开启全新存储时代：SPDK文件系统项目实战指南

前言：继为SDN和NFV领域带来福音的DPDK之后，英特尔于2015年9月开始，逐步将为NVMe等新一代存储规范优化的Linux性能工具包SPDK(Storage Performance Developmen Kit)对合作伙伴与社区开源，试图将Linux用户态存储服务程序与底层硬件设施打通，大幅度缩短IO路径，充分利用无锁机制，为NVMe等新一代的存储介质打通软件层瓶颈，使其能够在有限的系统资源消耗下支撑关键业务存储系统足够的带宽和延时要求。

一、SPDK简介及基本使用

随着硬盘、闪存技术的高速发展，NVME-ssd已逐渐进入分布式存储的核心领域。伴随着NVME-ssd的出现，涌现出一批新型的存储名词，包括分层存储、分级存储、冷热存储、混合存储等。而这些名词的出现，也意味着ssd在当前大环境下由于其昂贵的价格还无法大量应用。根据预测，ssd价格将在19年末出现大幅下降，藉此，ssd将成为存储领域重要的存储介质。

ssd存储介质正在取代传统数据中心的机械硬盘。ssd无论是从性能、功耗以及密度上都存在巨大的优势，而这些优势将使得ssd成为下一代存储的主要介质。

众所周知在Linux起源之初，文件系统io栈针对机械盘进行了众多优化，包括page、cache等多种优化方式。内核采用中断的方式进行DMA将数据从内核态拷贝回用户态，再交由用户程序处理，这是机械硬盘时代的io处理方式。而随着nvme-ssd的出现，如果再采用此种方式就会导致大量的硬盘空闲，浪费硬盘性能。为了帮助上游的应用厂商以及存储厂商更好的发挥ssd磁盘的性能，intel开发了一套基于nvme-ssd的开发套件，SPDK。SPDK的目标是通过使用Intel的网络，处理，存储技术，将固态存储介质出色的功效发挥到极致。相对于传统IO方式，SPDK运用了两项关键技术：UIO和pooling。

首先，将设备驱动代码运行在用户态，避免内核上下文切换和中断将会节省大量的处理开销，允许更多的时钟周期被用来做实际的数据存储。无论存储算法（去冗，加密，压缩，空白块存储）多么复杂，浪费更少的时钟周期总是意味着更好的性能和时延。这并不是说内核增加了不必要的开销；相反，内核增加了一些与通用计算用例相关的开销，因而可能不适合专用的存储栈。上文也提及到SPDK实际上是为nvme-ssd开发的一套开发组件，并不适用于机械硬盘。

其次，采用轮询模式改变了传统I/O的基本模型。在传统的I/O模型中，应用程序提交读写请求后进入睡眠状态，一旦I/O完成，中断就会将其唤醒。轮询的工作方式则不同，应用程序提交读写请求后继续执行其他工作，以一定的时间间隔回头检查I/O是否已经完成。这种方式避免了中断带来的延迟和开销，并使得应用程序提高了I/O效率。在机械硬盘时代，中断开销只占整个I/O时间的很小的百分比，因此给系统带来了巨大的效率提升。然而，在固态设备时代，持续引入更低时延的持久化设备，中断开销成为了整个I/O时间中不可忽视的部分。这个问题在更低时延的设备上只会越来越严重。系统已经能够每秒处理数百万个I/O，所以消除数百万个事务的这种开销，能够快速地复制到多个core中。数据包和数据块被立即分发，因为等待花费的时间变小，使得时延更低，一致性时延更多（抖动更少），吞吐量也得到了提高。

1.1spdk动机

市售的基于NVMe硬盘动辄可达到单盘GB级的读写带宽和十万量级的随机IOPS，为SATA固态硬盘的5~10倍。然而，由于Linux内核驱动实现与调度机制的限制，一般存储软件的表现，相对于NVMe来说，在整个IO事务中消耗的时间百分比就显得太多了。换言之，主流的软件定义存储系统并不能完全释放其性能，存储软件协议栈的性能和效率在存储整体系统中的地位就显得越来越关键了。

1.2spdk基本原理

SPDK(Storage Performance Development Kit)，包含一套驱动程序，以及一整套端到端的存储参考架构。SPDK的目标是能够把硬件平台的计算、网络、存储的最新性能进展充分发挥出来。自芯片而上进行设计优化，SPDK已展示出超高的性能指标。

