网络环境中的文件系统 File Systems in the Network Environment

File Systems in the Network Environment 网络环境中的文件系统 文件系统用于在物理介质如磁盘上存储和检索文件。其他介质还包括光盘和磁带，但大多数操作系统需要特殊的驱动程序对这些介质进行读写。我们的讨论集中于磁盘存储系统，关于分布式文件系统特征的讨论请参见“Distributed File System(分布式文件系统)”。

磁盘驱动器有可以前后移动的读写头，读写头下面的磁盘旋转形成磁道。数据就被写入磁道并从磁道读出。你可以联想一个音乐唱片，但是磁盘并不是从外到内的螺旋线，每个磁道都是个封闭的圆，并被分成若干个扇区。每道上的扇区数几乎都在8到50个之间。每个扇区由磁盘控制器使用磁标志标识。

操作系统处于上一级，扇区和磁道的管理由磁盘控制器完成。然而操作系统以簇或块将信息传送到磁盘上，簇/块的大小是可变的，究竟是多少取决于操作系统类型和安装操作系统时设定的值。簇/块长可依据你存到磁盘上的文件类型，在大多数操作系统安装时设定。例如，若磁盘要存放小文件，则小的簇/块长比较好。若要存储大文件，最好使用大的簇/块。这都关系到读写操作的效率。如果一个小文件被操作系统使用大簇/块写到磁盘上，那么大部分空间就浪费了。但如果一个大文件用小簇/块写到磁盘上，文件就必须分成几个部分，这些部分最终可能分散于整个磁盘上，使读写操作的效率降低。

需要使用一种方法跟踪磁盘上的文件和存储位置。另外被分成碎片的文件由于其不能用相邻簇存放而可能分散于整个磁盘，操作系统必须跟踪文件碎片的位置，在后面几个部分中将讨论几个流行的操作系统：

DOS File Allocation Table(FAT) DOS的文件分配表(FAT)

FAT是磁盘操作系统(DOS)的一部分。FAT跟踪磁盘上的簇和它们属于的文件。当产生一个文件请求时DOS检查FAT来定位文件的第一个簇。一个文件的簇可能分散在磁盘上，文件被分成碎片。这是由于DOS在存新文件时可以使用被删除文件的可用空间。如果一个文件在一个可用空间放下它就“被分成碎片。簇中包含着下一簇的地址信息。

FAT是个效率不高的磁盘文件存储机制。它必须经常更新。由于FAT存放于磁盘的固定位置，读/写头就必须频繁地来回以刷新簇分配信息。OS/2操作系统的高性能文件系统(HPFS)是Microsoft公司对这些问题的一个解决方法。

FAT有两份拷贝——一份作为万一第一份坏了时的备份。这份FAT也存放在固定位置，因此系统初启时可以定位引导文件。

DOS使用一个8字符文件名和3个字符扩展名的文件名格式。文件存放于目录中，目录中还可以有子目录。文件属性有只读、隐含、系统和档案四种。

High Performance File System(HPFS) 高性能文件系统(HPFS)

HPFS是为OS/2这一DOS的增强形式设计的文件系统。提供了更长的文件名和DOS FAT所没有的增强的性能特性。它同时提供对大容量硬盘的访问、更有组织的特性和改进的安全特性。其他特性包括：

HPFS保留了DOS中使用的FAT系统，但增加了按文件名的目录自动排序。

DOS中的簇分配方法被512字节的简单物理扇区分配代替，这有助于减少由文件定位而不能用的磁盘空间。

目录项中有修改、建立和访问日期、时间等信息。

HPFS的目录项指向FNODE，FNODE包含文件数据或指向文件数据位置的指针

HPFS有热修复功能，可将写到损坏扇区的数据移至另一区域。

NT Fik System(NTFS)NT文件系统(NTFS)

NTFS是Windows NT操作环境和Windows NT高级服务器网络操作系统环境的文件系统。NTFS有如下功能：

通过可恢复性(事务跟踪)和热修复等这样的容错特性带来的可靠性。

一个增加功能性的平台。

支持可移植操作系统接口(POSIX)的要求。

消除了FAT和HPFS文件系统的局限。

NTFS提供了更长的文件名、数据保护和恢复及通过目录和文件许可权达到的安全性。NTFS支持大容量磁盘和文件的多硬盘存储(这叫做跨盘文件卷宗)，例如一个公司的数据库可能太大以致要跨几个驱动器存储。

NTFS提供可控制文件所有权和访问的内置安全特征。NTFS卷宗中文件不能从DOS或其他操作系统访问。这是Windows NT安全系统的一部分，但只是在你使用NTFS时是这样。

NTFS允许文件名可长达256个字符。尽管DOS用户不能访问NTFS卷宗，但NTFS文件却可以被拷到DOS卷宗下。每个NTFS文件包含一个DOS可读的遵循DO3文件名格式的文件名。这个文件名由NTFS截取长文件名的前几个字符生成。

