文件系统专业知识讲座

文献系统李烨/Jessica2023.04.051/31目录1.1概述2.1Windowers常用文献系统

2.1.1FAT文献系统2.1.2NTFS文献系统2.1.3FAT和NTFS比较3.1Linux常用文献系统

3.1.1JFFS文献系统3.1.2YAFFS文献系统3.1.3JFFS和YAFFS比较结束2/311.1概述

对于任何一种成熟操作系统而言,文献系统管理都是一种十分主要部分。文献系统管理好坏直接影响操作系统性能和安全。

文献系统是操作系统在硬盘或者分区上保存文献信息办法和数据构造,也就是文献在硬盘或分区上组织构造方式。3/31

现有文献系统有很多,并且都是开源,能够根据需要在网络上自由下载.常见文献系统有：FAT16/FAT32、NTFS、JFFS/JFFS2、YAFFS/YAFFS2，它们各自不一样长处使其分别能够较好地应用在不一样操作系统。4/312.1Windowers常用文献系统

2.1.1FAT文献系统

FAT文献系统(FAT12/FAT16/FAT32)是从DOS发展过来一种文献系统，其长处是简单易用，并被多种操作系统支持。FAT文献系统名称后数字是标识文献中系统一种分派单元所需位(bit)数。一种FAT12/16文献系统构造是这样:引导扇区、第一文献分派表、第二文献分派表、根目录、数据区。分区原理如下列图：5/31

6/31FAT16：我们此前用DOS、Windows95都使用FAT16文献系统，目前常用Windows98/2023/XP等系统均支持FAT16文献系统。它最大能够管理大到2GB分区，但每个分区最多只能有65525个簇（簇是磁盘空间配备单位）。伴随硬盘或分区容量增大，每个簇所占空间将越来越大，从而造成硬盘空间挥霍。

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FAT32：伴随大容量硬盘出现，从Windows98开始，FAT32开始流行。它是FAT16增强版本，能够支持大到2TB（2048GB)分区。FAT32使用簇比FAT16小，从而有效地节省了硬盘空间并且能够更有效率地进行信息保存，一般情况下能够提升15%。FAT32分区基本组成如下：

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FAT32另一种主要特点是完全支持长文献名，长文献名仍然是统计在目录项中，为了低版本OS或程序能正确地读取长文献名文献，系统自动为长文献名文献建立了一种对应地短文献名，使对应数据既能够用长文献名寻址，也能够用短文献名寻址。不支持长文献名OS或程序会忽视它以为不合法长文献名字段，而支持长文献名OS或程序则会以长文献名为显示项来统计和编辑，并隐藏起短文献名。10/312.1.2NTFS文献系统

NTFS是“新技术文献系统”缩写,是微软为WindowsNT开发一种文献系统，它在此前FAT文献系统基础上作了一定改善，提升了性能。它是建立在保护文献和目录数据基础上，同步节省存放资源、减少磁盘占用量一种先进文献系统。WindowsXP采取NTFS文献系统，能够使顾客不但能够像Win9X那样方便快捷地操作和管理计算机，同步也可享有到NTFS所带来系统安全性。

11/31NTFS支持基于NT操作系统安全性管理，是一种尤其为网络和磁盘配额、文献加密等管理安全特性设计磁盘格式。当然天下没有无偿午餐，需要进行这种管理时候就需要付出额外空间。一般在运行NT操作系统时候，最佳将硬盘空间10-15%空出，以确保NT操作系统正常运行。12/31NTFS能够支持分区大小能够达成2TB（2048GB）,而FAT32支持分区大小最大为32GB。同步NTFS采取了更小簇组，能够更有效率地管理磁盘空间。NTFS文献系统，当分区大小在2GB下列时，簇大小都比对应FAT32簇小，当分区大小在2GB以上时，簇大小都为4KB。在FAT32文献系统情况下，分区大小在2GB～8GB时簇大小为4KB，分区大小在8GB～16GB时簇大小为8KB，分区大小在16GB～32GB时簇大小为16KB。相比较而言，NTFS能够更有效地管理磁盘空间，最大程度地避免了磁盘空间挥霍。13/31

NTFS能够自动地修复磁盘错误而不会显示犯错信息。WindowsXP向NTFS分区中写文献时，会保存文献一份拷贝，然后检查向磁盘中所写文献是否与内存中一致。假如二者不一致，Windows就把对应扇区标为坏扇区而不再使用它（簇重映射），然后用内存中保存文献拷贝重新向磁盘上写文献。假如在读文献时出现错误，NTFS则返回一种读错误信息，并通知对应应用程序数据已经丢失。

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NTFS有许多安全性能方面选项，能够在本机上和通过远程办法保护文献、目录。NTFS还支持加密文献系统（EFS），能够制止没有授权顾客访问文献。NTFS文献系统带来另一种好处是支持文献压缩功能，顾客能够选择压缩单个文献或整个文献夹。任何基于Windows应用程序对NTFS分区上压缩文献进行读写时不需要事先由其他程序进行解压缩，当对文献进行读取时,文献将自动进行解压缩；文献关闭或保存时会自动对文献进行压缩。15/31磁盘限额功能允许系统管理员管理分派给各个顾客磁盘空间，合法顾客只能访问属于自己文献，Windows2023中磁盘限额功能是基于顾客和卷。