它的高性能实际上来自于两项核心技术：第一个是用户态运行，第二个是轮询模式驱动。

用户态运行：降低指令周期

将设备驱动代码运行在用户态，是和运行在“内核态”相对而言的。把设备驱动移出内核空间避免了内核上下文切换与中断处理，从而节省了大量的CPU负担，允许更多的指令周期用在实际处理数据存储的工作上。无论存储算法复杂还是简单，也无论进行去重(deduplication)，加密(encryption)，压缩(compression)，还是简单的块读写，更少的指令周期浪费意味着更好的整体性能。

轮询模式驱动：

中断式IO处理模式：有IO需要处理时就请求一个中断，CPU收到中断后才进行资源调度来处理IO，采用的是被动的派发式工作。当硬盘速度上千倍的提高后，将随之产生大量IO中断，Linux内核的中断驱动式IO处理(Interrupt Driven IO Process)就显得效率不高了。

定点轮询(polling)模式：使用专门的计算资源(特定的CPU核)用来主导存储设备的轮询式处理——就像专门的出租车道和车流用来处理乘客任务，数据包和块得到迅速派发，等待时间最小化，从而达到低延时、更一致的延时(抖动变少)、更好的吞吐量的效果。

基本组件：SPDK中大概有三类子组件：网络前端、处理框架、后端。

spdk基本架构

网络前端

网络前端子组件包括DPDK网卡驱动和用户态网络服务UNS（这是一个Linux内核TCP/IP协议栈的替代品，能够突破通用TCP/IP协议栈的种种性能限制瓶颈）。DPDK在网卡侧提供了一个高性能的发包收包处理框架，在数据从网卡到操作系统用户态之间提供了一条快速通道。UNS代码则接续这一部分处理，“crack”了TCP/IP数据包的标准处理方式，并形成iSCSI命令。

处理框架

“处理框架”部分拿到了数据包内容，将iSCSI命令转换为SCSI块级命令。然而，在它将这些命令发到“后端”驱动之前，SPDK提供了一套API框架，让厂商能够插入自己定义的处理逻辑(架构图中绿色的方框)。通过这种机制，存储厂商可在这里实现例如缓存、去重、压缩、加密、RAID计算，或擦除码(Erasure Coding)计算等功能，使这些功能包含在SPDK的处理流程中。在SPDK的开源软件包里，会有这些功能的实现样例。

后端

数据到达了“后端”驱动层，在这里SPDK和物理块设备交互(读和写操作)。如前所述，SPDK提供了用户态的PMD，支持NVMe设备、Linux AIO设备(传统spinning硬盘)、RAMDISK设备，以及利用到英特尔I/O加速技术的新设备(CBDMA=3D XPoint?)。这一系列后端设备驱动涵盖了不同性能的存储分层，保证SPDK几乎与每种存储应用形成关联。事实上，英特尔在2015年9月首先开源的SPDK部分就主要包含支持NVMe的用户态轮询模式驱动。

SPDK包括了几种存储介质的用户态轮询模式驱动：

• NVMe设备
  
• inux异步IO设备如传统磁盘
  
• 基于块地址的内存应用的内存驱动（如RAMDISKS）
  
• 可以使用Intel I/O加速技术设备
  

1.3spdk在ceph中的使用

Ceph长期以来就其计算资源占用率和性能方面，虽不断提高，但在闪存环境下仍难觅突破性进展。顺应业界趋势，将SPDK的支持在Ceph中实现势在必行。

Ceph与SPDK结合架构图

二、SPDK架构

SPDK块设备层（通常简称为bdev）是一个C库，旨在等同于操作系统块存储层，该层通常位于传统内核存储堆栈中设备驱动程序的正上方。具体来说，此库提供以下功能：

• 一种可插拔模块API，用于实现与不同类型的块存储设备连接的块设备。
  
• NVMe，malloc（ramdisk），Linux AIO，virtio-scsi，Ceph RBD，Pmem和Vhost-SCSI Initiator等驱动程序模块。
  
• 用于枚举和声明SPDK块设备，然后在这些设备上执行操作（读取，写入，取消映射等）的应用程序API。
  
• 堆栈块设备以创建复杂I / O管道的工具，包括逻辑卷管理（lvol）和分区支持（GPT）。
  
• 通过JSON-RPC配置块设备。
  
• 请求排队，超时和重置处理。
  
• 多个无锁队列，用于将I / O发送到块设备。
  

Bdev模块创建抽象层，为所有设备提供通用API。用户可以使用可用的bdev模块或使用下面任何类型的设备创建自己的模块。SPDK还提供了vbdev模块，可在现有的bdev上创建块设备。