NerWare File System NetWare文件系统

NetWare文件系统高效快捷。它的容量高达32T字节(1TB=10↑3GB=10↑6MB)，一个文件(如数据库)可以大到4GB。卷宗是硬盘的组成部分，而必要时卷宗又可跨接多个磁盘，最多可跨32个硬盘 它也支持多万个并发记录或文件锁定。信息以块方式存放并使用文件分配表(FAT)跟踪块。FAT和DOS中的一样，跟踪文件在磁盘上的位置。使用目录项表(DET)存放文件名、属性、用户权限和其他信息。

嵌入Novell的NetWare网络操作系统的文件系统叫做NetWare核心协议(NCP)。

NetWare文件系统在文件名方式和目录结构生成方式上与DOS相似。文件系统可容错，支持磁盘镜象和双工。一个叫SFT LevelⅢ的可选产品提供服务器双工。还提供下列增强性能的特征(根据推出的版本)。

电梯查找 基于读写磁头的位置优化对陆续到来的读请求的响应。

文件高速缓存 将常用信息放到高速缓冲存储器以减少磁盘访问。

后台写 为提高性能将磁盘读和磁盘写分开。

并行查找 如果使用磁盘镜象，磁盘读请求可以来自两个磁盘。

快速FAT 将文件分配表放到内存加快访问速度。

文件压缩 在NetWare 4．x上，文件可被压缩以扩大磁盘可用空间。

块再分配 用单独的磁盘块存储小文件或文件碎片以扩大磁盘可用空间。

Distributed File Systems分布式文件系统

下面有四个主要的分布式文件系统，其基本思想是相似的。

网络文件系统(NFS)这是Sun微系统公司专门为分布式计算环境设计的开放式操作系统，它的规范已准备采用，可供任何供应商实现。事实上，其他网络操作系统的许多特性都来源于NFS。其文件系统叫虚拟文件系统(VFS)，VFS作为操作系统与文件系统的接口。Sun的实现使用传输控制协议/Internet网协议(TCP/IP)并为用户提供用户对UNIx系统小型计算机，大型计算机和其他分布式系统服务的透明访问。NFS的设计是使网上所有用户可以共享一个文件集。用户可以建立到文件服务器的暂时或永久连结访问这些文件。客户机/服务器计算是NFS的强大功能。

Andrew文件系统(AFS)这是卡内基·梅隆大学开发的与NFS很相似的文件系统。AFS系统使用相同的VFS接口访问文件，但AFS使用与NFS不同的客户高速缓存特性。使用客户高速缓存，信息被放到客户机的本地驱动器上以使客户可以在那里与之交互操作，当任何其他用户改变了这些数据时再由服务器告诉客户。在NFS中，客户必须定期检查服务器，看自己从服务器上缓存的信息是否被改动了。

分布式文件系统(DFS) 这是开放软件基金会(OSF)的分布式计算环境(DCE)的文件系统部分。DFS与AFS相似，但客户通过访问数据的令牌可以从服务器获得对那个特定范围数据的控制。当一个客户拥有令牌时，其他客户不能改变那里的数据。

文件传输访问和管理(FTAM) FTAM是OSI环境中实现的文件传输服务。它允许客户(称为起动者)与服务器(称为响应者)交换文件。FTAM设计用于帮助用户在支持OSI协议的分散系统上访问文件。用户可以在记录级处理文件(FTAM就是以记录形式存放文件的)。细节请见“File Transfer Access and Management(文件传输访问和管理)”条目。

分布式文件系统的详细论述在“Distributed File Systems分布式文件系统”条目中。

Apple Talk Filing Protocol(AFP)App1eTa1k文件编整协议(AFP)

AppleTa1k文件编整协议(AFP)存在于AppleTalk协议栈的表示层和应用层。AFP允许用户与AppTalk文件服务器通信。它将用户命令下传到更低层协议，这些低层协议处理系统间连结的建立和数据流控。AFP有下列特性：

AFP为用户建立一个环境，使远程文件服务器上的文件就象在本地一样使用。

除了用户必须在开始时建立到远程文件服务器的连结外，对文件服务器的访问和对本地文件的访问使用相同的过程。

AFP提供限制用户访问文件的安全特权。

AppleShare基于AFP，Macintosh系统可以通过内置的App1eShare客户机软件访问AppleShare服务器。Macintosh System7的文件共享实用程序，通过允许用户访问其他用户系统上的文件或使自己系统上的文件为其他用户所用，增加了分布式文件服务的功能。

File Tromsfer Protocol(FTP)文件传输协议 (FTP)

FTP是在象Internet那样的TCP/IP环境中用于文件传输的协议。在其中用户作为一个客户机可以从远程服务器上卸下文件。FTP是每个TCP/IP系统的核心部分并在相对于OSI协议模型的应用层实现。它的操作基于Telnet程序和TCP协议。FTP可以在许多计算机系统上采用并作为系统间文件传输的公用协议。