文件系统·linux

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磁盘简介

Ext文件系统

块

分区

分组

inode

再谈inode

路径解析

路径缓存

再再看inode

挂载

小知识

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磁盘简介

磁盘：一个机械设备，用于储存数据。  未被打开的文件都是存在磁盘上的，被打开的加载到内存中。

扇区：是OS访问磁盘的基本单位，普通为512字节。

磁头：通过左右摆动定位磁道，然后定位扇区

柱面：同一半径上下的磁道构成的柱面

逻辑上看，可以以磁道展开，当做一维数组，以柱面（整个磁盘的同一个垂直位置的磁道为一个柱面）展开，每个柱面都是个二维数组，整个磁盘（多个柱面）就是个三维数组，这样，对于OS来说，只需要在一个三维数组中定位即可对磁盘上的数据进行操作。

所以，对扇区的定位要通过找柱面-》磁道-》扇区的过程，叫CHS地址。

Ext文件系统

块

块：八个扇区组成一个块，块是文件存取的最小单位。

1.OS看待磁盘，认为磁盘是一个块设备，每个块都有下标

2.文件系统看待磁盘，认为磁盘是一个block array[N] 的块设备。

分区

分区：以开始块号和结束块号划分，不同分区其实就是不同的盘，所以一块磁盘就可以通过分区形成C、D等盘。

分组

分组：每个分区被分为多个块组。这里采用分治的思想，分而治之。

在一个块组中

Data Blocks：保存文件的内容，以4KB为单位。大部分的磁盘分区空间，都由Data Blocks占据。（每个数据块（4KB大小的块），都有唯一的编号 ）

Block Bitmap（块位图）：用来记录Data Blocks 中哪个数据块被占用，哪个数据块没被占用。（每个比特位代表一个数据块，比特位位置表示对应位置的数据块，比特位内容表示是否被占用。 ）

inode

1.在文件系统中，文件属性由inode的结构体来描述，而结构体大小是固定的，一般为128字节或256字节。可知，任何文件的属性的种类是相同的，属性的内容不同。

 

2.为了标识每个文件的唯一性，每个inode中都有inode number（inode编号）。

 

3.inode结构体中有i_block的数组映射关系表来找到文件内容

所以，上面的块组中的

inode Table：存放文件属性，如文件大小、所有者、最近修改时间等（是当前块组中所有inode属性的集合）。

 

inode Bitmap：用来标识inode Table中的位置是否被占用。（比特位的位置，表示哪个对应的inode ，比特位的内容表示是否空闲）

GDT：用来描述整个块组的不同分区的位置。

 

Super Block：管理所有的组，用来描述一个分区分组整体情况。

注：不一定所有的组中都有，但几乎多个组会同时存在同样的Super Block，因为这个部分非常重要，如果损坏会导致整个分区废掉，所以会在多个组中都存在来备份。

所以，新建一个分区时，Super Block和GDT一定有有效数据，要给写入文件系统和分区分组相关的管理信息。

再谈inode

1.inode用来标识文件的唯一性。

2.inode由全分区统一分配（块号也是），不能跨分区，一个分区，就是一个文件系统，相互独立，，每个组的大小固定，每个组有多少个block和inode都是固定的，在Super Block结构中。

 

3.inode中不存放文件名，为什么呢，因为文件名存放在目录文件的Data Block中，目录文件的Data Block中放的是该目录下的文件的文件名和inode的映射关系。

 

4.所以，在指定目录下，新建文件，需要就将文件名和inode的映射写入到当前目录的Data Block中，所以要有w权限，读取一个文件的属性，要有r权限，x权限，关系着我们能否打开该目录，打开了才能去读写。

路径解析

要打开一个文件，就要知道这个文件的inode，就要去这个文件的目录文件Date Block中取，但目录文件也是文件，想要打开也要向上找，直到找到根目录，这就是路径解析，总之访问文件都需要其路径。

路径缓存

linux中，当用户访问指定路径下文件（包括路径上目录、最终的文件），linux会在进行路径解析过程中，在内核中形成目录树和路径缓存，加快查找效率。

在内核中使用dentry结构体组织、缓存文件的inode等信息，每个文件都会有对应的dentry结构体，这样访问文件时，会先在dentry树中查找，找到返回inode等数据，没找到再去磁盘中搜索，然后缓存新路径。

 

dentry树会使用lru算法处理不常访问的路径，防止占内存过多

再再看inode

1.前12个下标直接映射，还有三个分别是一级、二级、三级的间接块指针，一共在inode中只需要存15个指针来指向所有内容块。

2.一级间接块指针指向一个块，这个块中存的不是数据，而是块号，用来映射多个储存数据的块，二级的间接块指针指向一个存着多个一级间接块的块，三级同理，多级映射，就可以让一个inode指向一个很大的文件。

3.一个inode指向的文件如果过大，可以跨组申请块空间。（可能inode用完，block没用完或者反过来，这时，虽然磁盘还有空间，但不能新建文件了）

挂载

指的是将文件系统附加到操作系统的目录树中的某个特定位置（称为挂载点），从而使得该文件系统中的文件和目录能够被访问和使用。

 

1.一个磁盘必须分区格式化才能使用，一个分区也不能直接使用，需要挂载到指定的目录才可以使用。

 

2.df -h 查看挂载

 

3.所以，虽然每个分区inode编号可能重复，但可以根据访问目标文件的“路径前缀”来判断是在哪一个分区。

小知识

1.操作系统通过外设内部的寄存器将数据写给或读出外设。

 

2.OS一次会读取4KB，就会一次读取32个文件的inode，可以减少IO次数，提高缓存效率。