常见文件系统的格式

写这篇博客的原因是，今天买了一块移动硬盘（NTFS格式的），然后发现，在Mac OS X下，硬盘里的文件是只读的，不能像里面写入数据，于是就整理了一下几种不同文件系统的区别。

本文的大部分内容来源于维基百科，由笔者进行整理，由于知识水平有限，有些理解可能有偏差，具体以原文为准（文中已标记了出处），本文内容仅供参考

文件系统的概念

wikipedia文件系统

  文件系统（File System）是文件管理系统的简称，根据维基百科的描述，文件系统是用来组织数据在存储介质上的存储方式以及检索方式的。没有文件系统，信息在存储介质上会是一个很大的信息块，没法知道一条信息什么时候会结束，也没法知道信息在什么时候开始，对信息的管理就会十分的麻烦。

  文件系统的种类有很多，每一种文件系统的结构，逻辑，存取速度，灵活性，安全性，大小，等等都不一样。

  文件系统可以被使用在很多不同的存储设备（storage devices）上，这些存储设备使用不同的媒介（media），比如磁带，移动硬盘，闪存等，有时候，计算机的主存（RAM）甚至会创建一个临时的文件系统来临时使用。

  总之，文件系统的类别有很多，也很复杂，又想弄明白文件系统的原理，需要学习的东西有很多，这里只介绍一些平时在使用不同的操作系统时可能用到的一些知识，几种不同系统下的常见文件系统格式。

常见文件系统的格式

windows系统常见的文件系统

1. FAT

   wikipedia FAT文件系统

     FAT(File Allocation Table)文件系统诞生于1977年，它最初是为软盘设计的文件系统，但是后来随着微软推出dos和win 9x系统，FAT文件系统经过适配被逐渐用到了硬盘上，并且在那时的20年中，一直是主流的文件系统。

     后来随着硬件技术的进步，硬盘的容量也越来越大，这种文件格式逐渐被扩展了，出现了FAT12，FAT16，FAT32等文件系统，甚至后来还出现了FAT64的文件系统。

     在今天，FAT已经不是windows系统的主流文件系统了，但是它在软盘，闪存（u盘），以及很多嵌入式设备上还是很常见的。

     详细的情况wikipedia上有几张表，相关信息都可查看到。
     目前最通用的的是FAT32，很多U盘上都是FAT32格式，关于FAT32文件系统，以下几点值得注意：

   • 单个文件最大为4G
   • 最大文件数量268,435,437
   • 分区最大容量8TB
   • 可在多种操作系统读写

   有时候，我们向U盘拷贝大文件时，会发现拷不进去，实际上就是因为这个U盘是FAT32格式的。

2. NTFS

     NTFS全称是New Technology File System，它是一种比FAT32功能更加强大的文件系统。
     从windows 2000之后的windows系统的默认文件系统都是NTFS，而且这些windows系统只能够安装在NTFS格式的磁盘上。
   NTFS具有以下特点：

   • 理论上最大文件尺寸可达16EB-1KB，实际上有16TB-64KB(1EB = 1024PB 1PB = 1024TB，至于理论和实际为什么差这么多，没有进行过深入研究，有可能是现在的科技还不足以制造出这么大的磁盘的)
   • 最大文件数量可达2³²-1个
   • 操作系统支持大部分windows系统，Unix／Linux系统，Mac OS（在Mac OS 10.4+系统上，NTFS格式是只读的，即在Mac系统下，你只能从NTFS格式的磁盘上读取数据，而不能写入数据）
   • NTFS系统是一个日志性的文件系统，系统中对文件的操作都可以被记录下来，当系统崩溃之后，利用日志功能可以修复数据

  由于在Mac系统下，ntfs是只读的，所以要想在Mac下想ntfs格式的硬盘写入数据，要装一个插件Paragon NTFS，但据说不是太稳定。
3. ExtFAT

   ExFAT(Extended File Allocation Table)又叫FAT64，看名字就知道它是对FAT文件系统的扩展。
  E下FAT是虽然也是微软开发的文件系统，但说它是windows下的文件系统并不合适，它是专门为闪存盘设计的文件系统，单个文件突破了4G的限制，而且分区的最大容量可达64ZB（比EB大一级的），建议512TB。
  ExFAT在windows，Linux以及Mac系统上，都可以读写，作为U盘或者是移动硬盘的格式还是比较合适的。

Mac OS系统常见的文件系统

1. HFS/HFS+
     HFS全称叫分层文件系统（Hierarchical File System，HFS），诞生于1985年，最初被设计用于软盘和硬盘，同时也可以在在只读媒体如CD-ROM上见到。
     HFS+是一个HFS的改进版本，支持更大的文件，并用Unicode来命名文件或文件夹，代替了Mac OS Roman或其他一些字符集。
     HFS+的最大文件尺寸可以达到8EB，文件数量可以达到2³² - 1个。
      由于这两种文件格式是苹果专有的文件系统，所以在windows系统下，是看不到HFS分区的。

Linux系统常见的文件系统

   这几种文件系统wikipedia上资料也不多，所以就直接拷过来了。

1. Ext2
     wikipedia英文：https://en.wikipedia.org/wiki/Ext2
     wikipedia中文：https://zh.wikipedia.org/wiki/Ext2

     第二代扩展文件系统（英语：second extended filesystem，缩写为 ext2），是LINUX内核所用的文件系统。它开始由RémyCard设计，用以代替ext，于1993年1月加入linux核心支持之中。ext2的经典实现为LINUX内核中的ext2fs文件系统驱动，最大可支持2TB的文件系统，至linux核心2.6版时，扩展到可支持32TB。其他的实现包括GNU Hurd，Mac OS X (第3方)，Darwin(第3方)，BSD。
     ext2为数个LINUX发行版的默认文件系统，如Debian、Red Hat > Linux等。

