Windows系统如何mount盘符到目录

本文是从另一篇关于Linux文件系统实现的文章里摘出来的。

在Windows上如何将一个文件系统分区挂载到一个目录，这其实是一个 硬需求！ 是的，非常硬的需求。因为我们总是面临C盘，D盘满了却无法动态扩容问题。所以，在有一天我因为路上堵车撸了一个Linux上的最小的tinyfs之后，就想到顺便解决一下Windows的mount问题，并且发现了方法，就记录了下来。

我以前确实不知道Windows系统也能mount文件系统分区到目录，但是我一直都觉得有办法做到，毕竟Windows如此成熟的操作系统，怎能错过 UNIX正确的mount机制 呢？UNIX的古老mount是如此的完美！

先谈谈UNIX mount机制

这是个古老的机制。早在UNIX初始，经典创世论文《The UNIX time-sharing system》里就提到了mount机制：

mount机制如此设计的源泉在于目录的定义：

Directories provide the mapping between the names of files and the files themselves, and thus induce a structure on the file system as a whole.

而我们知道，UNIX最初定义的文件类型包括三大类：

普通数据文件。
目录。 【对，目录也是文件！】
特殊文件。

这决定了目录是一个递归嵌套的结构。最终是下面的两个核心造就了UNIX树形的文件系统结构：

所有的文件系统均通过目录组织，这意味着每一个文件系统均有一个根目录，而目录本身就是递归嵌套的，所有在一棵树上，每一个目录节点均可以看作一棵子树的根，这就是mount点：

每一棵子树均可以挂载一个文件系统。

上图中每一个中间节点均可以挂载一个新的文件系统。

我们找到了mount的根源。

有了mount机制，试问一个目录可以有多大？答案是它可以无穷大，它可以挂载整个世界。

再谈谈Linux的实现

Linux作为类UNIX系统，当然实现了mount机制。先看Linux文件系统的表象：

但实际上，在mount机制下，它是这个样子：

两组链表将整个mount树组织了起来，让它成了我们看起来的树的样子：

文件系统链表。
每一个文件系统的mount挂载点链表。

接着谈谈Linux和Windows文件系统组织的异同

我平时喜欢把类似的东西放在一起比较，比如秦汉和罗马帝国之类的，所以圈内的经常有人想让我谈下Windows和Linux的文件系统之间区别。

先看一篇很早之前的文章：
Linux文件系统的设计： https://blog.csdn.net/dog250/article/details/6347504/
该文章讲了Linux文件系统mount机制的超级好处。

Windows系统并非和UNIX系统师出同门。Windows继承了DOS的文件系统的机制。

我不是很懂Windows的内在实现机理，所以我只能外在的谈一下。Windows和Linux对待文件系统组织的区别，貌似非常对称：

Linux是把文件系统(或者说格式化为某个文件系统的磁盘分区)挂载在目录上。
Windows是把目录挂在已经格式化的盘符(其实是一个逻辑卷，即磁盘分区)上。

注意，我说的是文件系统的组织，而不是文件系统本身，所以我并没有在比较NTFS/extX的格式和处理方面的区别，说白了，我就是在说Windows和Linux分别是怎么 "mount" 文件系统的。

UNIX一开始就抽象了文件系统，将其看作是一个树形的靠mount机制可以无限扩展目录，而DOS可能最初只是将一个具体的磁盘文件系统映射到了内存中。务实的PC操作系统并没有对文件系统做抽象。

所以说，按照以上的理解：

Linux若想挂一个文件系统，必须要有一个目录。
Windows若想挂一个文件系统的目录，必须要有一个盘符。

所以说，我们看到Windows系统中的 “C盘” ，就像看到Linux中的 “/目录” 一样

为什么Windows没有采用几乎已经是范式的UNIX/Linux文件系统树形mount的实现方式，非要采用一个盘符一个文件系统的方式呢？几乎每个人都知道UNIX/Linux的mount机制会更好一些，无缝插拔，无限扩展，然而Windows却貌似并未采用。

我们进入Linux系统后，输入mount命令，会看到下面的信息：

每一个磁盘，都挂载在一个目录上，这是一个典型的 可插拔的分层树形 结构。

在Windows系统，类似的信息如下(这里只是初步看来)：

可见，Windows的文件系统是直接诉诸逻辑卷的，缺失了目录挂载点。因此，在对待 文件系统动态扩容(而不是磁盘分区扩容) 操作上，就非常麻烦，可插拔操作几近不可能。

请注意在微软系Windows系统的前身是DOS，DOS这个单词中的D指的就是Disk的意思。在DOS时代，内存及其少，少得可怜，所以干嘛不直接用盘符来直接索引目录的起始呢？更何况，彼时一般只有一块磁盘，磁盘即系统，系统宿主就是磁盘，故名曰 Disk Operating System ，即 DOS 。

