ファイルシステム

コンピューティングでは、ファイルシステムまたはファイルシステム（多くの場合、FSまたはfsと略される）がファイルの構成とアクセスを管理します。ローカルファイルシステムは、同じコンピューター上で実行されているアプリケーションにサービスを提供するオペレーティングシステムの機能です。^{[1] [2]}分散ファイルシステムは、ネットワーク化されたコンピューター間でファイルアクセスを提供するプロトコルです。

ファイル システムは、アプリケーションが大容量ストレージを共有できるようにするデータ ストレージ サービスを提供します。ファイル システムがないと、アプリケーションが互換性のない方法でストレージにアクセスする可能性があり、リソースの競合、データの破損、データの損失につながります。

ファイル システムの設計と実装は数多くあり、さまざまな構造と機能、そして速度、柔軟性、セキュリティ、サイズなどのさまざまな特性を備えています。

ファイルシステムは、ハードディスクドライブ（HDD）、ソリッドステートドライブ（SSD）、磁気テープ、光ディスクなど、多くの種類のストレージデバイス向けに開発されてきました。^[3]

コンピュータのメインメモリの一部を、ファイルシステムのストレージデバイスとして機能するRAM ディスクとして設定できます。tmpfs などのファイルシステムは、仮想メモリにファイルを保存できます。

仮想ファイル システムは、要求に応じて計算されるファイル(仮想ファイルと呼ばれる) ( procfsおよびsysfsを参照)、または別のバックアップ ストレージにマッピングされるファイルへのアクセスを提供します。

 1900年頃からコンピュータの出現以前は、ファイルシステム、ファイリングシステム、ファイリングシステムという用語は、紙の文書を整理、保管、検索する方法を説明するために使用されていました。^{[4] 1961年までに、}ファイルシステムという用語は、元の意味に加えて、コンピュータ化されたファイリングにも適用されるようになりました。^[5] 1964年までに、それは一般的に使用されました。^[6]

ローカルファイルシステムのアーキテクチャは、特定のファイルシステム設計では概念が実際には分離されていない場合でも、抽象化のレイヤーとして説明できます。 ^[7]

論理ファイルシステム層は、アプリケーションプログラミングインターフェース（API）を介して、開く、閉じる、読み取り、書き込みなどのファイル操作のための比較的高レベルのアクセスを提供し、下位層に操作を委任します。この層は、開いているファイルテーブルエントリとプロセスごとのファイル記述子を管理します。 ^[8]ファイルアクセス、ディレクトリ操作、セキュリティ、保護を提供します。^[7]

オプションレイヤーである仮想ファイルシステムは、物理ファイルシステムの複数の同時インスタンスをサポートし、各インスタンスはファイルシステム実装と呼ばれます。^[8]

物理ファイルシステム層は、ストレージデバイス（ディスクなど）への比較的低レベルのアクセスを提供します。データブロックの読み取りと書き込み、バッファリングやその他のメモリ管理を提供し、ストレージメディア上の特定の場所へのブロックの配置を制御します。この層は、デバイスドライバーまたはチャネルI/Oを使用してストレージデバイスを駆動します。^[7]

ファイル名、またはfilename は、ファイルを使用するアプリケーション、場合によってはユーザーに対してファイルを識別します。

ファイル名は一意であるため、アプリケーションは特定の名前に対して 1 つのファイルだけを参照できます。ファイル システムがディレクトリをサポートしている場合、通常、ファイル名の一意性は各ディレクトリのコンテキスト内で強制されます。つまり、ストレージには同じ名前の複数のファイルを含めることができますが、同じディレクトリには含めることはできません。

ほとんどのファイル システムでは、ファイル名の長さが制限されています。

一部のファイル システムでは、ファイル名の大文字と小文字を区別して一致させ、他のファイル システムでは大文字と小文字を区別しません。たとえば、名前MYFILEとmyfile大文字と小文字を区別しない場合は同じファイルに一致しますが、大文字と小文字を区別する場合は異なるファイルに一致します。

最近のファイル システムでは、ファイル名にUnicode文字セットのさまざまな文字を含めることができます。一部のファイル システムでは、デバイス、デバイス タイプ、ディレクトリ プレフィックス、ファイル パス区切り文字、ファイル タイプなどの特殊な属性を示すために使用される文字が制限されています。

ファイル システムは通常、ファイルをグループに分ける ディレクトリ (フォルダーとも呼ばれます) へのファイルの整理をサポートします。

これは、ファイル名を目次内のインデックスまたはUnix 系ファイル システムのinodeに関連付けることによって実装できます。

ディレクトリ構造はフラット (つまり線形) にすることも、ディレクトリにサブディレクトリと呼ばれるディレクトリを含めることで階層化することもできます。

任意のディレクトリ階層をサポートする最初のファイルシステムは、Multicsオペレーティングシステムで使用されました。^[9] Unix系システムのネイティブファイルシステムも、Appleの階層ファイルシステムとクラシックMac OSの後継HFS+、MS-DOS 2.0以降のバージョンのMS-DOSとMicrosoft WindowsのFATファイルシステム、Windows NTファミリのオペレーティングシステムのNTFSファイルシステム、 OpenVMSのODS-2（On-Disk Structure-2）およびそれ以上のレベルのFiles-11ファイルシステムと同様に、任意のディレクトリ階層をサポートしています。

ファイル システムは、データ、ファイル コンテンツに加えて、関連するメタデータも管理します。メタデータには、次のようなものが含まれますが、これらに限定されません。

• 名前
• 割り当てられたブロック数またはバイト数として保存されるサイズ
• 作成日、最終アクセス日、最終バックアップ日
• 所有者ユーザーとグループ
• アクセス権限
• ファイルが読み取り専用か、実行可能かなどのファイル属性。
• デバイスタイプ(例:ブロック、文字、ソケット、サブディレクトリなど)

ファイル システムは、ファイルの内容とは別に関連付けられたメタデータを保存します。

ほとんどのファイル システムでは、1 つのディレクトリ内のすべてのファイルの名前が 1 つの場所 (そのディレクトリのディレクトリ テーブル) に保存され、他のファイルと同様に保存されることがよくあります。多くのファイル システムでは、ファイルのメタデータの一部のみをディレクトリ テーブルに保存し、そのファイルの残りのメタデータをinodeなどの完全に別の構造に保存します。

ほとんどのファイル システムでは、特定のファイルに関連付けられていないメタデータも保存されます。このようなメタデータには、未使用領域に関する情報 (空き領域ビットマップ、ブロック可用性マップ) や不良セクタに関する情報が含まれます。多くの場合、割り当てグループに関するこのような情報は、割り当てグループ自体の中に保存されます。

拡張ファイル属性を使用して、 NTFS、XFS、ext2、ext3、一部のバージョンのUFS、HFS+などのファイル システムに追加の属性を関連付けることができます。一部のファイル システムでは、ドキュメントの作成者、ドキュメントの文字エンコーディング、イメージのサイズなどのユーザー定義の属性が提供されます。

