Tiedostojärjestelmä
Tiedostojärjestelmä on käyttöjärjestelmän tarjoama palvelu, jonka avulla muut ohjelmistot voivat varastoida dataa tietokoneen massamuistiin. Tiedostojärjestelmän tärkein tehtävä on peittää massamuistilaitteen tekninen rakenne ja saada sen sisältö näkymään helpommin käsiteltävinä tiedostoina ja hakemistoina.
Nykyiset tiedostojärjestelmät sisältävät käyttäjälle näkyviä tiedostoja, jotka organisoituvat hierarkkiseksi (tai joskus jopa verkkomaiseksi) järjestelmäksi hakemistojen () avulla. Graafisissa käyttöliittymissä hakemistot yleensä hahmottuvat kansioiksi (), joiden sisällä voi olla tiedostoja ja myös muita kansioita eli alihakemistoja. Teknisestä näkökulmasta hakemistot ovat kuitenkin vain erityisiä tiedostoja, joihin kirjautuu tieto siitä, mitkä tiedostot kuuluvat keskenään samaan ryhmään.
Tiedostojärjestelmän perustaso on niin sanottu juurihakemisto (), joka sisältää kaikki tiedostot ja hakemistot. Sisäkkäisistä hakemistoista muodostuu haarautuva, puumainen kokonaisuus, joka usein esitetään ylösalaisin, niin että juurihakemisto on ylhäällä ja hakemistopuu haarautuu alaspäin. Vaihtoehtoisesti juurihakemisto voi olla vasemmalla, jolloin hakemistopuu haarautuu ensisijaisesti oikealle. Tiedostoihin ja hakemistoihin viitataan hakemistopolun avulla eli luettelemalla sisäkkäiset hakemistot tiedostojärjestelmän juuresta lähtien. Tällöin hakemistot tyypillisesti erotetaan toisistaan ja tiedostosta vinoviivalla tai kenoviivalla:
Tiedostojärjestelmän tärkeä ominaisuus on hallita massamuistin vapaata ja varattua tilaa. Tämä koskee tietokoneeseen liitettyä fyysisista mediaa, ei niinkään verkkotiedostojärjestelmiä (niiden tilanvaraus tapahtuu palvelinkoneen massamuistilla).
Tyypillisesti massamuisti jaetaan määräkokoisiin lohkoihin, varausyksiköiksi (). Varausyksiköt ovat tyypillisesti 512 tavun kerrannaisyksikköjä (2x, 4x, 8x, 16x, jne.), mutta niiden tarkka koko riippuu massamuistin koosta. Pieni varausyksikkö lisää levyn kirjanpitoon kuluvaa tilaa ja saattaa hidastaa toimintaa. Suuri varausyksikkö taas tuhlaa tilaa pieniä tiedostoja tallennettaessa. Joissain tiedostojärjestelmissä kierretään ongelma tallentamalla useita pieniä tiedostoja yhteen varausyksikköön tai varatun tilan koko voi vaihdella tarvittaessa, esimerkiksi Btrfs ().
Tiedostot pyritään tallentamaan siten että niille varattu tila on yhtenäinen. Jos näin ei voida tehdä, sanotaan että tiedosto "fragmentoituu" eli "pirstoutuu". Tämä on haitallista etenkin levymuisteilla, koska tiedostoa luettaessa joudutaan lukupäätä siirtämään, mikä vie aikaa ja hidastaa toimintoa. Tilanvaraus on haasteellista, koska käyttöjärjestelmä ei yleensä tiedä tiedoston kokoa kun sitä aletaan kirjoittaa. Lisäksi vanhoja tiedostoja poistettaessa myös tiedostojärjestelmän tyhjä tila fragmentoituu. Tämä vuoksi joissain käyttöjärjestelmissä on mukana erityinen ohjelma tiedostojärjestelmän tiedostojen tai/ja tyhjän tilan eheyttämiseksi eli defragmentoimiseksi.
