善用檔案系統的 Extended Attributes

檔案系統(Filesystem)的技術對資訊科技產業貢獻極大，只要是提到檔案儲存，就不能沒有檔案系統的存在，廣義來說，只要是能夠提供格式使一筆筆檔案資料正確存入和取出，都可以稱做為一種檔案系統。而就一般人而言，對檔案系統(Filesystem)的認知，主要在於處理檔案名稱、權限、資料存取方法以及排列架構，其中偶爾也會討論到效能的問題。先不論效能優劣的問題，事實上，現今大多數檔案系統，都有著良好且先進的設計，不少的擴充性和功能都已經被支援，我們可以來細細探討其帶來的益處和便利性。

檔案系統範疇甚廣，有許多領域的技術可討論，在短短的篇幅中也無法交代完整，有興趣者可以自行在網路上搜尋到大批文獻和論文。本文重點將在於討論檔案系統的 Extended Attributes（延伸屬性），該屬性又稱 xattrs，這是一個可供 User-Space 應用程式存取的屬性，其提供『鍵/值（key/Value）』機制，且鍵值資料可被關聯到指定的檔案上。換言之，我們可以為檔案添加一些附屬的資料和性質，而不需要更動到檔案內部資料，或是另外設計一個資料庫以記錄這些檔案的關聯資料。

由於 Extended Attributes 被實作於檔案系統演算法的層面，當然並不是所有的檔案系統都有支援，像是有悠久歷史的 FAT 就缺少這類實作。而 Linux 上使用的 ext3，實作方式是將 Extended Attributes 記錄在目標檔案 inode 裡的可用空間之中，使讀取 Extended Attributes 的資料相當快速，我們不用擔心要許多的 I/O 操作才能達到存取的目的。

以下是幾個操作 Extended Attributes 的函式：

/* 取得目標檔案之『鍵/值』 */
ssize_t getxattr(const char *path, const char *name, void *value, size_t size)
/* 設定目標檔案之『鍵/值』 */
int setxattr(const char *path, const char *name, const void *value, size_t size, int flags)
/* 列出目標檔案之所有延伸屬性 */
ssize_t listxattr(const char *path, char *list, size_t size)
/* 刪除目標檔案之『鍵/值』 */
int removexattr(const char *path, const char *name)

以下是相同功能，但是針對 File Description 的函數：

ssize_t fgetxattr(int filedes, const char *name, void *value, size_t size)
int fsetxattr(int filedes, const char *name, const void *value, size_t size, int flags)
ssize_t flistxattr(int filedes, char *list, size_t size)
int fremovexattr(int filedes, const char *name)

一個實際 Extended Attributes 的應用，就是用在 MIME Types 的 cache 機制。不像 MS Windows，Unix-like 系統裡許多檔案是不能用副檔名判別檔案類型，導致一些 File Manager 都會去預讀檔案標頭和部份內容以判別類型，但這是一個很沒有效率的手段，因為有大量的 I/O 產生。因此，這問題逼迫各家 File Manager 都會去實作一套資料庫，對這些檔案類型做 cache，以便第二次開啟時能有效率的判別檔案類型。事實上，可以使用 Extended Attributes ，儲存目標檔案的類型，有效率的實作 cache 機制，只不過因為需要考慮到當下檔案系統是否支援，或許兩種方法並行才能解決此問題。