一部のファイル システムでは、異なるデータ コレクションを 1 つのファイル名に関連付けることができます。これらの個別のコレクションは、ストリームまたはフォークと呼ばれることがあります。Apple は長い間 Macintosh でフォーク ファイル システムを使用しており、Microsoft は NTFS でストリームをサポートしています。一部のファイル システムでは、1 つのファイル名でファイルの過去の複数のリビジョンが保持されます。ファイル名自体では最新のバージョンが取得されますが、以前に保存されたバージョンには、"filename;4" や "filename(-4)" などの特別な命名規則を使用してアクセスでき、4 つ前のバージョンにアクセスできます。

どのファイル システムがどの種類のメタデータをサポートしているかの詳細については、 ファイル システムの比較 § メタデータを参照してください。

ローカル ファイル システムは、ストレージのどの領域がどのファイルに属しているか、またどの領域が使用されていないかを追跡します。

ファイル システムがファイルを作成すると、データ用のスペースが割り当てられます。一部のファイル システムでは、初期のスペース割り当てと、ファイルの拡大に応じたその後の増分割り当ての指定が許可または要求されます。

ファイルを削除すると、ファイル システムは、そのファイルの領域が空いていて、別のファイルに使用できることを記録します。

ローカル ファイル システムは、ストレージ スペースを管理して、信頼性と効率性のレベルを高めます。通常、ストレージ デバイスのスペースは、複数の物理単位 (バイト) で細かく割り当てられます。たとえば、 1980 年代初期のApple DOSでは、140 キロバイトのフロッピー ディスク上の 256 バイトのセクターでトラック/セクター マップが使用されていました。^{[引用が必要]}

粒度が細かいため、粒度割り当ての倍数となるまれなサイズを持つファイルを除いて、各ファイルに未使用のスペース（スラックスペースと呼ばれることもあります）が発生します。 ^[10] 512バイトの割り当ての場合、未使用スペースの平均は256バイトです。64KBのクラスターの場合、未使用スペースの平均は32KBです。

通常、割り当て単位のサイズは、ストレージを構成するときに設定されます。保存されるファイルに比べて比較的小さいサイズを選択すると、アクセス オーバーヘッドが過剰になります。比較的大きいサイズを選択すると、未使用のスペースが過剰になります。ストレージに格納されると予想されるファイルの平均サイズに基づいて割り当てサイズを選択すると、使用できないスペースが最小限に抑えられる傾向があります。

ファイル システムがファイルを作成、変更、削除すると、基礎となるストレージ表現が断片化される可能性があります。ファイルとファイル間の未使用領域は、連続していない割り当てブロックを占有します。

ファイルの内容を保管するのに必要なスペースが連続したブロックに割り当てられない場合、ファイルは断片化します。ファイルが削除されると空き領域が断片化されます。^[11]

これはエンド ユーザーには見えず、システムは正常に動作します。ただし、ハード ディスク ドライブなど、連続したブロックの方が適切に動作する一部のストレージ ハードウェアでは、パフォーマンスが低下する可能性があります。ソリッド ステート ドライブなどの他のハードウェアは、断片化の影響を受けません。

多くの場合、ファイル システムは管理するデータへのアクセス制御をサポートします。

アクセス制御の目的は、多くの場合、特定のユーザーが特定のファイルを読み取ったり変更したりできないようにすることです。

アクセス制御は、プログラムによるアクセスを制限して、データが制御された方法で変更されることを保証することもできます。例としては、ファイルのメタデータまたはその他の場所に保存されたパスワードや、許可ビット、アクセス制御リスト、または機能の形式でのファイル許可などがあります。ファイルシステムユーティリティがメディアレベルでデータにアクセスして構造を再編成し、効率的なバックアップを提供できる必要があるため、通常、これらは礼儀正しいユーザーに対してのみ有効であり、侵入者に対しては有効ではありません。

ファイル データを暗号化する方法は、ファイル システムに組み込まれている場合があります。ファイル システム ユーティリティがデータを効果的に管理するために暗号化シードを知る必要がないため、これは非常に効果的です。暗号化に依存するリスクには、攻撃者がデータをコピーし、ブルート フォースを使用してデータを復号化できることが含まれます。さらに、シードを失うことはデータを失うことを意味します。

一部のオペレーティング システムでは、システム管理者がディスク クォータを有効にして、ユーザーのストレージ領域の使用を制限できます。

ファイル システムは通常、通常の操作だけでなく、次のような例外的な状況でも、保存されたデータの一貫性が維持されることを保証します。

• アクセスするプログラムが、ファイルアクセスが完了したこと（ファイルを閉じること）をファイルシステムに通知し忘れている
• アクセスプログラムが異常終了する（クラッシュする）
• メディアの失敗
• リモートシステムへの接続の喪失
• オペレーティング システムの障害
• システムリセット（ソフトリブート）
• 停電（ハードリブート）

例外的な状況からの回復には、メタデータ、ディレクトリ エントリの更新、バッファリングされたがストレージ メディアに書き込まれなかったデータの処理が含まれる場合があります。

ファイル システムは、次のような問題を分析できるようにイベントを記録する場合があります。

• ファイルまたはシステムの問題とパフォーマンス
• 不正アクセス

多くのファイル システムは、バイトストリームとしてデータにアクセスします。通常、ファイル データを読み取るには、プログラムがメモリ バッファーを提供し、ファイル システムがメディアからデータを取得して、そのデータをバッファーに書き込みます。書き込みでは、プログラムがバイト バッファーを提供し、ファイル システムがそれを読み取ってメディアに保存します。

一部のファイル システム、またはファイル システムの上位のレイヤーでは、プログラムがレコードを定義できるため、プログラムは、整理されていないバイトのシーケンスではなく、構造体としてデータを読み書きできます。

固定長レコード定義を使用すると、n^番目のレコードの位置を数学的に計算できるため、レコード区切り文字のデータの解析に比べて比較的高速になります。

各レコードの識別子（キーとも呼ばれる）により、プログラムはストレージ内の位置に関係なくレコードの読み取り、書き込み、更新を行うことができます。このようなストレージでは、通常、キーブロックとデータブロックを分離したメディアブロックの管理が必要です。レコードを見つけるための効率的なアルゴリズムは、ピラミッド構造を使用して開発できます。^[12]

通常、ファイル システムは、さまざまなユーティリティ プログラムを介してユーザーが管理できます。

一部のユーティリティを使用すると、ユーザーはファイル システムのインスタンスを作成、構成、削除できます。また、ファイル システムに割り当てられた領域を拡張したり切り捨てたりすることもできます。

ディレクトリユーティリティは、ディレクトリエントリ（ dentry、単数形：dentry）の 作成、名前変更、削除に使用したり、 ^[13]ディレクトリに関連付けられたメタデータを変更したりするために使用できます。ディレクトリユーティリティには、ディレクトリへの追加リンク（Unixではハードリンク）を作成したり、親リンク（ Unix系オペレーティングシステムでは「..」）の名前を変更したり、^{[説明が必要]}、ファイルへの双方向リンクを作成したりする機能も含まれる場合があります。

