exFat文件系统分析

exFat文件系统分析

1. exFat文件系统简介

理论上最大文件size为264B(16EB),fat32的最大
文件size为232B(4GB)
簇最大可达32MB
同一目录下最大文件数超过1000个
采用了Allocation Bitmap，剩余空间分配性能
改进 支持TFAT

exFat新特性——Allocation Bitmap

在fat32中，使用fat表来记录cluster chain和 cluster的分配情况

在exfat中，新增加了Allocation Bitmap记录 cluster的分配情况。Allocation Bitmap与fat表 配对使用，简称Fat/Bitmap pair。在每个文件 的Stream Extension Directory Entry中存在 flag指示是否包括cluster chain。如果文件不包 含cluster chain，则为连续存储，在使用过程中 不会读取fat表

exFat新特性——TFAT

TFAT是Transaction Safe FAT的简称，保证写入 操作是原子操作 支持TFAT的exFat中有两个Fat/Bitmap pair。在 写入过程中，对working FAT/Bitmap pair进行 更新。如果写入成功，则对non-working FAT/Bitmap pair进行更新；如果写入失败，对 working FAT/Bitmap pair进行rollback

2. Linux平台中集成exFat

Tuxera 获得Microsoft 的授权，开发基于Linux 平台的exFat。
URL: http://www.tuxera.com/products/exfat-
for-embedded-systems/
 
URL：http://code.google.com/p/exfat/

（1）Fuse-exFat代码架构

Fuse-exFat
exFat-main：用于mount一个exFat文件系统
exFat-ck：用于文件系统check
exFat-lib：exFat的库函数
Fuse-exfat-ops：提供给FUSE的文件系统操作

FUSE：用于在用户空间集成和开发文件系统
sys-io：最终的读写调用由pread和pwrite完成

（2）Fuse-exFat不足

有些结构体定义中存在未知项。
没有实现格式化。
只是实现了读写操作，读写速度有待提高。

使用fuse方式集成，需要频繁进出内核空间，文 件系统性能比较低。
在项目中我们已经对文件系统进行了部分优化， 可以提升读写效率。
如果采用fuse方式集成则会 导致性能下降，所以我们建议基于现有的user space文件系统架构进行exFat集成。

3. 项目中集成exFat

（1）根据exFat代码，修改原有的FAT FS层
在自定义的fat扩展层（fsDosFsEx）中，将调用 dosFs接口替换为exFat相应接口，如open, read, write, seek, rename……
将exFat的open，read，write等接口注册到FS Encapsulation中
将exFat中使用的块设备接口替换为Block Device Wrapper提供的接口

（2）项目中集成exFat——Allocation Bitmap

方案A：在自定义的fat扩展层（fsDosFsEx）中添加 对Allocation Bitmap的支持 方案A：增加ramAllocBitmap与ramFat配合使用
方案B：采用不增加ramAllocBitmap的方式，根据 Fat/Bitmap pair来修改ramFat相关代码
根据Allocation Bitmap来优化BuWrite使用的 Bitmap

（3）项目中集成exFat——TFAT

目前暂时不考虑对TFAT的支持
如果支持TFAT，写入时会对两个FAT/Bitmap pair进行操作，写速度降低
在某些异常情况下（比如录画中掉电），TFAT有可能会影响salvage数据的生成
exFat V1.0中也没有支持TFAT

（4）项目中集成exFat
FS Encapsulation模拟了原有的IO系统 ，以确保上层调用正确的下层函数。FS Encapsulation不会影响文件系统模块的性能， 所以不需要做修改 。
Block Device Wrapper是块设备驱动的封装层,可以为exFat提供访问块设备的接口，需要做部分适配。