SPDK系统架构

整个spdk开发套件提供了一整套完整的开发库支持。包括：

驱动层：

1. NVMe driver：SPDK的基础组件，高度优化且无锁的驱动提供了前所未有的高扩展性，高效性和高性能
   
2. IOAT:基于Xeon处理器平台上的copy offload引擎。通过提供用户空间访问，减少了DMA数据移动的阈值，允许对小尺寸I/O或NTB(非透明桥)做更好地利用。
   

块设备层：

• NVMe over Fabrics（NVMe-oF）initiator：本地SPDK NVMe驱动和NVMe-oF initiator共享一套公共的API。本地远程API调用及其简便。
  
• RBD:将rbd设备作为spdk的后端存储。
  
• Blobstore Block Device：基于SPDK技术设计的Blobstore块设备，应用于虚机或数据库场景。由于spdk的无锁机制，将享有更好的性能。
  
• Linux AIO：spdk与内核设备（如机械硬盘）交互。
  

存储服务层：

• bdev：通用的块设备抽象。连接到各种不同设备驱动和块设备的存储协议，类似于文件系统的VFS。在块层提供灵活的API用于额外的用户功能（磁盘阵列，压缩，去冗等）。
  
• Blobstore：SPDK实现一个高精简的类文件的语义（非POSIX）。这可为数据库，容器，虚拟机或其他不依赖于大部分POSIX文件系统功能集（比如用户访问控制）的工作负载提供高性能支撑。
  

存储协议层

• iSCSI target：现在大多使用原生iscsi
  
• NVMe-oF target：实现了新的NVMe-oF规范。虽然这取决于RDMA硬件，NVMe-oF target可以为每个CPU核提供高达40Gbps的流量。
  
• vhost-scsi target：KVM/QEMU的功能利用了SPDK NVMe驱动，使得访客虚拟机访问存储设备时延更低，使得I/O密集型工作负载的整体CPU负载有所下降。
  

三、编译使用

3.1spkd的安装

由于spdk的版本实时更新，并且spdk和系统的差异性，我建议您直接参考： https://github.com/spdk/

3.2测试

至此，spdk的基本安装已经完成，下面要做的就是插入nvme ssd设备并把盘进行4k对齐就可以进行开始测试。

确认待测盘的id

# ll /sys/block/nvme*

设置合适的参数进行测试

#./perf_overlap -q 1 -s 8192 -w write -r ‘trtype:PCIe traddr:0000:05:00.0’ -d 2048MB -t 36000 -L -l -c 0x2 >> testlog.txt

3.3实现原理

通过UIO这个的驱动接口，将驱动中共性的一部分放在内核态实现，eal层次通过解析sysfs的相关节点获取设备信息（bar，function等）传递给用户态的设备模型，之后eal层次用mmap建立内核和用户空间的数据传递通道和同步机制，实现了驱动的用户态功能实现。

Spdk提供了多种存储接口（scsi，nvme等）不同层次的操作接口，可以供用户直接调用完成设备识别，控制，数据传输等。

四、spdk文件系统实现项目

SPDK（Storage Performance Development Kit）是一个开源的、高性能存储软件开发工具包，用于构建高性能、低延迟的存储应用程序。在SPDK中，文件系统的实现主要集中在使用SPDK提供的块设备接口进行数据读写操作。

在SPDK上实现一个文件系统项目，可以按照以下步骤进行：

1. 了解SPDK：首先，熟悉SPDK框架和API，了解其设计理念和使用方法。
   
2. 设计文件系统结构：根据你的需求和目标，设计文件系统的结构和功能。考虑元数据管理、文件分配、数据读写等方面。
   
3. 实现块设备接口：使用SPDK提供的块设备接口与底层存储交互。这涉及到数据的读取和写入以及对块设备进行管理。
   
4. 实现文件系统逻辑：根据设计，在块设备接口之上实现文件系统的逻辑部分。这包括对元数据的管理、文件分配策略、目录结构等。
   
5. 进行测试与优化：完成代码编写后，进行充分测试以确保功能正常并满足性能要求。如有必要，进行性能优化以提升文件系统的效率和响应速度。
   

4.1spdk blob文件系统设计分析

SPDK（Storage Performance Development Kit）是一个用于开发高性能存储应用的开源软件包。它提供了一组库和工具，可帮助开发者利用现代非易失性存储介质（如NVMe SSD、PMem等）的高速、低延迟特性。