ファイル ユーティリティは、ファイルの作成、一覧表示、コピー、移動、削除、およびメタデータの変更を行います。データの切り捨て、スペース割り当ての切り捨てまたは拡張、ファイルへの追加、移動、およびインプレースの変更が可能な場合があります。ファイル システムの基盤となる構造に応じて、ファイルの先頭に追加またはファイルの先頭から切り捨てを行うメカニズム、ファイルの途中にエントリを挿入するメカニズム、またはファイルからエントリを削除するメカニズムが提供される場合があります。ファイル システムが削除取り消し機能を提供する場合、削除されたファイルの領域を解放するユーティリティもこのカテゴリに属します。

一部のファイル システムでは、空き領域の再編成、空き領域の安全な消去、階層構造の再構築などの操作を、アクティビティが最小限のときに実行するユーティリティを提供することで延期します。例としては、ファイル システムのデフラグユーティリティがあります。

ファイル システム ユーティリティの最も重要な機能の一部は、所有権のバイパスや基盤となるデバイスへの直接アクセスを伴う可能性のある監視アクティビティです。これには、高性能のバックアップとリカバリ、データ複製、ファイル システム内のさまざまなデータ構造と割り当てテーブルの再編成が含まれます。

ユーティリティ、ライブラリ、プログラムは、ファイル システム API を使用してファイル システムに要求を行います。これには、データ転送、配置、メタデータの更新、ディレクトリの管理、アクセス仕様の管理、削除などが含まれます。

多くの場合、小売システムは、ストレージ デバイス全体を占有する単一のファイル システムで構成されます。

もう 1 つの方法は、ディスクをパーティション分割して、異なる属性を持つ複数のファイル システムを使用できるようにすることです。ブラウザーのキャッシュや電子メールのストレージとして使用する 1 つのファイル システムは、割り当てサイズを小さく設定できます。これにより、ブラウザーの典型的なアクティビティであるファイルの作成と削除が、他のファイル割り当てを妨げないディスクの狭い領域にとどまります。別のパーティションは、比較的大きなブロック サイズを持つオーディオ ファイルまたはビデオ ファイルのストレージ用に作成できます。さらに別のパーティションは通常は読み取り専用に設定し、定期的に書き込み可能に設定することもできます。ZFSやAPFSなどの一部のファイル システムでは、複数のファイル システムが共通の空きブロック プールを共有し、異なる属性を持つ複数のファイル システムをサポートしているため、各ファイル システムに固定量のスペースを予約する必要はありません。^{[14] [15]}

3 番目のアプローチは、主にクラウド システムで使用され、「ディスク イメージ」を使用して、同じ属性を持つかそうでないかにかかわらず、追加のファイル システムを別の (ホスト) ファイル システム内にファイルとして格納することです。一般的な例は仮想化です。1 人のユーザーが、実稼働Windows 環境 ( NTFSを使用) の仮想マシンで実験的な Linux ディストリビューション ( ext4ファイル システムを使用)を実行できます。ext4 ファイル システムはディスク イメージ内に存在し、NTFS ホスト ファイル システム内のファイル (ハイパーバイザーと設定によっては複数のファイル) として扱われます。

1 つのシステムに複数のファイル システムがあると、1 つのファイル システムが破損しても、残りのファイル システムはそのままの状態であることが多いという利点もあります。これには、システムファイル システムがウイルスによって破壊された場合や、システムが起動しなくなった場合も含まれます。専用アクセスを必要とするファイル システム ユーティリティは、部分的に実行することで効果的に完了できます。また、デフラグのほうが効果的です。ウイルス スキャンやバックアップなどのシステム メンテナンス ユーティリティも、セグメント単位で処理できます。たとえば、前回のバックアップ以降に何も追加されていない場合は、ビデオを含むファイル システムを他のすべてのファイルとともにバックアップする必要はありません。イメージ ファイルについては、マスター (元の) イメージに書き込まれた「新しい」データのみを含む差分イメージを簡単に「分離」できます。差分イメージは、安全性の問題 (「使い捨て」システムとして - 破壊されたりウイルスに汚染されたりしても、古いイメージを削除して新しいイメージを数秒で作成できるため、自動化された手順がなくてもすぐに復元できます) と、仮想マシンの迅速な展開 (差分イメージはバッチでスクリプトを使用してすばやく生成できるため) の両方に使用できます。

ディスクファイル システムは、ディスク ストレージ メディアが短時間でデータをランダムにアドレス指定する機能を活用します。追加の考慮事項には、最初に要求されたデータに続くデータへのアクセス速度と、後続のデータも要求される可能性があるという予測が含まれます。これにより、データの連続した場所に関係なく、複数のユーザー (またはプロセス) がディスク上のさまざまなデータにアクセスできるようになります。例としては、FAT ( FAT12、FAT16、FAT32 )、exFAT、NTFS、ReFS、HFSおよびHFS+、HPFS、APFS、UFS、ext2、ext3、ext4、XFS、btrfs、Files-11、Veritas File System、VMFS、ZFS、ReiserFS、NSSおよび ScoutFS があります。一部のディスク ファイル システムは、ジャーナリング ファイル システムまたはバージョン管理ファイル システムです。

ISO 9660とユニバーサル ディスク フォーマット(UDF) は、コンパクト ディスク、DVD、Blu-ray ディスクを対象とする 2 つの一般的なフォーマットです。Mount Rainierは、Linux カーネル 2.6 シリーズ以降および Windows Vista 以降でサポートされている UDF の拡張機能で、DVD への書き換えを容易にします。

フラッシュファイルシステムは、フラッシュメモリデバイスの特殊な機能、パフォーマンス、制限を考慮しています。ディスクファイルシステムは、フラッシュメモリデバイスを基盤となるストレージメディアとして使用できることがよくありますが、フラッシュデバイス専用に設計されたファイルシステムを使用する方がはるかに優れています。^[16]

テープファイル システムは、ファイルをテープに保存するために設計されたファイル システムとテープ形式です。磁気テープは、ディスクよりもランダム データ アクセス時間が大幅に長いシーケンシャル ストレージ メディアであり、汎用ファイル システムの作成と効率的な管理に課題をもたらします。

ディスク ファイル システムには、通常、マスター ファイル ディレクトリと、使用済みおよび空きデータ領域のマップがあります。ファイルの追加、変更、または削除を行うには、ディレクトリと使用済み/空きマップを更新する必要があります。データ領域へのランダム アクセスはミリ秒単位で測定されるため、このシステムはディスクに適しています。

テープは、非常に長い可能性のあるメディアのリールを巻き取ったり巻き戻したりするために直線運動を必要とします。このテープ運動では、読み取り/書き込みヘッドをテープの端から端まで移動させるのに数秒から数分かかる場合があります。

その結果、マスター ファイル ディレクトリと使用状況マップは、テープでは極めて遅く、非効率的になる可能性があります。書き込みには通常、書き込み用の空きブロックを見つけるためにブロック使用状況マップを読み取り、データを追加するために使用状況マップとディレクトリを更新し、次にテープを進めてデータを正しい場所に書き込むという作業が含まれます。追加のファイル書き込みごとに、マップとディレクトリを更新してデータを書き込む必要があり、ファイルごとに数秒かかる場合があります。

