe muss möglicherweise über die Einschränkungen des Dateisystems hinaus erhöht werden. Es kann Leistung oder Zuverlässigkeitsüberlegungen geben. Der Zugriff auf ein anderes Betriebssystem, das das vorhandene Dateisystem nicht unterstützt, ist ein weiterer Grund.

Umwandlung in Ort

In einigen Fällen kann die Konvertierung eingestellt werden, obwohl die Migration des Dateisystems konservativer ist, da eine Kopie der Daten erstellt und empfohlen wird.[36] Unter Windows können FAT- und FAT32 -Dateisysteme über das Dienstprogramm convert.exe in NTFS konvertiert werden, jedoch nicht umgekehrt.[36] Unter Linux kann ext2 in ext3 (und umgewandelt) umgewandelt werden, und ext3 kann in ext4 (aber nicht zurück) umgewandelt werden.[37] und sowohl ext3 als auch ext4 können auf konvertiert werden Btrfsund umgewandelt zurück, bis die Rückgängigeinformationen gelöscht werden.[38] Diese Konvertierungen sind möglich, da das gleiche Format für die Dateidaten selbst verwendet und die Metadaten in einen leeren Raum verlegt werden, in einigen Fällen verwendet spärliche Datei Unterstützung.[38]

Migration zu einem anderen Dateisystem

Die Migration hat den Nachteil, zusätzlichen Platz zu erfordern, obwohl dies möglicherweise schneller ist. Der beste Fall ist, ob in Medien nicht genutzte Speicherplatz vorhanden ist und das endgültige Dateisystem enthält.

Zum Beispiel, um ein FAT32 -Dateisystem in ein ext2 -Dateisystem zu migrieren. Erstellen Sie zunächst ein neues Ext2 -Dateisystem, kopieren Sie die Daten in das Dateisystem und löschen Sie das FAT32 -Dateisystem.

Eine Alternative, wenn es nicht genügend Platz gibt, um das Original -Dateisystem bis zum Erstellen des neuen Dateisystems beizubehalten, besteht darin, einen Arbeitsbereich (z. B. ein abnehmbares Medium) zu verwenden. Dies dauert länger, aber eine Sicherung der Daten ist ein guter Nebeneffekt.

Lange Dateipfade und lange Dateinamen

In hierarchischen Dateisystemen werden auf Dateien über a zugegriffen Weg Das ist eine Verzweigungsliste von Verzeichnissen, die die Datei enthalten. Verschiedene Dateisysteme haben unterschiedliche Grenzen in der Tiefe des Pfades. Dateisysteme haben auch eine Grenze für die Länge eines einzelnen Dateinamens.

Das Kopieren von Dateien mit langen Namen oder in Pfaden mit erheblicher Tiefe von einem Dateisystem zu einem anderen kann zu unerwünschten Ergebnissen führen. Dies hängt davon ab, wie das Dienstprogramm, das das Kopieren durchführt, mit der Diskrepanz umgeht.

Siehe auch

Anmerkungen

  1. ^ Ein LTO-6 2,5 TB-Band erfordert mehr als 4 Stunden, um mit 160 MB/Sekunden zu schreiben

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Quellen

Weitere Lektüre

Bücher

Online

Externe Links