Dateisystemstruktur

Dateisystemstruktur bezeichnet die Organisation von Dateien, Verzeichnissen und deren Metadaten auf einem Speichermedium. Sie dient als Abstraktion, über die ein Betriebssystem Dateien verwaltet, speichert und abruft. Unterschiedliche Dateisysteme verwenden unterschiedliche Modelle zur Zuordnung von Dateinamen zu Datenblöcken und zur Speicherung von Metadaten.

Der Aufbau umfasst typischerweise Bootinformationen am Anfang der Partition, eine Partitionstabelle oder einen Volume-Container sowie Dateisystemmetadaten wie Superblock oder Inodes bzw. Objekt-IDs. Zudem existieren Verzeichnisse, die eine hierarchische Baumstruktur bilden, und die eigentlichen Dateidaten liegen in Blöcken oder Extents. Viele Systeme gruppieren Blöcke zu Zonen oder Blockgruppen, um Zugriffe zu beschleunigen. Die Metadaten beschreiben Größe, Typ, Berechtigungen, Zeitstempel und Verweise auf weitere Blöcke oder Objekte.

Zugriff und Namensraum erfolgen über Pfade. Dateien werden durch Pfade gefunden, wobei es absolute und relative Pfade gibt. Das Mounten bindet ein Dateisystem in einen gemeinsamen Namensraum ein, sodass unterschiedliche Dateisysteme wie ein einheitlicher Baum erscheinen.

Metadaten und Sicherheit umfassen Berechtigungen, Zugangskontrollen (ACLs), Eigentümerzuordnung sowie Zeitstempel für Erzeugung, Änderung und Zugriff. Viele Systeme unterstützen Verweise wie Hardlinks und Softlinks, um Mehrfachzugriffe auf Dateien zu ermöglichen.

Technische Merkmale umfassen Journaling zur Transaktionsprotokollierung, Copy-on-Write in modernen Systemen, Checksummen und Snapshots. Speicherallokation erfolgt nach verschiedenen Strategien (kontiguität, Indizes, Extents), was Einfluss auf Fragmentierung und Leistungsfähigkeit hat.

Beispiele für gängige Dateisysteme sind FAT, NTFS, ext4, Btrfs, ZFS, APFS und XFS. Die Dateisystemstruktur variiert je nach Zielen wie Zuverlässigkeit, Leistung, Skalierbarkeit und Sicherheitsanforderungen.