16/312.1.3FAT和NTFS比较

NTFS相对于FAT文献系统区分在于NTFS不不过一种可恢复，安全高效文献系统，NTFS在设计时还考虑到了支持多数据流，西欧字符集名称和坏簇重定向功能。多数据流使得能够在对文献添加新属性或信息时不用重新建立文献系统。西欧字符集能够支持世界上任何一种语言，而我们懂得ASCII码只有7位，支持语言种类也就是英语。最后，坏簇重定向功能能够使NTFS识别坏簇，这样能够使写入数据不写入这些族中，确保了数据安全性。17/31假如在WindowsXP中使用大于32GB分区，唯一能够选择是NTFS格式。假如计算机不考虑安全性问题，更重视与Win9X兼容性，那么FAT32格式是最佳选择。假如重视计算机系统安全性话，提议顾客采取NTFS格式。假如要使用多种操作系统，需要安装Win9X或其他操作系统，提议顾客做成多启动系统，一种分区采取FAT32格式，另外分区采取NTFS格式，并且将WindowdsXP安装在NTFS格式分区下，其他操作系统安装在FAT32格式下。18/313.1Linux常用文献系统伴随嵌入式技术在多种电子产品中广泛应用，嵌入式系统中数据存放和管理已经成为一种主要研究课题。Flash存放器具有速度快、容量大、成本低等很多长处，因此在嵌入式系统中被广泛用做外存放器件。Flash主要有NOR和NAND两种类型。目前，针对NORFlash设计文献系统JFFS/JFFS2在嵌入式系统中已得到广泛应用；伴随NAND作为大容量存放介质普及，基于NAND闪存文献系统YAFFS(YetAnotherFlashFileSystem)正逐渐被应用到嵌入式系统中。

19/313.1.1JFFS文献系统

JFFS文献系统时瑞典AxisCommunicationAB为嵌入式系统开发日记文献系统。JFFS1应用在Linux2.2以上版本中，JFFS2在Linux2.4内核和Ecos中，Linux实现中，JFFS必须建立在MTD(MemoryTechnologyDevicesdriver)驱动程序上层（如下列图所示）。这里MTD作用是为JFFS提供操作NAND或者NOR芯片接口。MTD提供了一系列标准函数，将硬件驱动设计和系统程序设计分开。20/31JFFSJFFS2MTD驱动NAND闪存，NOR闪存21/31JFFS是针对以闪存为存放介质嵌入式系统，因此充足考虑了闪存物理不足，使用了尽也许高效日记系统。同步它还具有负载平衡、垃圾搜集等功能。日记系统主要设计思想是跟踪文献系统变化而不是文献内容。日记文献系统中，存放系统上面有一系列节点统计了对文献操作。22/31

JFFS2还提供文献压缩和解压服务，这对小型flash很有用处。JFFS2中包括了对坏块管理，纠错并提供在Nandflash上使用可用于工业用途可靠稳定文献系统。23/313.1.2YAFFS文献系统

YAFFS类似于JFFS/JFFS2，是专门为NAND闪存设计嵌入式文献系统，适用于大容量存放设备。它是日记构造文献系统，提供了损耗平衡和掉电保护，能够有效地避免意外掉电对文献系统一致性和完整性影响。24/31

YAFFS文献系统是按层次构造设计，分为文献系统管理层接口、YAFFS内部实现层和NAND接口层，这样就简化了其与系统接口设计，能够方便地集成到系统中去。与JFFS相比，它减少了某些功能，因此速度更加快，占用内存更少。YAFFS充足考虑了NAND闪存特点，根据NAND闪存以页面为单位存取特点，将文献组织成固定大小数据段。利用NAND闪存提供每个页面16字节备用空间来寄存ECC(ErrorCorrectionCode)和文献系统组织信息，不但能够实现错误检测和坏块处理，也能够提升文献系统加载速度。25/31YAFFS采取一种多策略混合垃圾回收算法，结合了贪心策略高效性和随机选择平均性，达成了兼顾损耗平均和系统开销目标。为了提升文献数据块查找速度，文献数据段被组织成树形构造。YAFFS在文献进行改写时总是先写入新数据块，然后将旧数据块从文献中删除。26/313.1.3JFFS和YAFFS比较YAFFS文献系统有些类似于JFFS/JFFS2文献系统，与之不一样是JFFS1/2文献系统最初是针对NORFLASH应用场所设计，而NORFLASH和NANDFLASH本质上有较大区分，因此尽管JFFS1/2文献系统也能应用于NANDFLASH，但由于它在内存占用和启动时间方面针对NOR特性做了某些取舍，并且JFFS扩展性很差，因此对NAND来说一般并不是最优方案。27/31并且由于文献系统基本组织信息保存在页面备份空间中，因此，在文献系统加载时只需要扫描各个页面备份空间，即可建立起整个文献系统构造，而不需要像JFFS1/2那样扫描整个介质，从而大大加快了文献系统加载速度。YAFFS还带有NAND芯片驱动，并为嵌入式系统提供了直接访问文献系统API，顾客能够不使用Linux中MTD和VFS，直接对文献进行操作。NANDFlash大多采取MTD+YAFFS模式。

28/31YAFFS和JFFS都提供了写均衡，垃圾搜集等底层操作。它们不一样之处于于：

JFFS中使用多级链表管理需要回收脏块，并且使用系统生成伪随机变量决定要回收块，通过这种办法能提供较好写均衡，在YAFFS中是从头到尾对块搜索，因此在垃圾搜集上比JFFS速度慢，不过能延长NAND寿命。

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