SPDK并不直接提供Blob文件系统，但可以基于SPDK构建Blob文件系统。在设计Blob文件系统时，需要考虑以下几个方面：

1. 存储介质管理：Blob文件系统需要有效地管理存储介质，包括处理空间分配与回收、块映射与地址转换等功能。这通常涉及到设计合理的数据结构和算法，以最大程度地提升性能和减少写放大效应。
   
2. 并发访问控制：多个客户端可能同时对Blob文件系统进行读写操作，因此需要实现并发访问控制机制来确保数据一致性和避免竞争条件。这可能涉及锁机制、事务处理或其他并发控制技术。
   
3. 数据完整性保护：Blob文件系统应该提供一定的数据完整性保护机制，以防止数据损坏或丢失。常见的做法包括使用校验和、冗余备份等技术。
   
4. 垃圾回收与压缩：为了充分利用存储介质空间，Blob文件系统通常需要实现垃圾回收和数据压缩机制。垃圾回收可以及时释放无效或已删除的数据块，而数据压缩可以进一步减小存储占用。
   
5. 文件系统接口与管理功能：除了底层的存储管理，Blob文件系统还需要提供适当的文件系统接口和管理功能，以便用户能够方便地进行文件读写、目录操作、权限控制等。
   

4.2文件系统引入线程与json配置解析

当文件系统引入线程和JSON配置解析时，可以提供更高效的并发处理和更灵活的配置管理：

文件系统引入线程：

• 并发处理：文件系统操作通常包括读取、写入、复制、删除等操作，这些操作可能会涉及到大量的磁盘I/O，而磁盘I/O是一个相对较慢的过程。通过引入线程，可以将文件系统操作异步化，在后台进行，并且不会阻塞主线程的执行。
  
• 多线程安全：多个线程同时操作文件系统时，需要保证数据一致性和安全性。使用锁机制或其他同步机制来控制对共享资源（如文件）的访问是必要的，以避免竞争条件和数据损坏。
  

JSON配置解析：

• 灵活性：使用JSON作为配置文件格式具有良好的可读性和可扩展性。它支持嵌套结构、数组、键值对等形式，可以轻松表示各种配置选项，并且容易添加新的配置字段或修改现有字段。
  
• 解析过程：解析JSON配置文件需要将其从字符串转换为内部数据结构（例如字典或对象）。通常使用JSON解析库来完成此任务。该库会将JSON文本逐行解析，并将其转换为程序可操作的数据结构，以便在代码中进行进一步处理和使用。
  
• 配置管理：解析JSON配置文件后，可以通过访问内部数据结构来读取和修改各个配置项。这使得应用程序能够动态地加载和更新配置，而无需重新编译或重启。
  

4.3文件系统四层架构设计与构建git版本管理

文件系统的四层架构设计一般包括物理存储层、逻辑存储层、文件控制层和文件服务层。而Git是一个分布式版本管理系统，用于跟踪代码的变化和协作开发。下面是关于这两个方面的简要说明：

文件系统四层架构设计：

• 物理存储层：负责实际将数据存储在硬盘或其他介质上。
  
• 逻辑存储层：处理文件和目录的逻辑结构，并将其映射到物理存储空间上。
  
• 文件控制层：管理文件的创建、读取、写入和删除等操作，以及处理权限和安全性等问题。
  
• 文件服务层：提供高级功能，如缓存、索引、压缩、加密等。
  

这种架构设计可以使文件系统更具可扩展性、灵活性和性能：

1. Git版本管理：Git是一个分布式版本控制系统，通过记录代码库中每次修改的差异来跟踪文件的变化，并允许多人协同开发。它有以下关键概念：
   

• 仓库（Repository）：包含所有版本历史记录和代码的集合。
  
• 提交（Commit）：表示一次代码变更，记录了修改内容、作者信息等。
  
• 分支（Branch）：独立的代码线，可以并行开发和合并。
  
• 合并（Merge）：将不同分支上的代码变更合并到一起。
  
• 远程仓库（Remote Repository）：存储在服务器上的代码库，用于协同开发。
  

通过Git版本管理，可以轻松跟踪代码的历史变化、回退到任意版本、解决冲突、合作开发等。

4.4从blob读写到文件系统的原语操作实现

要将数据从 Blob 读取并写入文件系统，你可以按照以下步骤进行操作：

1. 首先，确定你的编程语言和所使用的文件系统库。不同的编程语言和库可能会有一些差异，但基本原理是相似的。
   
2. 创建一个文件对象或打开一个已存在的文件对象，用于写入数据。这可以通过调用文件系统库提供的相应函数来完成。确保设置适当的路径、权限等参数。
   
3. 使用 Blob 对象提供的方法（根据编程语言和库而定）将数据从 Blob 中读取出来。Blob 提供了一些方法，如 read() 或 getBytes() 等，可根据需要选择合适的方法。
   
