2.3 文件系统

2.3.1 文件系统定义

操作系统中负责管理和存储文件信息的软件机构称为文件管理系统（简称文件系统），它是操作系统的重要组成部分。从系统角度来看，文件系统是指对外存储器空间按一定的格式进行有效地组织、分配与管理，负责文件存储并对存入的文件进行保护、检索等的系统。具体来说，它负责为用户将存储在外存储器上的数据以文件的形式进行管理，提供在外存储器上建立、复制、修改、移动、删除、控制文件的存取权限等操作。文件系统主要由3部分组成：与文件管理有关软件、被管理文件以及实施文件管理所需数据结构。

2.3.2 常见文件系统

目前，用户经常使用到的文件系统主要有：FAT32、NTFS、exFAT、EXT2、EXT3、UFS、GFS、CDFS等。

1．FAT32文件系统

FAT32文件系统是硬盘分区格式中最常见的一种。采用32位文件分配表，使其对磁盘的管理能力大大增强，突破了FAT16对每一个分区的容量只有2GB的限制。由于硬盘生产成本下降，容量越来越大，运用FAT32分区格式后，可以将一个大硬盘定义成一个分区而不必再划分为几个分区使用，大大提高了对大容量硬盘的管理能力。U盘、SD卡、CF卡等一般都使用FAT32文件系统，详见第5章。

2．NTFS文件系统

NTFS文件系统（New Technology File System）随着Windows NT操作系统的诞生而产生，它是微软Windows NT内核的系列操作系统支持的，特别为网络、磁盘配额、文件加密等管理安全特性而设计的磁盘格式。它支持文件系统故障恢复，尤其是大存储媒体、长文件名等。NTFS文件系统的设计目标就是用来提高大容量硬盘的速度，如：读/写和搜索标准文件的速度、快速恢复受损的文件系统等。它的主要优点是：安全性高、稳定性好、不易产生文件碎片、提供容错结构日志等，详见第6章。

3．exFAT文件系统

exFAT文件系统（extended File Allocation Table）是微软公司在Windows Embeded 6.0（包括Windows CE6.0、Windows Mobile）中引入的一种适合于闪存的文件系统。因为NTFS文件系统结构复杂，且系统开销大，在某些场合（如：闪存、嵌入式系统等）并不适用，这时候exFAT是最好的选择。

4．EXT2和EXT3文件系统

EXT2和EXT3是许多Linux操作系统版本的默认文件系统，均基于UFS文件系统，是一种快速、稳定的文件系统。

随着Linux操作系统在关键业务中的应用，EXT2文件系统的弱点也渐渐显露出来；其中，非日志式是EXT2文件系统的一个致命弱点；而EXT3文件系统直接从EXT2文件系统发展而来，目前EXT3文件系统已经非常稳定、可靠；它完全兼容EXT2文件系统；并弥补了EXT2文件系统非日志式的这一缺点。

5．UFS文件系统

UFS是UNIX文件系统的简称，是大部分UNIX类操作系统默认的基于磁盘的文件系统，甚至Apple的OS X也能支持UFS文件系统。

在UFS中，重要的数据结构贯穿于整个文件系统，并且数据做到了局部化，因此在读取文件的时候，磁头的运动量大大降低。UFS使用“柱面组”对数据进行分段组织，每个柱面组的大小与磁盘的几何特性关联。

6．GFS文件系统

GFS文件系统（Google File System）是谷歌公司为了满足其迅速增长的数据处理要求，设计并实现的一种大型的、可扩展的、分布式的文件系统，主要用于大型的、分布式的、对大量数据进行访问。它运行于廉价的普通硬件上，可以给大量的用户提供总体性能较高的服务，也可以提供容错功能。

7．HFS＋文件系统

HFS+（HFS Plus）是苹果公司为替代其分层文件系统（HFS）而开发的一种文件系统。它被用在macintosh计算机（或者其他运行Mac OS的计算机）上。它也是iPod上使用的一种格式。HFS+也被称为Mac OS Extended（或称为HFS Extended）。在开发过程中，苹果公司也把这个文件系统的代号命名为“Sequoia”，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。

8．CDFS文件系统

CDFS（Compact Disc File System）是一种适合光存储的文件系统。CDFS是指专门的CD格式的文件系统，只针对CD唱片，也就是我们平时说的音轨。这都是针对兼容计算机上现有的文件系统而定义的，仅仅是为了兼容。不能直接打开，可以用软件进行抓音轨。部分U盘也可通过量化软件进行CDFS系统化，如：银行的网银U盾HDZB_USBKEY就是使用这样的方法。

9．RAW文件系统

准确地说，RAW不能认为是一种文件系统，它是一种没有被Windows操作系统所识别的文件系统。如果“单击”逻辑盘，系统会提示“磁盘未格式化，是否进行格式化”。

切记！此时“千万不要对逻辑盘进行格式化”操作。

排除此类故障的基本思路、方法和步骤在7.2节中将有详细介绍。

一般来说，有以下6种情况，可能造成正常文件系统变成RAW文件系统。

【情况1】分区表所对应逻辑盘开始扇区的DBR被破坏。

【情况2】对于FAT32文件系统而言，FAT1表和FAT2表的开始值不是“F8 FF FF 0F”（存储形式）。

【情况3】如果是刚刚重装系统，发现有几个逻辑盘出现“磁盘未格式化”提示。原因很可能是这几个逻辑盘的文件系统都是exFAT，操作系统还未及时更新，所以不支持新文件系统。

【情况4】如果是无缘无故地出现“磁盘未格式化”提示，那很可能是文件系统结构损坏，具体哪里被破坏则需要手工进行分析。

【情况5】如果是U盘出现“磁盘未格式化”提示，则需要查看设备状态是否良好。如果良好，一般是软故障；如果是无媒体或不可读取，则是硬件故障。

【情况6】如果U盘分区表被破坏后，U盘分区表所对应的文件系统也会变成RAW文件系统。

解决问题需要对症下药，如果是分区表被破坏，则需要恢复对应的分区表；如果逻辑盘的FAT32_DBR或NTFS_DBR被破坏，则需要恢复FAT32_DBR或NTFS_DBR；对于FAT32文件系统而言，如果FAT1表和FAT2表的开始值不是“F8 FF FF 0F”（存储形式），则将FAT1表和FAT2表的开始值修改为“F8 FF FF 0F”（存储形式），等等。