Yksi tilanvaraukseen liittyvä erikoiskysymys on vapaan tilan hallinta. Vapaa tila voidaan käsittää tilaksi, joka ei ole minkään tiedoston käytössä (esim. MS-DOSin FAT). Vapaa tila voi myös olla erikoinen tiedosto tai tiedostoja, joista siirretään tilaa muille tiedostoille tarvittaessa. Eräissä käyttöjärjestelmissä voidaan myös rajoittaa osa tilasta vain ylikäyttäjän käyttöön siten että tavallinen käyttäjä ei voi täyttää levyä ja kaataa tärkeitä palvelinohjelmistoja.
Tiedostojärjestelmä tallentaa tiedostojen data lisäksi myös muita tietoja. Tiedoston nimi on tyypillisin. Lisäksi tiedostojärjestelmä pitää kirjaa tiedostoihin liittyvistä aikaleimoista kuten luontipäivä, muutospäivä tai viimeisin lukupäivä (tiedoston avaus) tai sen tilan muutos. Muita tiedostoihin liittyviä tietoja ovat niiden tyypit ja tietoturvaan liittyvät tiedot, kuten tiedoston omistaja/luoja ja pääsylistat. Tilanvaraukseen liittyviä tietoja ovat tiedoston koko ja sille varatut varausyksiköt.Linux osaa käyttää kymmeniä eri tiedostojärjestelmiä VFS (Virtual File System) -abstraktiokerroksen ansiosta. Listassa (paitsi minix) nimenomaan Linuxille kehitettyjä tiedostojärjestelmiä.
Linuxin alkuperäinen tiedostojärjestelmä oli "Minix"-käyttöjärjestelmän tiedostojärjestelmä. Seuraavan sukupolven tiedostojärjestelmiä olivat muun muassa "xiafs" ja "extfs", jotka ovat nykyään jääneet käytöstä.
Versiot ovat yhteensopivia siltä osin kuin uusia ominaisuuksia ei käytetä, esimerkiksi voi ext3fs:n liittää ext2fs:nä, jolloin journali ei sillä kerralla ole käytössä.
Ext2 korvasi aiemman Extfs:n vuonna 1993.
Ext2 on vielä suosittu esimerkiksi Flash- ja USB-muisteilla.
Ext3 kehittyi laajennuksena aiemmalle Ext2:lle vuonna 1998.
Ext3 tukee journalointia.
Ext4 kehittyi edelleen Ext3:sta ja julkaistiin Linux versiossa 2.6.28 vuonna 2008.
Ext4 tukee journalointia.
ReiserFS oli ensimmäinen journaloiva tiedostojärjestelmä, joka otettiin mukaan Linuxiin (versiossa 2.4.1-pre4). Sen alkuperäinen nimi oli TreeFS, mutta erinäisten syiden vuoksi se nimettiin lopulta suunnittelijansa Hans Reiserin mukaan. ReiserFS:n erityispiirteitä ovat muun muassa mahdollisuus pakata useita pieniä tiedostoja samalle varausyksikölle, puurakenteesta johtuva hyvä suorituskyky käytettäessä paljon pieniä tiedostoja sisältäviä hakemistoja sekä dynaamisten varausyksiköiden käyttö. Näiden piirteiden vuoksi sitä käytetään usein uutisryhmäpalvelimissa ja muissa vastaavissa kohteissa.
Reiser4 on pääosin saman kehittäjäryhmän toteuttama kokonaan uusi tiedostojärjestelmä.
Btrfs on uutta kehitystä edustava tiedostojärjestelmä suunniteltu tukemaan "copy-on-write" mekanismia.
Tiedostojärjestelmän kehityksen aloitti Oracle Corporation Linuxia varten vuonna 2007.
Btrfs tukee levyjärjestelmiä 16 eksatavuun saakka, joko suurina levyinä tai levyryhminä.
Tiedostojärjestelmän käyttäjiä ovat mm. Facebook.
Myös Jolla Oy:n Sailfish OS käyttää tiedostojärjestelmää.
Linuxin FUSE () mekanismin avulla tuetaan tiedostojärjestelmiä, joiden lähdekoodit eivät lisenssiltään yhteensopivia suoraan ytimeen liittämiseksi.
Ubuntu käyttää tätä NTFS tuen kanssa.