4. 将读取到的数据写入到打开的文件对象中。这可以通过调用文件对象提供的写入函数（例如 write()）来实现。将读取到的数据作为参数传递给该函数即可。
   
5. 关闭文件对象以确保写入操作完成，并释放相关资源。这可以通过调用文件对象提供的关闭函数（例如 close()）来完成。
   

注意：在实际操作中，请确保处理错误和异常情况，并适当地处理读取和写入过程中可能出现的问题，比如处理网络传输中断或者磁盘空间不足等情况。

在C++中，可以使用标准库提供的文件操作相关类来实现从内存中的 BLOB（Binary Large Object）数据读写到文件系统。以下是一个示例：

#include <iostream>
#include <fstream>
#include <vector>
// 将二进制数据写入文件
void WriteBlobToFile(const std::vector<char>& blobData, const std::string& filePath) {
    std::ofstream file(filePath, std::ios::binary);
    if (file.is_open()) {
        file.write(blobData.data(), blobData.size());
        file.close();
        std::cout << "BLOB数据已成功写入文件：" << filePath << std::endl;
    } else {
        std::cerr << "无法打开文件：" << filePath << std::endl;
    }
}
// 从文件中读取二进制数据
std::vector<char> ReadBlobFromFile(const std::string& filePath) {
    std::ifstream file(filePath, std::ios::binary | std::ios::ate);
    if (file.is_open()) {
        // 获取文件大小
        size_t fileSize = file.tellg();
        file.seekg(0, std::ios::beg);
        // 创建容器来保存读取的二进制数据
        std::vector<char> blobData(fileSize);
        // 从文件中读取二进制数据
        if (file.read(blobData.data(), fileSize)) {
            file.close();
            return blobData;
        } else {
            file.close();
            throw std:runtime_error("读取文件时出错：" + filePath);
        }
    } else {
        throw std:runtime_error("无法打开文件：" + filePath);
    }
}
int main() {
    // 示例用的二进制数据
    std::vector<char> blobData = {'H', 'e', 'l', 'l', 'o', ',', ' ', 'W', 'o', 'r', 'l', 'd'};
    // 写入数据到文件
    WriteBlobToFile(blobData, "blob.txt");
    // 从文件中读取数据
    std::vector<char> readData = ReadBlobFromFile("blob.txt");
    // 输出读取的数据
    for (char c : readData) {
        std::cout << c;
    }
    return 0;
}

述示例代码演示了如何将 BLOB 数据写入到文件中，并从文件中读取二进制数据。你可以根据实际需求进行调整和优化。

4.5syscall的hook实现

Syscall hook是一种在操作系统层面拦截和修改系统调用的技术。下面是一个基本的Syscall hook实现步骤：

1. 获取目标系统调用表：首先，需要获取到目标操作系统的系统调用表。这个表记录了每个系统调用对应的函数指针。
   
2. 修改访问权限：由于系统调用表通常是只读的，需要修改其访问权限为可写。
   
3. 替换目标函数指针：将要hook的系统调用对应的函数指针替换为自定义的函数指针。这样当程序执行该系统调用时，会跳转到自定义函数而不是原始函数。
   
4. 在自定义函数中添加逻辑：在自定义函数中可以添加任意逻辑来修改、监视或者绕过原始的系统调用行为。可以根据需要做各种处理，例如记录参数、修改返回值等。
   
5. 恢复原始状态：在完成hook后，需要恢复被修改过的系统调用表和相关设置，确保操作系统正常运行。
   

需要注意的是，Syscall hook实现涉及底层操作和对内核数据结构的理解，且具体实现方式可能因操作系统版本和架构而有所差异。同时，在进行Syscall hook时需小心操作，避免对操作系统造成损害或安全风险。建议在合法授权范围内使用并测试代码。