磁盘文件系统，即DOS的内在灵魂，一直延续到了今日。

如何非要和Linux文件系统类比，Windows的盘符更像是Linux的mount数据结构，而不仅仅是个盘符，照着Linux文件系统的结构，我试着画一画Windows的类似结构，不出意外，它看起来是这个样子：

但事实上，这只是个表象，或者说这只是Windows系统在最初时候文件系统的样子，如今，Windows NT虽然表面上仍然保持这个样子，但实际上内在的实现早就类似于UNIX/Linux的mount机制了。

好了，Windows文件系统的种种不如UNIX/Linux就到此为止，接下来要说的是，Windows系统有能力做到UNIX/Linux系统那般的树形目录mount结构。我们看看如何来做。

Windows文件系统的mount挂载

“实际是否去做” 和 “是否有能力去做” 完全是两码事。很少有人见过Windows系统的树形mount结构，因为：

Windows为了兼容，舍弃了很多表面的东西，至少它要看起来仍然很像最初的Windows 95甚至Windows 3。
在Windows下，很少有人折腾命令行，所以很少有人去折腾diskpart，mountvol等命令。而彩蛋就在这些命令里。

下面我来step by step演示如何来做。

方法1：使用diskpart命令

diskpart命令类似Linux的fdisk命令，详见：https://docs.microsoft.com/en-us/windows-server/administration/windows-commands/diskpart

首先准备若干空闲的逻辑卷。在我的例子中，我准备了两个NTFS分区，D盘和E盘：
我们看一下diskpart命令里的assign子命令：

Windows命令行的help非常棒，让我有种操作Cisco路由器的感觉。
值得注意的是， 上述help提示中，PATH代表的目录必须是一个空目录。 这是和UNIX/Linux的文件系统挂载点任意覆盖已有目录所不同的。
现在让我们看一下D盘和E盘的表象：
我们在C盘新建一个目录mnt，希望将E盘的NTFS系统挂载在mnt目录：
让我们开始吧！先list一下所有的逻辑卷：
选择标识E盘的逻辑卷标号，并且挂载它到C盘的mnt目录：
我们看到E盘消失了：
E盘被mount到了C盘的mnt目录：
哇！果然如此：
让我们操作一番E盘，就像操作C盘的mnt目录一般：
让我们继续在E盘的mount点C:\mnt继续创建新目录挂载D盘：
D盘mount成功，并创建个文件：

这个时候，C盘就类似UNIX/Linux的根目录( “/” )了，所有其它两个逻辑卷盘符D盘，E盘嵌套mount在C盘下的目录！

diskpart命令提示符下输入以下命令序列，恢复D盘逻辑卷：

DISKPART> remove mount=c:\mnt\vol_D
DISKPART> select vol=3
DISKPART> assign mount=d:

最后我们看到的是这样：

所谓万变不离其宗，这就是了。Windows的内在依然没有逃过mount目录树?。

方法2：使用mountvol命令

这个命令像极了UNIX/Linux的mount命令。详见：https://docs.microsoft.com/en-us/windows-server/administration/windows-commands/mountvol

前一个diskpart实验中，我们已经将D盘挂在了C:\mnt\vol_D目录了，现在从那里接着做：

照着指引就可以做。比如我们把D盘挂载到C盘新建目录C:\mnt\newD上：

可见，Windows也是可以将同一个文件系统分区挂在不同的目录的。

你可以将Linux的ext2，ext3等分区挂在Windows的目录，就像Windows的fat，ntfs分区挂在Linux上一样。实现这个只需要安装Windows下的ext2，ext3驱动即可，我用的是ext2IFS：
http://www.fs-driver.org/

安装好它以后，就可以识别接入Windows的ext2，ext3分区了，用IFS Driver给它们指派盘符(IFS Driver在控制面板可以找到)：

然后就可以用mountvol来挂载了。

其实，不指派盘符也可以，用mountvol命令也是可以显示出其uuid的，只不过你可能不好识别：

方法3：使用系统管理GUI

其实，Windows提供了mount逻辑卷的界面，只是很少被人使用罢了。

计算机管理中点击磁盘管理：

选中一个逻辑卷，右键点击更改驱动器号和路径：

这样就可以删除，添加或者更改一个逻辑卷的挂载点了。

操作总结

可见，Windows系统也可以很方便的做到UNIX/Linux那样mount整个世界，而且方法还多种多样。

这便解决了一个很大的痛点，即C盘满了的问题。然而切记，Windows无法将逻辑卷mount到非空目录，所以就很难靠mount一个块更大的磁盘分区完成诸如C:\Program Files之类目录的扩容，但是方法还是有的，本文不谈。

最终，Windows内部维护文件系统的结构大概会是下面的样子：

嗯，如果让我来设计，我就会设计成这个样子。

结论是，Windows系统表面上保持了C，D等盘符，但实际实现上，和UNIX/Linux无异。

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