組み込みシステムでないコンピュータには、CPUとメモリーのほかに、プログラムやデータを格納するストレージがあります。OS上で動作するプログラムは、ストレージ上のデータにファイルシステムを通じてアクセスします。例外は、一部のDBMSやファイルシステムを作成・修復するツールだけです。
プログラムは、カーネルの他の機能と同様、APIによってファイルシステムにアクセスします。カーネルは、これらの操作とストレージ上のデータを対応付けます。加えて、入出力されるデータをキャッシュするためのメモリー管理、アクセス権管理のためのユーザー管理などのセキュリティ機能、ストレージI/Oのためのデバイスドライバとそれぞれ連携します。ファイルシステムがさまざまなストレージに対応できるように、ファイルシステムとデバイスドライバの間には、標準化されたストレージデバイスドライバのインタフェースが存在します。
ファイルシステムのAPIは、ファイルの作成、ファイルのオープン・クローズ、ファイルの読み書き、ディレクトリの一覧取得、ファイルの属性情報取得・設定などの操作を提供します。
読み書きするファイルの内容は、メモリー管理で紹介したように、カーネルがメモリーにキャッシュとして保持します。また、先頭から順番にファイルを読み込むのは、非常によくあるファイルアクセスの方法なので、ファイルシステムは、このような順次アクセスを検知したとき、ファイルを先読みしてキャッシュに置きます。データベースの表領域のようなランダムアクセスの場合、先読みはムダになるので行いません。
LinuxやWindowsのファイルシステムは、書き込みの性能を重視して、デフォルトで書き込みにキャッシュを使います。書き込みのAPIが成功して完了しても、書き込んだデータはメモリー中のキャッシュにあるだけで、ストレージへの書き込みは完了していないことを意味します。このようなデータは、一定のタイミングでストレージに書き込まれます。API正常終了時に、ストレージへのデータ書き込みを保証したい場合、書き込みを保証するモードでファイルをオープンするか、キャッシュの書き戻しを指示するAPIを明示的に発行する必要があります。