代わりに、テープ ファイル システムでは通常、ファイル ディレクトリをデータと混在させた状態でテープ上に分散させる (ストリーミングと呼ばれる) ことができるため、新しいデータを書き込むために時間のかかるテープ動作を繰り返し行う必要がありません。

ただし、この設計の副作用として、テープのファイル ディレクトリを読み取るには、通常、散在するディレクトリ エントリをすべて読み取るためにテープ全体をスキャンする必要があります。テープ ストレージで動作するほとんどのデータ アーカイブ ソフトウェアは、テープ カタログのローカル コピーをディスク ファイル システムに保存するため、テープ メディアを再スキャンしなくても、テープにファイルを追加する作業が迅速に行えます。ローカル テープ カタログ コピーは、通常、指定された期間使用されない場合は破棄されます。その時点で、将来テープを使用する場合は、テープを再スキャンする必要があります。

IBM は、Linear Tape File Systemと呼ばれるテープ用のファイル システムを開発しました。このファイル システムの IBM 実装は、オープン ソースのIBM Linear Tape File System — Single Drive Edition (LTFS-SDE)製品としてリリースされています。Linear Tape File System は、テープ上の別のパーティションを使用してインデックス メタデータを記録するため、ディレクトリ エントリがテープ全体に分散することに伴う問題を回避できます。

テープへのデータの書き込み、テープの消去、またはフォーマットは、多くの場合、非常に時間のかかるプロセスであり、大容量のテープでは数時間かかることがあります。^[a]多くのデータ テープ テクノロジでは、テープに新しいデータを上書きする前にテープをフォーマットする必要はありません。これは、シーケンシャル メディア上のデータの上書きが本質的に破壊的であるためです。

テープをフォーマットするには時間がかかることがあるため、通常、テープは事前にフォーマットされており、テープ ユーザーは新しいテープを使用するたびに準備に時間を費やす必要がありません。通常必要なのは、使用前にテープに識別メディア ラベルを書き込むことだけです。このラベルも、新しいテープを初めて使用するときにソフトウェアによって自動的に書き込まれることがあります。

ファイル管理のもう一つの概念は、データベースベースのファイルシステムという考え方です。階層構造の管理の代わりに、またはそれに加えて、ファイルはファイルの種類、トピック、作成者、または同様の豊富なメタデータなどの特性によって識別されます。^[17]

IBM DB2 for i ^[18] (旧称DB2/400、DB2 for i5/OS) は、オブジェクトベースのIBM i ^[19]オペレーティングシステム (旧称OS/400、i5/OS) の一部であるデータベースファイルシステムであり、単一レベルストアを組み込んでおり、IBM Power Systems (旧称AS/400、iSeries) 上で実行され、IBMの元IBM i 主任科学者であるFrank G. Soltisによって設計されました。1978年から1988年頃、Frank G. SoltisとIBM Rochesterの彼のチームは、後にMicrosoftなど他社が実現できなかったデータベースファイルシステムなどの技術を設計し、適用することに成功しました。^{[20]これらの技術は非公式に「フォートレスロチェスター」 [引用が必要]}と呼ばれ、いくつかの基本的な側面で初期のメインフレーム技術から拡張されていましたが、多くの点で技術的観点からはより進んでいました^{[引用が必要]}。

「純粋な」データベース ファイル システムではないが、データベース ファイル システムの一部の側面を使用するその他のプロジェクト:

• 多くのWeb コンテンツ管理システムでは、ファイルの保存と取得にリレーショナル DBMS を使用しています。たとえば、XHTMLファイルはXMLまたはテキスト フィールドとして保存され、イメージ ファイルは BLOB フィールドとして保存されます。SQL SELECT (オプションでXPathを使用) ステートメントでファイルを取得し、洗練されたロジックと「通常のファイル システム」よりも豊富な情報の関連付けを使用することができます。多くの CMS には、標準のファイル システムを使用してファイルの内容を保存し、データベース内にメタデータのみを保存するオプションもあります。
• Apache HadoopやGoogle File Systemなどのアプリケーションによって実現される非常に大規模なファイル システムでは、いくつかのデータベース ファイル システムの概念が使用されます。

プログラムによっては、複数のファイル システムの変更を行うか、または何らかの理由で 1 つ以上の変更が失敗した場合は、変更をまったく行わない必要があります。たとえば、ソフトウェアをインストールまたは更新するプログラムは、実行可能ファイル、ライブラリ、および/または構成ファイルを書き込む場合があります。書き込みの一部が失敗し、ソフトウェアが部分的にインストールまたは更新されたままになると、ソフトウェアが破損したり使用できなくなったりする可能性があります。コマンドシェルなどの主要なシステム ユーティリティの更新が不完全な場合、システム全体が使用できない状態になる可能性があります。

トランザクション処理では、アトミック性の保証が導入され、トランザクション内の操作がすべてコミットされるか、トランザクションが中止されてシステムが部分的な結果をすべて破棄することが保証されます。つまり、クラッシュや停電が発生した場合、回復後には保存された状態が一貫しています。ソフトウェアが完全にインストールされるか、失敗したインストールが完全にロールバックされますが、使用できない部分的なインストールはシステムに残されません。トランザクションでは、分離性の保証^{[明確化が必要]}も提供されます。つまり、トランザクション内の操作は、トランザクションがコミットされるまでシステム上の他のスレッドから隠され、システム上の干渉する操作はトランザクションと 適切にシリアル化されます。

WindowsはVista以降、トランザクションNTFSと呼ばれる機能でNTFSにトランザクションサポートを追加しましたが、現在ではその使用は推奨されていません。^[21] UNIXシステム用のトランザクションファイルシステムの研究プロトタイプは数多くあり、Valorファイルシステム、^[22] Amino、^[23] LFS、^[24] TxOSカーネル上のトランザクションext3ファイルシステム、 ^[25] TFFSなどの組み込みシステムを対象としたトランザクションファイルシステムなどがあります。^[26]

複数のファイル システム操作間の一貫性を確保することは、ファイル システム トランザクションがなければ、不可能ではないにしても困難です。ファイル ロックは、個々のファイルの同時実行制御メカニズムとして使用できますが、通常、ディレクトリ構造やファイル メタデータは保護されません。たとえば、ファイル ロックでは、シンボリック リンク上のTOCTTOU競合状態を防ぐことはできません。また、ファイル ロックでは、ソフトウェア アップグレードなどの失敗した操作を自動的にロールバックすることもできません。これにはアトミック性が求められます。

ジャーナリング ファイル システムは、ファイル システム構造にトランザクション レベルの一貫性を導入するために使用される 1 つの手法です。ジャーナル トランザクションは、OS API の一部としてプログラムに公開されることはありません。単一のシステム コールの粒度で一貫性を確保するために内部的にのみ使用されます。

