文件系统剖析：数据是如何在磁盘上被组织的

作者：单晒网发布：2025年12月20日阅读： 26次

文件系统是操作系统用于明确存储设备（如硬盘、SSD、U盘）上数据的方法和数据结构。它定义了文件如何命名、存储、检索和更新，将原始的存储空间组织成用户能理解的目录和文件。核心目标：持久化：数据在断电后不...

文件系统是操作系统用于明确存储设备（如硬盘、SSD、U盘）上数据的方法和数据结构。它定义了文件如何命名、存储、检索和更新，将原始的存储空间组织成用户能理解的目录和文件。

核心目标：

文件系统剖析：数据是如何在磁盘上被组织的第1张图

持久化：数据在断电后不丢失。
按名存取：用户通过文件名而非磁盘扇区号访问数据。
高效管理：支持大容量存储，并能快速定位和读写文件。
共享与保护：实现多用户间的文件安全共享。

关键概念与结构：

分区与格式化：一块物理硬盘可划分为多个逻辑分区。在每个分区上创建文件系统的过程叫格式化，它会写入该文件系统特定的管理数据。
元数据与数据：文件系统管理两类信息：文件数据（文件的实际内容）和元数据（描述文件的数据，如文件名、大小、创建时间、权限、以及在磁盘上的存储位置）。
常见结构：
- FAT：文件分配表。简单，被U盘、SD卡广泛使用。通过一个链表结构记录文件占用的簇（存储单元）。缺点是不支持大文件和高级权限，易产生碎片。
- NTFS：Windows的现代文件系统。功能强大，支持日志（断电后快速恢复）、大文件、压缩、加密、磁盘配额和软硬链接。其核心是主文件表，一个关系型数据库，记录了分区上所有文件和目录的元数据。
- ext4：Linux的主流文件系统。是ext3的增强版，支持日志、更大文件和分区、更高效的区段分配减少碎片。使用inode结构存储文件元数据，文件名和inode号的映射存储在目录文件中。
- APFS：苹果为闪存优化的文件系统，强调加密、快照和空间共享。

工作流程示例：当您打开 /home/user/doc.txt时，系统首先在根目录找到 home的inode，读取其数据块找到 user目录的inode，再在其中找到 doc.txt的inode，最后根据inode中记录的块地址，从磁盘读取文件内容。文件系统如同一个高效的图书管理员，管理着磁盘这座巨型图书馆。