一文读懂：什么是文件系统 ，有哪几类？

▉ 什么是文件系统？

技术大拿眉头皱了皱，忍住快要爆发的情绪。解释到：

数据以二进制形式存储于介质，但高低电平含义难解。文件系统揭秘这些二进制背后的意义，使我们能够直观理解数据所传达的信息。

看着依然紧皱眉头的蛋蛋并不像捣乱的样子，技术大拿打开了自己的电脑。

这些文件皆由文件系统构建，它解析二进制数据为可理解格式。借助此系统，我们可轻松管理、删除和复制文件，掌控存储中的数据。文件系统，数据管理的关键。

那么文件系统是什么价值？蛋蛋继续追问到。

▉ 文件系统的价值是什么？

文件系统是管理磁盘的软件，简化磁盘空间使用，降低操作难度，以直观方式呈现数据，方便用户高效利用磁盘资源。

仓库犹如存储磁盘，巨大而空旷，如同未格式化的磁盘，拥有无尽空间，静待数据之充实，实现信息的有效存储与管理。

尽管数据可直存磁盘，但缺乏规划将导致数据无序存放。此举不仅容量受限，更在检索时面临极大挑战，甚至可能无法找到所需数据，严重影响效率。

仓库货架式数据管理，实现货物统一规划与高效管理。通过编号快速定位数据，存储量大且检索便捷，为您带来前所未有的数据管理体验。

▉ 本地文件系统和网络文件系统

文件系统曾是本地操作系统管理存储设备的关键途径，早期主要满足本地文件管理需求，如Ext4、XFS、FAT32、Btrfs等，它们为本地磁盘提供格式化及使用功能，助力数据高效存储与管理。

随着传输技术演进，需求升级，不仅限于本地文件I/O，远程数据传输渐成主流。人们热衷于TCP/IP数据获取，如同掌握远程I/O技术，满足文件共享等多样化需求，实现数据的无界传输。

目前，NFS协议引领Linux接入，而CIFS/SMB协议则代表Windows阵营。但技术革新已使两大阵营的接入协议趋于通用，为用户带来更高效便捷的体验。

远程访问文件系统虽解决资源共享，但单机处理能力有限。在电商网站、大数据处理等大规模数据访问领域，NFS等传统方式难以满足需求，需寻求更高效的文件系统解决方案。

分布式文件系统应运而生，实现多机多用户网络共享文件与空间。服务端采用集群架构，客户端可并发访问数万节点，极大提升系统承载能力，满足高效共享需求。

仓库初期管理聚焦本地需求，文件系统如Ext4、XFS、FAT32和Btrfs等应运而生，专为本地访问设计，确保高效且针对性的数据存储与管理。

随着传输技术革新，人们追求网络访问存储仓库。NFS、CIFS/SMB应运而生，但受限于远程访问数量。为满足需求，分布式文件存储技术崭露头角，提供高效、灵活的存储解决方案。

本地、网络和分布式文件系统虽无本质差异，但网络连接复杂性要求分布式文件系统在接入存储设备时，应用层需实施更精细策略，以确保与本地系统相媲美的性能与可靠性。

▉ 主流分布式文件系统

随着数字化进程加速，巨量数据对存储系统提出了更高要求。为满足这一需求，市场上涌现出HDFS、Ceph、GFS、GPFS、Swift等多种分布式文件系统。为更有效地应用这些系统，我们需深入了解各系统特性及其适用场景。接下来，我们将逐一探讨这些技术。

中间控制节点架构（HDFS）

HDFS，高度容错，适宜廉价机器部署。它提供高吞吐量数据访问，完美支持大规模数据集应用。通过放宽POSIX约束，HDFS实现流式读取文件系统数据，轻松应对大数据挑战。

HDFS，Hadoop的核心存储组件，专为大数据服务设计，广泛应用于海量数据的存储与处理，是大数据架构中的关键支撑。

1、对大文件存储的性能比较高，例如几百兆，几个G的大文件；

2、适合低写入，多次读取的业务；

HDFS通过多副本数据保护，确保数据可靠性，即使使用普通X86服务器也足够安全，但需注意，虚拟化环境并非其理想选择。

图 HDFS简化架构图示意图

完全无中心架构---计算模式（Ceph）

Ceph，作为领先的开源分布式存储系统，广受厂商青睐，众多超融合系统基于其深度定制。Ceph已成为Linux和OpenStack的标配，强力支撑存储需求，广泛应用于各类存储场景，展现其广泛的影响力和可靠性。

Ceph独具特色，能同时提供对象、块设备和文件系统三种存储服务，这一全面支持不同类型存储的特性，在分布式存储系统中实属罕见。

Ceph摒弃HDFS元数据寻址，运用CRUSH算法确保数据均衡分布与高度并行。其块存储特性确保数据强一致性，为用户带来传统集中式存储的卓越体验。

尽管Ceph在文件存储方面性能稍逊于其他分布式系统且部署较复杂，但其在块和对象存储领域仍得到广泛应用。

完全无中心架构---一致性哈希（Swift）

Swift，源自Rackspace，是2010年贡献给OpenStack的高可用分布式对象存储服务，作为其核心子项目之一，为Nova提供虚机镜像存储，彰显开源协作的卓越成果。

Swift基于经济型标准硬件存储，无需RAID，通过软件层面的一致性散列与数据冗余技术，以适度牺牲数据一致性换取高可用性与伸缩性。支持多租户、容器及对象读写，完美应对互联网非结构化数据存储挑战，为应用提供高效、经济的解决方案。

Swift与Ceph的对象存储服务相似，但Swift专注于非结构化数据存储，与Ceph在对象存储服务上各有特色。

客户端访问对象存储系统时，Swift需通过网关获取数据，流程固定。而Ceph则通过各存储节点的OSD直接获取数据，无需统一入口，展现出更高的灵活性和便利性。

Swift以其最终一致性特性，在海量数据处理中展现出高效率，特别适合对数据一致性需求较低、但追求高处理效率的对象存储业务。而Ceph则以其跨集群的强一致性著称。在OpenStack中，对象存储服务更倾向于选择Swift而非Ceph，以满足其特定的应用场景需求。

除了HDFS、CEPH、Swift等，还有GlusterFS、CephFS等众多分布式文件系统，各具特色，应用场景各异。选型时需权衡这些差异，确保与业务需求相匹配。每种系统细节设计均针对特定问题，深入了解其背后逻辑，是选型成功的关键。

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