データ バックアップ システムは通常、トランザクション方式で保存されたデータの直接バックアップをサポートしていないため、信頼性が高く一貫性のあるデータ セットのリカバリが困難です。ほとんどのバックアップ ソフトウェアは、データセット全体の複数のファイルで共有されるトランザクション状態に関係なく、特定の時間以降に変更されたファイルのみを記録します。回避策として、一部のデータベース システムでは、その時点までのすべてのデータを含むアーカイブされた状態ファイルを作成するだけで、バックアップ ソフトウェアはそれをバックアップするだけで、アクティブなトランザクション データベースと直接やり取りすることはありません。リカバリでは、バックアップ ソフトウェアによってファイルが復元された後、状態ファイルからデータベースを個別に再作成する必要があります。

ネットワークファイルシステムは、リモートファイルアクセスプロトコルのクライアントとして機能し、サーバー上のファイルへのアクセスを提供するファイルシステムです。ローカルインターフェイスを使用するプログラムは、リモートネットワークに接続されたコンピューター内の階層ディレクトリとファイルを透過的に作成、管理、およびアクセスできます。ネットワークファイルシステムの例には、NFS、^[27] AFS、SMBプロトコルのクライアント、 FTPおよびWebDAVのファイルシステムのようなクライアントなどがあります。

共有ディスクファイルシステムとは、多数のマシン（通常はサーバー）がすべて同じ外部ディスクサブシステム（通常はストレージエリアネットワーク）にアクセスできるシステムのことです。ファイルシステムはそのサブシステムへのアクセスを調停し、書き込みの衝突を防止します。^[28]例としては、Red HatのGFS2、 IBMのGPFS（現在はSpectrum Scaleとして知られています）、DataPlowのSFS 、 SGIのCXFS、Quantum CorporationのStorNext、VersityのScoutFSなどがあります。

一部のファイル システムでは、オペレーティング システムの要素をファイルとして公開し、ファイル システム APIを介して操作できるようにします。これは、 Unix 系オペレーティング システムでは一般的ですが、他のオペレーティング システムでもそれほどではありません。例を次に示します。

• devfs、udev、TOPS-10はI/Oデバイスまたは擬似デバイスを特殊ファイルとして公開します。
• configfsとsysfsは、Linuxカーネル情報を照会および構成するために使用できる特別なファイルを公開します。
• procfsはプロセス情報を特別なファイルとして公開します

1970 年代、ディスクやデジタル テープ デバイスは、初期のマイクロコンピュータユーザーにとっては高価すぎました。そこで、一般的なオーディオ カセットテープを使用する、安価な基本的なデータ ストレージ システムが考案されました。

システムがデータを書き込む必要がある場合、ユーザーはカセット レコーダーの「RECORD」を押し、次にキーボードの「RETURN」を押して、カセット レコーダーが録音中であることをシステムに通知するように通知されます。システムは時間同期を提供するためのサウンドを書き込んでから、プレフィックス、データ、チェックサム、およびサフィックスをエンコードしたサウンドを変調します。システムがデータを読み取る必要がある場合、ユーザーはカセット レコーダーの「PLAY」を押すように指示されます。システムはテープ上のサウンドを聞き、サウンドのバーストが同期として認識されるまで待機します。その後、システムは後続のサウンドをデータとして解釈します。データの読み取りが完了すると、システムはユーザーにカセット レコーダーの「STOP」を押すように通知します。これは原始的ですが、(ほとんど) 機能しました。データは、通常は名前のない形式で順番に保存されますが、一部のシステム ( Commodore PETシリーズのコンピューターなど) ではファイルに名前を付けることができました。テープを早送りし、テープ カウンターで次のデータ領域のおおよその開始位置を確認することにより、複数のデータ セットを書き込んで位置を特定できます。ユーザーは、次のデータ領域の再生を開始する正しい位置を見つけるために、音を聞かなければならない場合があります。実装によっては、データに混じって可聴音が含まれているものもありました。

フラット ファイル システムにはサブディレクトリはなく、すべてのファイルのディレクトリ エントリが 1 つのディレクトリに保存されます。

フロッピー ディスクメディアが初めて登場したとき、利用可能なデータ容量が比較的少なかったため、このタイプのファイル システムで十分でした。CP /Mマシンはフラット ファイル システムを備えており、ファイルは 16 個のユーザー領域の 1 つに割り当てられ、一般的なファイル操作はデフォルトですべてではなく 1 つの領域に限定されていました。これらのユーザー領域は、ファイルに関連付けられた特別な属性にすぎませんでした。つまり、これらの領域ごとに特定のクォータを定義する必要はなく、ディスク上に空きストレージ領域がある限り、ファイルをグループに追加できました。初期のApple Macintoshもフラット ファイル システムであるMacintosh ファイル システムを備えていました。ファイル管理プログラム ( Macintosh Finder ) が EMFS の上に部分的に階層化されたファイル システムであるかのような錯覚を作り出すという点で珍しいものでした。この構造では、ファイルが別のフォルダーにあるように見えても、すべてのファイルに一意の名前を付ける必要がありました。IBM DOS/360およびOS/360 は、ディスク パック (ボリューム) 上のすべてのファイルのエントリを、ボリューム テーブル オブ コンテンツ(VTOC)と呼ばれるパック上のディレクトリに保存します。

フラット ファイル システムはシンプルですが、ファイル数が増えるにつれて扱いにくくなり、関連するファイル グループにデータを整理することが難しくなります。

フラット ファイル システム ファミリに最近追加されたのが、 AmazonのS3というリモート ストレージ サービスです。これは意図的に単純化されており、ユーザーがデータの保存方法をカスタマイズできます。唯一の構成要素は、バケット (サイズ無制限のディスク ドライブを想像してください) とオブジェクト (ファイルの標準概念に似ていますが、同一ではありません) です。オブジェクト名にほぼすべての文字 (「/」を含む) を使用でき、同一のプレフィックスに基づいてバケットの内容のサブセットを選択できるため、高度なファイル管理が可能です。

オペレーティング システム( OS) は通常、1 つ以上のファイル システムをサポートします。OS とそのファイル システムは非常に密接に絡み合っているため、個別に記述することが難しい場合があります。

OS は通常、ユーザーにファイル システム アクセスを提供します。多くの場合、OS はUnix シェル、Windowsコマンド プロンプトとPowerShell、OpenVMS DCLなどのコマンド ライン インターフェイスを提供します。また、OS は MacOS Finderや Windowsファイル エクスプローラーなどのグラフィカル ユーザー インターフェイスファイル ブラウザーも提供することがよくあります。

Unix 系オペレーティング システムは仮想ファイル システムを作成し、すべてのデバイス上のすべてのファイルが単一の階層に存在するように見えます。つまり、これらのシステムには 1 つのルート ディレクトリがあり、システム上に存在するすべてのファイルはその下のどこかに配置されます。Unix 系システムでは、 RAM ディスクまたはネットワーク共有リソースをルート ディレクトリとして 使用できます。