2. Ext3
     wikipedia英文：https://en.wikipedia.org/wiki/Ext3
     wikipedia中文：https://zh.wikipedia.org/wiki/Ext3

     第三代扩展文件系统（英语：Third extended filesystem，缩写为ext3），是一个日志文件系统，常用于Linux操作系统。它是很多Linux发行版的默认文件系统。Stephen Tweedie在1999年2月的内核邮件列表[2]中，最早显示了他使用扩展的ext2，该文件系统从2.4.15版本的内核开始，合并到内核主线中[3]。
     它的性能（速度）不如它的竞争对手，例如JFS2，ReiserFS和XFS，但它具有重要的优势，那就是它允许在适当的时候从流行的ext2文件系统升级，而无需备份和恢复数据；除此之外，它还具有比ReiserFS和XFS更低的的CPU使用率。
     尽管Ext3相对于Ext2有了不少的优势，但是它还是有一些劣势：
   （1）ext3会在删除文件时把文件的节点（inode）中的块指标清除。这样做可以在unclean载入文件系统后，重放日志时，可以减少对文件系统的访问。但也同样也增加了文件在反删除上面的困难。用户唯一的补救是在硬盘中捞取数据，并且要知道文件的起始到结束的块指标。尽管提供了比 ext2在删除文件上稍微高一些的安全性，却也无可避免的带来了不便之处。
   （2）Ext3不支持透明压缩（Ext2以非官方补丁支持）。
   （3）大小限制，见下表。

   块尺寸	最大文件尺寸	最大文件系统尺寸
   1KB	16GB	2TB
   2KB	256GB	8TB
   4KB	2GB	16TB
   8KB	16GB	32TB

   （4）Ext3在写入日志时，并不做校验和。如果barrier=1没有作为加载参数（在文件/etc/fstab），并且如果硬件在无次序的写入缓存，在崩溃时会严重损坏文件系统（该选项在大多数流行的Linux发行版中都没有被启用，所以大多数发行版的处境都很危险。）

3 . Ext4
  wikipedia英文：https://en.wikipedia.org/wiki/Ext4
  wikipedia中文：https://zh.wikipedia.org/wiki/Ext4
Ext4具有以下特点

• 大型文件系统
    ext4文件系统可支持最高1 Exbibyte的分区[6]与最大16 Tebibyte的文件。
• Extents
    ext4引进了Extent文件存储方式，以替换ext2/3使用的block mapping方式。Extent指的是一连串的连续实体block，这种方式可以增加大型文件的效率并减少分裂文件。ext4支持的单一Extent，在单一block为4KB的系统中最高可达128MB[1]。单一inode中可存储4笔Extent；超过四笔的Extent会以Htree方式被索引。
• 向下兼容
    ext4向下兼容于ext3与ext2，因此可以将ext3和ext2的文件系统挂载为ext4分区。由于某些ext4的新功能可以直接运用在ext3和ext2上，直接挂载即可提升少许性能。
  ext3文件系统可以部分向上兼容于ext4（也就是说ext4文件系统可以被挂载为ext3分区）。然而若是使用到Extent技术的ext4将无法被挂载为ext3。
• 预留空间
    ext4允许对一文件预先保留磁盘空间。目前大多数文件系统做到这点的方式是直接产生一个填满0的文件；ext4和XFS可以使用Linux核心中的一个新的系统调用“fallocate()”获取足够的预留空间。
• 延迟获取空间
    ext4使用一种称为allocate-on-flush的方式，可以在数据将被写入磁盘（sync）前才开始获取空间；大多数文件系统会在之前便获取需要的空间。这种方式可以增加性能并减少文件分散程度。
• 突破32000子目录限制
    ext3的一个目录下最多只能有32000个子目录。ext4的子目录最高可达64000，且使用“dir_nlink”功能后可以达到更高（虽然父目录的link count会停止增加）。为了避免性能受到大量目录的影响，ext4默认打开Htree（一种特殊的B树）索引功能。该功能已经实现于Linux核心2.6.23版。
• 日志校验和
    Ext4使用校验和特性来提高文件系统可靠性，因为日志是磁盘上被读取最频繁的部分之一。这个特性还有一个好处就是可以安全地避免日志处理时磁盘I/O的等待，而稍微提高一些性能。日志校验和的技术源于威斯康辛大学的一篇名为IRON File Systems的研究论文（见第六节 transaction checksums校验和处理）[7]
• 在线磁盘整理
    对于在线磁盘整理工具有许多草案，但是这些草案都没有被包含在主流的内核当中。即使Ext4包含有许多避免磁盘碎片的技术，但是磁盘碎片还是难免会在一个长时间使用过的文件系统中存在。Ext4将会有一个具有磁盘整理功能的工具[8]。
• 快速文件系统检查
    Ext4将未使用的区块标记在inode当中，这样可以使诸如e2fsck之类的工具在磁盘检查时将这些区块完全跳过，而节约大量的文件系统检查的时间。这个特性已经在2.6.24版本的Linux内核中实现。

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