【Linux】ファイルシステム

 コンピュータのストレージ管理において、ファイルシステムは中心的な役割を果たします。ファイルシステムは、データを組織化し、保存、アクセス、管理するための一連のルールや手法を提供します。これは、データがどのようにディスク上に配置されるか、どのようにアクセスされるかを決定する重要な要素です。

 ディスクやその他のストレージデバイスは、データをバイト列として物理的に保存しますが、これだけではファイル名やディレクトリ構造のようなデータの管理はできません。ファイルシステムが存在することで、ユーザーやシステムは、データを「ファイル」として保存し、「ディレクトリ」の中に整理することが可能になります。例えば、ユーザーが「/home/user/text.txt」というファイルにアクセスしたい場合、ファイルシステムはこのファイルがストレージ上のどこに存在するかを特定し、適切なデータを返します。

 ファイルシステムが存在しない場合、データは未整理の状態で保存され、アクセスや管理が非常に困難になります。これに対して、ファイルシステムはデータを整理し、効率的なアクセス方法を提供することで、コンピュータのパフォーマンスや信頼性を向上させます。

ここでは、さまざまなファイルシステムの種類やそれぞれの特徴、用途について解説します。

ファイルシステムとは

 ファイルシステムは、コンピュータのストレージデバイス(ハードディスク、SSD、USBドライブなど)上にデータを組織的に保存・管理するためのシステムです。ディスクを分割(パーティション)しただけではデータを保存することはできず、ファイルシステムを作成することで初めてデータの保存が可能になります。

ファイルシステムがない場合とある場合の違い

ファイルシステムがない場合

  • データは単なるバイト列として保存され、ファイル名やディレクトリの概念が存在しません。
  • どのバイトがどのファイルに対応するか、あるいはどこに保存されているかを管理できないため、データアクセスが非常に困難です。

ファイルシステムがある場合

  • ファイル名やディレクトリ構造が存在し、ユーザーやシステムがファイルを簡単に保存・アクセスできます。
  • 例えば、「/home/user/text.txt」を保存する場合、カーネルにそのパスを指定するだけで、適切な場所にデータが保存されます。

ファイルシステムは、データをファイルとして扱い、それを整理するための必須の仕組みです。

代表的なファイルシステム

 ファイルシステムにはさまざまな種類があり、それぞれ特定の用途やオペレーティングシステムに適しています。

1.UNIX系ファイルシステム

 UNIXから派生したオペレーティングシステムでよく使われるファイルシステムです。これにはLinuxで一般的なextファミリー(ext2、ext3、ext4)やXFS、Btrfsなどが含まれます。

2.光学メディア用ファイルシステム

 CDやDVDなどの光学メディアで使用されるファイルシステムです。iso9660が代表的で、読み取り専用のデータを格納するのに適しています。

3.Windows系ファイルシステム

 Microsoft Windowsで使用されるファイルシステムです。VFATやexFATはUSBドライブや外付けハードドライブに広く使われており、NTFSはWindowsの標準的なファイルシステムとして使われています。

4.macOSのファイルシステム

 APFSは、macOS 10.13 High Sierraから導入されたファイルシステムで、HFS+の後継として設計されました。Appleの全デバイス(macOS、iOS、watchOS、tvOS)で使用されるように最適化されています。

ファイルシステムの種類

ファイルシステム説明
ext2初期のLinuxファイルシステムで、ジャーナリング機能はありません。比較的単純で高速。
ext3ext2にジャーナリング機能を追加し、システムクラッシュ時のデータ保護を強化。
ext4ext3の改良版で、大容量ファイルや高速なファイル操作が可能。ディレクトリ数の制限も改善。
XFS高速なパフォーマンスと大容量データの処理に優れたファイルシステム。
Btrfs新しい世代のファイルシステムで、RAID機能やスナップショット機能をサポート。
RAID機能:RAID 0, 1, 5, 6, 10をサポートし、データの冗長性と性能向上が可能。
スナップショット機能: ファイルシステムの特定の時点の状態を保存し、後で復元可能。
VFATMS-DOSや初期のWindowsで使用され、長いファイル名をサポートする。
exFAT大容量のファイルを扱えるように設計されたFATの拡張版。
iso9660CDやDVDなどの光学メディア用の標準ファイルシステム。
ファイルシステムの種類

各OSやディストリビューションのデフォルトのファイルシステム

OS/ディストリビューションデフォルトのファイルシステム
Ubuntuext4
FedoraBtrfs
CentOS/RHELXFS
WindowsNTFS
macOSAPFS
デフォルトのファイルシステム

まとめ

 ファイルシステムは、データの保存、整理、アクセスを効率化するための重要な技術です。さまざまな種類のファイルシステムがあり、それぞれ異なる用途や特性を持っています。特にBtrfsは、RAID機能やスナップショットなどの高度な機能を提供し、データ管理の柔軟性と信頼性を向上させます。各OSやディストリビューションでは、最適なファイルシステムがデフォルトで採用されており、システムの性能と安定性に大きな影響を与えています。