本文首发于稀土掘金。该平台的作者 逐光而行 也是本人。

文件系统目录实现

在何处存放文件属性

• 直接存放在目录项中

（u1s1，我感觉Windows也是这样的）

• 对于采用i节点的系统，把文件属性放在i节点中。

如何支持可变长的文件名

• 给予文件名一个长度限制

（像关系型数据库的表一样，设定最大长度255，不过就是有点浪费空间）

• 在内存中，划定某一块存放文件a的信息，下一块存b，依次类推。

（让我联想到了写c代码的时候的变量放置位置还有那个对应的内存占用表，最好把相同类型的放一处，把空间占满，比如先全设int，再全放double。。咳咳。。只可意会，没法言传）

• 文件项存放指向文件名的指针和文件属性，专门有个堆存放文件名信息。
• 加快查找速度可以考虑哈希表

适用于经常有很多数量文件的系统，否则管理的开销也很大。

• 使用cache

适合查询目标密集的情况

共享文件

linked机制表明文件系统本质是个有向无环图（注意：不是树）

linked的两种实现方式

• 磁盘块列入与该文件相关的小型数据结构（如i节点），目录将指向该数据结构（类似于指针记录的用法）

存在的问题是如果文件所有者将文件删除，该节点被重新分配，链接文件指向的是无效的节点。

• 不用指针，用符号链接，即产生链接后在原文件目录下产生一个新文件，里面存放所链接的文件的路径。

会产生额外开销，且查找目录时被链接的文件将多次被定位到。

日志结构文件系统（Log-structured file system）

• 市场需求：未来多数磁盘访问是零碎的写操作。
• 工作原理：通过索引维护分散在整个日志中的i节点。所有写操作最初都被缓冲在内存中，并周期性地把所有已缓冲的写作为独立端，在日志末尾处写入磁盘。
• 如何解决磁盘空间不够大，日志可能占满磁盘的问题？

有清理线程，周期性扫描日志以进行磁盘压缩。

日志文件系统

• 思想：保存一个用于记录系统下一步要做什么的日志，如果系统崩溃了，重启后还可以通过查看日志继续未完成的任务。
• 为了让文件系统工作，被写入日志的操作必须是幂等的。可以引入 事务 来减少失误。

虚拟文件系统(VFS)

绝大多数UNIX OS都使用虚拟文件系统的概念，尝试将多种文件系统统一成有序结构。
大多数VFS应用的本质上都是面向对象的，抽象出所有文件系统都共有的部分。

磁盘空间管理

把文件系统分割成固定大小的块来存储，各块之间不一定相邻。

如何记录跟踪空闲块？

• 用空闲磁盘块存放空闲表
• 位图。n个块的磁盘只需要n位的位图。

如何避免过多磁盘I/O？

拆分满了的指针块。

如果内核是分页的，把位图放在虚拟内存内，在需要时将位图的页面调入。

文件系统的一致性

• 块一致性
• 文件一致性

UNIX的fsck,Windows的scandisk都可用于检查一致性。

提升文件系统性能

• cache
• 块提前读
• 减少磁盘臂运动

磁盘碎片整理

Windows的defrag可以移动文件，从而把大部分空闲空间放在一个或多个大的连续区域内。

Linux选择磁盘块的方式使得它很少需要手动的磁盘碎片清理。

！！注意：不要在固态硬盘上进行这一操作！！

参考书籍

《现代操作系统》 Andrew S.Tanenbaum,Herbert Bos著，陈向群，马洪兵等译