本文旨在高屋建瓴地来讨论 Linux 文件系统概念，而不是对某种特定的文件系统，比如 EXT4 是如何工作的进行具体的描述。另外，本文也不是一个文件系统命令的教程。
每台通用计算机都需要将各种数据存储在硬盘驱动器（HDD）或其他类似设备上，比如 USB 存储器。这样做有两个原因。首先，当计算机关闭以后，内存（RAM）会失去存于它里面的内容。尽管存在非易失类型的 RAM，在计算机断电以后还能把数据存储下来（比如采用 USB 闪存和固态硬盘的闪存），但是，闪存和标准的、易失性的 RAM，比如 DDR3 以及其他相似类型的 RAM 相比，要贵很多。
数据需要存储在硬盘驱动上的另一个原因是，即使是标准的 RAM 也要比普通硬盘贵得多。尽管 RAM 和硬盘的价格都在迅速下降，但是 RAM 的价格依旧在以字节为单位来计算。让我们进行一个以字节为单位的快速计算：基于 16 GB 大的 RAM 的价格和 2 TB 大的硬盘驱动的价格。计算显示 RAM 的价格大约比硬盘驱动贵 71 倍。今天，一个典型的 RAM 的价格大约是 0.000000004373750 美元/每字节。
直观的展示一下在很久以前 RAM 的价格，在计算机发展的非常早的时期，其中一种类型的 RAM 是基于在 CRT 屏幕上的点。这种 RAM 非常昂贵，大约 1 美元/每字节。
定义你可能听过其他人以各种不同和令人迷惑的方式谈论过文件系统。文件系统这个单词本身有多重含义，你需要从一个讨论或文件的上下文中理解它的正确含义。
我将根据我所观察到的在不同情况下使用“文件系统”这个词来定义它的不同含义。注意，尽管我试图遵循标准的“官方”含义，但是我打算基于它的不同用法来定义这个术语（如下）。这就是说我将在本文的后续章节中进行更详细的探讨。
始于顶层 root（/）目录的整个 Linux 目录结构。
特定类型的数据存储格式，比如 EXT3、EXT4、BTRFS 以及 XFS 等等。Linux 支持近百种类型的文件系统，包括一些非常老的以及一些最新的。每一种文件系统类型都使用它自己独特的元数据结构来定义数据是如何存储和访问的。
用特定类型的文件系统格式化后的分区或逻辑卷，可以挂载到 Linux 文件系统的指定挂载点上。
文件系统的基本功能磁盘存储是文件系统必须的功能，它与之伴生的有一些有趣而且不可或缺的细节。很明显，文件系统是用来为非易失数据的存储提供空间，这是它的基本功能。然而，它还有许多从需求出发的重要功能。
所有文件系统都需要提供一个名字空间，这是一种命名和组织方法。它定义了文件应该如何命名、文件名的最大长度，以及所有可用字符集中可用于文件名中字符集子集。它也定义了一个磁盘上数据的逻辑结构，比如使用目录来组织文件而不是把所有文件聚集成一个单一的、巨大的文件混合体。
定义名字空间以后，元数据结构是为该名字空间提供逻辑基础所必须的。这包括所需数据结构要能够支持分层目录结构，同时能够通过结构来确定硬盘空间中的块是已用的或可用的，支持修改文件或目录的名字，提供关于文件大小、创建时间、最后访问或修改时间等信息，以及位置或数据所属的文件在磁盘空间中的位置。其他的元数据用来存储关于磁盘细分的高级信息，比如逻辑卷和分区。这种更高层次的元数据以及它所代表的结构包含描述文件系统存储在驱动器或分区中的信息，但与文件系统元数据无关，与之独立。
文件系统也需要一个应用程序接口（API），从而提供了对文件系统对象，比如文件和目录进行操作的系统功能调用的访问。API 也提供了诸如创建、移动和删除文件的功能。它也提供了算法来确定某些信息，比如文件存于文件系统中的位置。这样的算法可以用来解释诸如磁盘速度和最小化磁盘碎片等术语。
现代文件系统还提供一个安全模型，这是一个定义文件和目录的访问权限的方案。Linux 文件系统安全模型确保用户只能访问自己的文件，而不能访问其他用户的文件或操作系统本身。
最后一块组成部分是实现这些所有功能所需要的软件。Linux 使用两层软件实现的方式来提高系统和程序员的效率。
图片 1：Linux 两层文件系统软件实现。