Unix ライクなシステムでは、各デバイスにデバイス名が割り当てられますが、これはそのデバイス上のファイルにアクセスする方法ではありません。代わりに、別のデバイス上のファイルにアクセスするには、まず、それらのファイルがディレクトリ ツリーのどこに表示されるかをオペレーティング システムに通知する必要があります。このプロセスは、ファイル システムのマウントと呼ばれます。たとえば、CD-ROM上のファイルにアクセスするには、オペレーティング システムに「この CD-ROM からファイル システムを取り出し、それをこれこれのディレクトリの下に表示してください」と指示する必要があります。オペレーティング システムに提供されるディレクトリはマウント ポイントと呼ばれ、たとえば/media の ようになります。/mediaディレクトリは、多くの Unix システムに存在し ( Filesystem Hierarchy Standardで指定されているように)、CD、DVD、USB ドライブ、フロッピー ディスクなどのリムーバブル メディアのマウント ポイントとして特に使用されます。このディレクトリは空の場合もあれば、個々のデバイスをマウントするためのサブディレクトリが含まれている場合もあります。通常、ファイル システムのマウントを承認できるのは管理者(つまり、ルート ユーザー) だけです。

Unix 系オペレーティング システムには、マウント プロセスを支援し、新しい機能を提供するソフトウェアやツールが含まれていることがよくあります。これらの戦略の一部は、その目的を反映して「自動マウント」と呼ばれています。

• 多くの場合、ルート以外のファイル システムは、オペレーティング システムの起動後すぐに使用可能である必要があります。そのため、すべての Unix 系システムは、起動時にファイル システムをマウントする機能を提供します。システム管理者は、これらのファイル システムを構成ファイルfstab ( Solarisではvfstab ) で定義します。このファイルには、オプションとマウント ポイントも指定されます。
• 状況によっては、起動時に特定のファイル システムをマウントする必要がないものの、その後はそれらのファイル システムの使用が必要になる場合があります。Unix 系システムには、事前定義されたファイル システムを必要に応じてマウントできるユーティリティがいくつかあります。
• リムーバブル メディアを使用すると、物理的に接続せずにマシン間でプログラムやデータを転送できます。一般的な例としては、USB フラッシュ ドライブ、CD-ROM、DVD などがあります。そのため、メディアの存在と可用性を検出し、ユーザーの介入なしにそのメディアをマウントするユーティリティが開発されています。
• 進歩的な Unix 系システムでは、スーパーマウントと呼ばれる概念も導入されています。たとえば、Linux supermount-ng プロジェクトを参照してください。たとえば、スーパーマウントされたフロッピー ディスクは、システムから物理的に取り外すことができます。通常の状況では、ディスクは取り外す前に同期され、アンマウントされている必要があります。同期が行われていれば、別のディスクをドライブに挿入できます。システムはディスクが変更されたことを自動的に認識し、マウント ポイントの内容を更新して新しいメディアを反映します。
• オートマウント機能は、マウントするディレクトリが参照されると、ファイル システムを自動的にマウントします。これは通常、リムーバブル メディアに適したメディアの挿入などのイベントに依存するのではなく、ネットワーク サーバー上のファイル システムに使用されます。

Linux は多数のファイル システムをサポートしていますが、ブロック デバイス上のシステム ディスクの一般的な選択肢としては、 ext* ファミリ ( ext2、ext3、ext4 )、XFS、JFS、btrfsなどがあります。フラッシュ変換レイヤー(FTL) またはメモリ テクノロジー デバイス(MTD)のない生のフラッシュには、 UBIFS、JFFS2、YAFFSなどがあります。SquashFSは、一般的な圧縮読み取り専用ファイル システムです。

以前のリリースのSolarisでは、ブート可能および補助ファイル システムとしてデフォルトで (非ジャーナリングまたは非ログ) UFS が使用されていました。Solaris はデフォルトで UFS をサポートし、拡張しました。

時間の経過とともに、Veritas Software Corp. (ジャーナリング) VxFS、Sun Microsystems (クラスタリング) QFS 、Sun Microsystems (ジャーナリング) UFS、および Sun Microsystems (オープン ソース、プール可能、128 ビット圧縮可能、エラー訂正) ZFSなど、他のファイル システムのサポートと重要な機能強化が追加されました。

Solaris にカーネル拡張機能が追加され、起動可能な Veritas VxFS操作が可能になりました。SunのSolaris 7では、UFS にロギングまたはジャーナリングが追加されました。Solaris 10、Solaris Express、OpenSolaris、および Solaris オペレーティング システムのその他のオープン ソース バリアントのリリースでは、後に起動可能なZFSがサポートされました。

論理ボリューム管理を使用すると、冗長性、容量、スループットを追加する目的で、複数のデバイスにまたがるファイル システムを実現できます。Solaris のレガシー環境では、Solaris Volume Manager (旧称Solstice DiskSuite ) が使用される場合があります。複数のオペレーティング システム (Solaris を含む) では、Veritas Volume Manager が使用される場合があります。最新の Solaris ベースのオペレーティング システムでは、 ZFSの仮想ストレージ プールを活用することで、ボリューム管理の必要性がなくなりました。

macOS（旧称Mac OS X）はApple File System （APFS）を採用しており、2017年にクラシックMac OSから継承されたHFS Plus （HFS+）と呼ばれるファイルシステムに取って代わりました。AppleはHFS+を「Mac OS Extended」とも呼んでいます。^[29] HFS Plusはメタデータが豊富で大文字と小文字が保持されますが、（通常は）大文字と小文字を区別しないファイルシステムです。macOSはUnix系であるため、HFS PlusにはUnix権限が追加されました。HFS Plusの後のバージョンでは、ファイルシステム構造の破損を防ぐためのジャーナリングが追加され、外部のデフラグツールを必要とせずにファイルを自動的にデフラグするための割り当てアルゴリズムにいくつかの最適化が導入されました。

ファイル名は最大 255 文字です。HFS Plus はUnicode を使用してファイル名を保存します。macOS では、ファイルタイプは、ファイルのメタデータに保存されているタイプ コード、またはファイル名拡張子から取得されます。

HFS Plus には、Unix スタイルのハード リンク、Unix スタイルのシンボリック リンク、およびエイリアスの 3 種類のリンクがあります。エイリアスは、移動または名前変更された場合でも元のファイルへのリンクを維持するように設計されています。エイリアスはファイル システム自体ではなく、ユーザーランドのファイル マネージャー コードによって解釈されます。

2017 年 6 月 5 日に Apple の WWDC イベントで発表された macOS 10.13 High Sierra は、ソリッド ステート ドライブ上でApple ファイル システムを使用します。

macOSは、NeXTSTEP経由でBSD Unix Fast File Systemから派生したUFSファイルシステムもサポートしていました。しかし、Mac OS X Leopard以降、macOSはUFSボリュームにインストールできなくなり、UFSボリュームにインストールされたLeopard以前のシステムをLeopardにアップグレードすることもできなくなりました。^[30] Mac OS X Lion以降、UFSのサポートは完全に廃止されました。

