Linux文件系统

最新推荐文章于 2025-05-14 12:20:32 发布

疾风劲起

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文章标签： linux 运维服务器

本文链接：https://blog.youkuaiyun.com/2401_87005250/article/details/146904842

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一.认识硬件-磁盘

1.磁盘的组成

上图所示，就是一个磁盘，其中，主要有以下几个部分：

1.盘面

盘面是储存数据的载体，盘面的表面有无数磁性颗粒组成，大家都玩过吸铁石吧，我们都知道，吸铁石有南北两级，磁性颗粒也是一样，不同的是磁性颗粒的磁场方向可以被磁头改变，这个就可以表示二进制数（0和1）。并且盘面的两面都可以用，且一个磁盘往往有多个盘面。

2.主轴与转动马达

主轴是连接所有盘面的金属轴，由底部的转动马达驱动，马达以恒定的速度顺时针或逆时针转动盘面。转速直接决定了数据读写的延迟和吞吐量。

3.磁头

每个盘面都有一个磁头（正反两面都是），悬浮在盘面几纳米的距离，没有与盘面直接接触通过感应或改变磁场来读写数据。

4.磁头臂

所有磁头臂通过一个装置一起移动，确保多个磁头始终对其不同盘面的磁道。同时不断地左右旋转，本质带动磁头是寻找磁道或柱面。

2.磁盘的存储构成

如上图所示，磁盘的存储构成主要包括磁道，柱面，和扇区。

1.磁道

1.定义：每个盘面划分的成百上千的同心圆环。

2.柱面

定义：所有盘面的半径相同的磁道构成的柱面。

3.扇区

1.定义：每个磁道换分的多个扇形区域

2.特点：扇区是磁盘存储的最小单位。类似与字节是内存存储的最小单位。

扇区的大小一般为512字节，也有4KB的格式。

4.总结

1.磁头的左右摆动本质是在寻找数据存储在那个盘面和磁道，而盘面的旋转是在找一个磁道上的具体的扇区。所以，如果要提升存储效率，必须减少磁头和盘面的机械运动，所以要尽可能将关联的数据放到相近的地方储存。

2.要把数据存储在磁盘，第一个要解决的问题是要找到对应的盘面（磁头），磁道，扇区。

至于如何寻找，其实，我们可以给所有的扇区编号，只要我们知道了扇区编号，然后根据算法就可以找应的盘面，磁道，扇区。

3.磁盘的逻辑结构

磁盘的逻辑结构其实是线性结构。

我们可以根据LBA地址转化为chs地址。

比如每个盘面有2w个扇区，每个盘面有50个磁道，每个磁道有400个扇区，扇区编号是28888，那么s=28888/20000=1,c=8888/400=22 s=8888%400=88.这样就完成了LBA地址到chs地址的转换。

最后，内存的数据是怎么到磁盘上的呢？

其实，磁盘也有寄存器，分别是控制寄存器，用来控制磁盘是读是写，数据寄存器里面是读到的或者要写入的数据，地址寄存器里面放着要在哪里读或者那里写，状态寄存器保存了是否读取完成或者写入完成。

二.理解文件系统

1.引入

假如我们有一块800G磁盘空间需要管理该怎么办？其实我们可以先对磁盘进行分区，把他划分为几块分区就好操作了。例如在Windows下磁盘一般被分为C盘和D盘两个区域

如上图所示，我们可以把800G的磁盘分为一个200G分区和其他几个分区，要想管理好800G的磁盘，只需要把200G的分区管理好就行了，至于其他几个分区，只需要复制管理200G的分区的方法管理其他分区就能管理好所有分区，所有分区管理好，800G的磁盘也就被管理好了，这就是分治的思想。注意：在分区之后，还要进行磁盘的格式化，磁盘的格式化就是对磁盘的分区进行初始化的操作，这种操作往往会导致现有分区的文件被删除，并且，磁盘格式化会对磁盘的分区后的区域写入管理信息，并且，写入的管理信息通常是由对应的文件系统决定的，常见的文件系统包括ext2等

2.分区

由上图所知，每个分区包括Boot Block还有多个Block group。

1.Boot Block

他是存放引导程序的特殊区域，负责在开机的时候启动操作系统。

2.Block group

3.块组

1.super Block(超级块）

存储的是整个文件系统的关键信息

2.GDT

存储的是该块组的基本信息，包括inode总数，已经使用的inode

3.Block Bitmap

确定一个data Block是否被使用

4.inode Bitmap

确定一个inode是否被使用

5.inode Table

存放的是文件的属性信息。这些属性被称为元数据。inode其实是以结构体的方式存储的。

#define N 15

struct inode

{

inode number；

文件类型

权限；

引用计数；

拥有者；

所属组；

acm时间；

int blocks[N];

...

}；

其中struct inode中数组blocks存放了该文件内容的data Blocks。其中前12个元素被称为一级索引，数组直接存放的就是data blocks的编号，这些dataBlock直接存放的就是文件内容，而第13和14个元素则是二级索引，存放的datablock里面的内容全部是存贮文件内容的dataBlock编号。最后一个是三级索引，存放的的Block的内容全是dataBlock的编号，而这些datablock存放的也是datablock的编号。这些编号指向的dataBlocks的内容才是文件内容。

注意：文件名不存储在inode当中。一个inode的大小是128个字节。

6.Data Blocks

存放的是文件的内容。存储大小是一般是4KB

4.理解目录

我们都说Linux下一切皆文件，那么目录也是文件。目录也有自己的inode和数据块。目录的inode里面也是他自己的权限，acm时间等属性信息。而数据块中存储的是当前目录下的文件的文件名和文件对应的inode的对应关系。

5.理解一些问题

1.如何创建一个文件？

首先，我们知道，创建文件肯定要给创建文件的路径和文件名。那么OS首先就会根据路径从根目录找到当前目录，然后OS会在当前分区中找到一个块组，在这个块组里通过inodebitmap 找到一个空闲的inode编号，把当前编号置为1，再通过编号找到对应的inode，往inode里面填充信息，然后通过Blockbitmap找到空闲的数据块，把这些Blockbitmap中这些空闲的数据块的值置为1，再把这些数据块号填到inode里的数组里面。最后在目录下的数据块里面把创建的文件名和这个inode编号建立映射关系。

2.如何删除一个文件？

首先根据路径找到当前目录，访问目录的数据块，在里面找到待删除文件的文件名和对应的inode编号，通过inode编号，找到对应的inode，在里面又找到数据块的编号，再通过这些编号找到inodebitmap，blockbitmap里的这些位置置为0.最后删除当前目录的数据块中的要删除的文件名和他的inode编号。