4.6基数树对文件系统内存管理

基数树（Radix Tree）是一种常用于文件系统内存管理的数据结构。它提供了高效的索引和查找操作，特别适用于大规模的文件系统。

基数树是一种多叉树，每个节点包含一个键值和指向子节点的指针。在文件系统中，键值通常是文件路径或者inode号，而子节点则表示目录或者文件块。

下面详细解释基数树的内存管理过程：

1、初始化：开始时，创建一个空的基数树，并将根节点初始化为空。

2、插入操作：当需要添加一个新的文件或目录时，按照其路径或inode号从根节点开始进行插入操作。

• 首先检查当前节点是否已经存在该键值对应的子节点。如果存在，则进入该子节点继续插入操作。
  
• 如果不存在对应子节点，则创建一个新的子节点，并将其与当前节点关联起来。同时，将新子节点与待插入键值相关联。
  
• 重复以上步骤直到插入完整个路径或inode号。
  

3、查找操作：当需要查找某个文件或目录时，从根节点开始按照路径或inode号进行搜索。

• 检查当前节点是否包含要查找的键值。如果是，则找到了目标对象。
  
• 如果不是，则沿着合适的子节点继续搜索，直到找到目标对象或搜索完整个路径或inode号。
  

4、删除操作：当需要删除一个文件或目录时，按照其路径或inode号从根节点开始进行删除操作。

• 首先检查当前节点是否包含待删除键值。如果是，则删除该键值对应的子节点，并将其与当前节点解除关联。
  
• 如果不是，则沿着合适的子节点继续搜索，直到找到待删除对象或搜索完整个路径或inode号。
  

基数树的优势在于其高效的索引和查找操作。相较于传统的二叉树或B树，基数树能够更好地利用内存空间，并减少了不必要的比较次数。这使得基数树在大规模文件系统中具有良好的性能表现。

4.7文件系统hook api的设计与实现

文件系统的Hook API设计与实现通常包括以下步骤：

1. 确定需要Hook的目标函数：首先，你需要确定要在文件系统中Hook哪些函数。这取决于你的需求和目标，比如读取文件、写入文件、创建文件等。
   
2. 创建Hook函数：根据目标函数的签名和功能，创建相应的Hook函数。这些Hook函数将替代原始的目标函数，并在适当的时机被调用。
   
3. 使用钩子机制注入Hook：使用操作系统提供的钩子机制（例如Windows下的Detours库、Linux下的LD_PRELOAD）将Hook函数注入到目标进程或者动态链接库中。
   
4. 实现具体功能：在每个Hook函数中实现你所需的具体功能。可以是记录日志、修改参数、过滤数据等。
   
5. 恢复原始行为（可选）：如果需要恢复原始行为，可以在适当时机撤销对目标函数的Hook，并将它们指向原始实现。
   

需要注意以下几点：

• 需要了解操作系统和编程语言相关API和底层实现。
  
• 在进行文件系统Hook时，谨慎处理文件句柄或描述符，确保正确管理资源。
  
• 不同操作系统可能有不同的实现方式和限制条件，请参考相关文档。
  
• Hook操作可能会引入安全风险，请仔细评估和测试实现。
  

以上是一个基本的文件系统Hook API设计与实现的概述，具体细节可能因操作系统、编程语言和需求而有所不同。

4.8文件系统posix api的兼容问题与文件夹设计

POSIX API（Portable Operating System Interface）是一套定义了操作系统接口的标准，旨在提供跨平台的兼容性。但是不同操作系统对于 POSIX API 的实现程度和细节可能存在差异，因此在编写跨平台代码时需要注意兼容性问题。

对于文件夹设计，可以考虑以下几点：

1. 跨平台路径分隔符：不同操作系统使用不同的路径分隔符，如在 Windows 上是反斜杠（\），而在 Linux 和 macOS 上是正斜杠（/）。为了保证跨平台兼容性，建议使用可移植的方式来表示路径，例如使用正斜杠或者使用特定库函数来处理路径。
   
2. 文件名大小写敏感：某些操作系统对于文件名的大小写敏感，而另一些则不敏感。因此，在进行文件夹设计时需要注意统一命名规范，并尽量避免混淆。
   
3. 文件夹权限：不同操作系统可能对于文件夹权限管理有所差异。在涉及到创建、修改、删除文件夹等操作时，要考虑适配不同操作系统的权限要求。
   
4. 特殊字符转义：某些字符在文件名中可能被认为是特殊字符，在进行文件夹设计时应该进行转义或者避免使用这些特殊字符，以确保跨平台的兼容性。