新しいバージョンのmacOSは、Windowsで一般的な従来のFATファイルシステム（16と32）の読み取りと書き込みが可能です。また、Windows用の新しいNTFSファイルシステムの読み取りも可能です。Mac OS X Snow Leopardより前のmacOSバージョンでNTFSファイルシステムに書き込むには、サードパーティ製のソフトウェアが必要です。Mac OS X 10.6（Snow Leopard）以降では、NTFSファイルシステムへの書き込みが可能ですが、システム設定を大幅に変更する必要があります（これを自動化するサードパーティ製のソフトウェアが存在します）。^[31]

最後に、macOSはMac OS X Snow Leopardバージョン10.6.5以降でexFATファイルシステムの読み書きをサポートしています。 ^[32]

OS/2 1.2 では、高性能ファイルシステム(HPFS) が導入されました。HPFS は、異なるコード ページでの大文字と小文字の混在ファイル名、長いファイル名 (255 文字)、ディスク領域のより効率的な使用、ディスク ボリューム上で関連項目を互いに近くに保つアーキテクチャ、データの断片化の低減、エクステント ベースの領域割り当て、ディレクトリのB+ ツリー構造、および平均アクセスを高速化するためにディスクの中間点に配置されたルート ディレクトリをサポートしています。ジャーナル ファイルシステム(JFS) は 1999 年に出荷されました。

PC-BSDは FreeBSD のデスクトップ バージョンで、FreeNASと同様にFreeBSDのZFSサポートを継承しています。PC -BSDの新しいグラフィカル インストーラーは、ZFS 上の/ (ルート)とRAID-Zプールのインストール、およびGeli を使用したディスク暗号化を、最初から簡単かつ便利な ( GUI ) 方法で処理できます。現在の PC-BSD 9.0+ 'Isotope Edition' には、ZFS ファイルシステム バージョン 5 と ZFS ストレージ プール バージョン 28 があります。

Bell Labs の Plan 9 は、すべてをファイルとして扱い、ファイルにアクセスするのと同じようにすべてのオブジェクトにアクセスします (つまり、ioctlやmmapはありません)。ネットワーク、グラフィックス、デバッグ、認証、機能、暗号化、およびその他のサービスは、ファイル記述子のI /O 操作を介してアクセスされます。9Pプロトコルは、ローカル ファイルとリモート ファイルの違いを排除します。Plan 9 のファイル システムは、プロセスごとのプライベートな名前空間を使用して編成され、分散システムでリソースを提供する多くのファイル システムを各プロセスが個別に表示できるようにします。

Infernoオペレーティング システムはこれらの概念を Plan 9 と共有します。

Windows は、 FAT、NTFS、exFAT、Live File System、およびReFSファイル システムを使用します(最後のものは、 Windows Server 2012、Windows Server 2016、Windows 8、Windows 8.1、およびWindows 10でのみサポートされ、使用可能です。Windows はそこから起動できません)。

Windows は、ユーザー レベルでドライブ文字の抽象化を使用して、ディスクまたはパーティションを他のディスクまたはパーティションと区別します。たとえば、パスC :\WINDOWS は、文字 C で表されるパーティション上のディレクトリWINDOWS を表します。ドライブ C: は、通常 Windows がインストールされ、そこから起動されるプライマリハード ディスク ドライブパーティションに最もよく使用されます。この「伝統」は根強く残っているため、オペレーティング システムがインストールされているドライブが C であると想定する多くのアプリケーションにバグが存在します。ドライブ文字の使用、およびプライマリ ハード ディスク ドライブ パーティションのドライブ文字として「C」を使用する伝統は、MS-DOSにまで遡ることができます。MS-DOSでは、文字 A と B は最大 2 つのフロッピー ディスク ドライブ用に予約されていました。これは、 1970 年代のCP/Mから派生し、最終的には 1967 年の IBM のCP/CMSにまで遡ります。

FATファイル システムファミリは、Windowsのすべてのバージョン、MS-DOS / PC DOS、OS/2、DR-DOSなど、パーソナル コンピュータのほぼすべてのオペレーティング システムでサポートされています。(PC DOS は MS-DOS の OEM バージョンで、 MS-DOS はもともとSCPの86-DOSをベースとしていました。 DR-DOS はDigital ResearchのCP/M-86の後継であるConcurrent DOSをベースとしていました。) したがって、FAT ファイル システムは、ほとんどすべての種類と年代のコンピュータとデバイス間の汎用的な交換フォーマットとして適しています。

FAT ファイル システムの起源は、 Standalone Disk BASICの (互換性のない) 8 ビット FAT の前身と、短命だったMDOS/MIDASプロジェクトに遡ります。^{[引用が必要]}

長年にわたり、ファイル システムはFAT12からFAT16およびFAT32に拡張されてきました。サブディレクトリ、コード ページのサポート、拡張属性、長いファイル名など、さまざまな機能がファイル システムに追加されました。Digital Research などのサード パーティは、オプションで削除追跡のサポートや、ボリューム/ディレクトリ/ファイル ベースのマルチユーザー セキュリティ スキームを組み込んで、ファイルとディレクトリのパスワードや、読み取り/書き込み/実行/削除アクセス権などのアクセス許可をサポートしています。これらの拡張機能のほとんどは、Windows ではサポートされていません。

FAT12 および FAT16 ファイル システムでは、ファイル システムのルート ディレクトリ内のエントリ数に制限があり、FAT 形式のディスクまたはパーティションの最大サイズにも制限がありました。

FAT32 は、ファイル サイズが 4 GB 近くまで制限されることを除いて、FAT12 および FAT16 の制限に対処していますが、NTFS と比較すると制限は残っています。

FAT12、FAT16、FAT32 では、ファイル名は 8 文字、拡張子は 3 文字 ( .exeなど) に制限があります。これは一般に8.3 ファイル名制限と呼ばれます。Windows 95およびWindows NT 3.5で導入された FAT12、FAT16、FAT32 のオプションの拡張機能であるVFATにより、下位互換性を保ちながら長いファイル名 ( LFN ) を FAT ファイル システムに保存できるようになりました。

1993 年にWindows NTオペレーティング システムとともに導入されたNTFS では、 ACLベースの権限制御が可能になりました。NTFSでサポートされているその他の機能には、ハード リンク、複数のファイル ストリーム、属性のインデックス作成、クォータの追跡、スパース ファイル、暗号化、圧縮、および再解析ポイント (他のファイル システムのマウント ポイントとして機能するディレクトリ、シンボリック リンク、ジャンクション、リモート ストレージ リンク) などがあります。

exFAT は、ファイル システムのオーバーヘッドに関して NTFS よりもいくつかの利点があります。^{[引用が必要]}

exFAT は、FAT12、FAT16、FAT32 などの FAT ファイル システムとの下位互換性がありません。このファイル システムは、Windows XP、Windows Server 2003、Windows Vista、Windows 2008、Windows 7、Windows 8、Windows 8.1、Windows 10、Windows 11 などの新しい Windows システムでサポートされています。

exFATはmacOSバージョン10.6.5（Snow Leopard）以降でサポートされています。^[32] exFATのサポートを実装するにはライセンスが必要であるため、他のオペレーティングシステムでのサポートはまばらです。exFATは、macOSとWindowsの両方で完全にサポートされ、4GBを超えるファイルを保存できる唯一のファイルシステムです。^{[33] [34]}

VSAMが導入される前、OS/360システムではハイブリッド ファイル システムが実装されていました。このシステムは、リムーバブル ディスク パックを簡単にサポートできるように設計されていたため、1 つのディスク (IBM 用語ではボリューム)上のすべてのファイルに関する情報は、そのディスク上のボリューム テーブル オブ コンテンツ(VTOC)と呼ばれるフラットなシステム ファイルに格納されます。VTOC には、ファイルのすべてのメタデータが格納されます。後に、システム カタログが導入されて階層的なディレクトリ構造が導入され、オプションで常駐ボリュームとリムーバブル ボリューム上のファイル (データセット) をカタログ化できるようになりました。カタログには、データセットを特定のボリュームに関連付ける情報のみが含まれています。ユーザーがオフライン ボリューム上のデータセットへのアクセスを要求し、適切な権限を持っている場合、システムは必要なボリュームをマウントしようとします。OPEN 要求に必要なボリューム ID が指定されている場合は、カタログをバイパスして、VTOC の情報を使用してカタログ化されたデータセットとカタログ化されていないデータセットにアクセスできます。さらに後に、アクセスを高速化するために VTOC にインデックスが付けられました。

VM/370のIBM会話型モニター システム(CMS) コンポーネントは、各仮想ディスク(ミニディスク)に個別のフラット ファイル システムを使用します。ファイル データと制御情報は分散され、混在しています。アンカーはマスター ファイル ディレクトリ(MFD) と呼ばれるレコードで、常にディスクの 4 番目のブロックにあります。当初、CMS は固定長の 800 バイト ブロックを使用していましたが、後のバージョンでは最大 4K のより大きなサイズのブロックが使用されました。データ レコードへのアクセスには、2 レベルの間接参照が必要です。ファイルのディレクトリ エントリ (ファイル ステータス テーブル(FST) エントリと呼ばれる) は、個々のレコードのアドレスのリストを含むブロックを指します。

AS/400 およびその後継機のデータは、単一レベル ストアのシステム仮想アドレス空間にマップされたシステム オブジェクトで構成されます。他のファイル システムにあるディレクトリやファイルなど、多くの種類のオブジェクトが定義されています。ファイル オブジェクトは、他の種類のオブジェクトとともに、AS/400 の統合リレーショナル データベースサポートの基礎を形成します。

• プロスペロファイルシステムは、仮想システムモデルに基づいたファイルシステムです。^[35]このシステムは、南カリフォルニア大学の情報科学研究所のB.クリフォード・ニューマンによって作成されました。
• RSRE FLEX ファイルシステム- ALGOL 68で記述
• ミシガン端末システム(MTS)のファイル システムは、次の点で興味深いです。(i) レコード長と行番号がファイル内の各レコードにメタデータとして関連付けられている「行ファイル」が提供され、行は、ファイル全体を読み書きしなくても、ファイル内の任意の場所で追加、置換、同じまたは異なる長さのレコードで更新、削除できます。(ii) プログラム キーを使用すると、ユーザーやグループに加えて、コマンドやプログラムにファイルを共有または許可できます。(iii) ファイルのデータとメタデータの両方を保護する包括的なファイル ロック メカニズムがあります。^{[36] [37]}
• TempleOSは、Terry A. Davisが作成したファイルシステムであるRedSeaを使用しています。^[38]

ファイル システムでは、保存可能なデータ容量が制限されます。これは通常、ファイル システムが設計された時点のストレージ デバイスの標準的なサイズと、近い将来に予想されるサイズによって決まります。

ストレージ サイズはほぼ指数関数的に増加しているため(ムーアの法則を参照)、新しいストレージ デバイスは導入後わずか数年で既存のファイル システムの制限を超えることがよくあります。そのため、容量がますます増大する新しいファイル システムが必要になります。

容量が大きくなると、必要な機能も増え、複雑さも増します。ファイル システムの複雑さは、通常、使用可能なストレージ容量に比例して変化します。容量の問題はさておき、50 KB ～ 512 KB のストレージを搭載した 1980 年代初期の家庭用コンピュータのファイル システムは、数百ギガバイトの容量を持つ最新のストレージ システムには適していません。同様に、最新のファイル システムは、これらの初期のシステムには適していません。最新のファイル システム構造の複雑さにより、初期のストレージ システムの限られた容量がすぐに消費されてしまうためです。

ファイルを現在存在するファイル システムとは別のファイル システムに置くことが有利であったり、必要であったりする場合があります。その理由としては、現在のファイル システムの制限を超えてスペース要件を増やす必要があることなどが挙げられます。パスの深さをファイル システムの制限を超えて増やす必要がある場合もあります。パフォーマンスや信頼性に関する考慮事項がある場合もあります。既存のファイル システムをサポートしていない別のオペレーティング システムへのアクセスを提供することも、別の理由です。

場合によっては変換をその場で行うことができますが、ファイルシステムの移行はデータのコピーを作成することを伴うため、より保守的であり、推奨されます。^[39] Windowsでは、FATおよびFAT32ファイルシステムはconvert.exeユーティリティを使用してNTFSに変換できますが、その逆はできません。^[39] Linuxでは、ext2をext3に変換（および元に戻す）、ext3をext4に変換（元に戻すことはできません）できます。^{[40]また、ext3とext4の両方を}btrfsに変換し、元に戻す情報が削除されるまで元に戻すことができます。^[41]これらの変換は、ファイルデータ自体に同じ形式を使用し、メタデータを空き領域に再配置することで可能になり、場合によってはスパースファイルサポートを使用します。^[41]

移行は高速化される可能性がありますが、追加のスペースが必要になるという欠点があります。 最適なケースは、最終的なファイル システムを格納するメディアに未使用のスペースがある場合です。

たとえば、FAT32 ファイル システムを ext2 ファイル システムに移行するには、新しい ext2 ファイル システムを作成します。次に、FAT32 ファイル システムのデータを ext2 ファイル システムにコピーし、古いファイル システムは削除します。

新しいファイル システムが作成されるまで元のファイル システムを保持するための十分なスペースがない場合は、作業領域 (リムーバブル メディアなど) を使用するという代替手段があります。これには時間がかかりますが、バックアップを作成できるという利点があります。

階層型ファイル システムでは、ファイルへのアクセスは、ファイルを含むディレクトリの分岐リストであるパスによって行われます。ファイル システムによって、パスの深さの制限は異なります。また、ファイル システムには、個々のファイル名の長さの制限もあります。

長い名前を持つファイルや、かなり深いパスにあるファイルをあるファイル システムから別のファイル システムにコピーすると、望ましくない結果が生じる可能性があります。これは、コピーを実行するユーティリティが矛盾をどのように処理するかによって異なります。

• 「ファイルシステム仕様 - リンクとホワイトペーパー」。2015 年 11 月 3 日にオリジナルからアーカイブされました。{{cite web}}: CS1 メンテナンス: 不適切 URL (リンク)
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