理解文件系统

一、ls -l

ls -l 除了显示文件名外，还会显示文件的元数据信息

$ ls -l
total 16
-rwxr-xr-x 1 mam mam 8432 Oct  2 09:42 a.out
-rw-r--r-- 1 mam mam   47 Oct  2 09:42 main.c

• 模式
• 硬链接数
• 文件所有者
• 组
• 大小
• 最后修改时间
• 文件名

ls -l 读取存储在磁盘上的文件信息，然后显示出来

二、stat

相较 ls -l，stat 会显示更多信息

$ stat main.c
  File: 'main.c'
  Size: 47              Blocks: 8          IO Block: 4096   regular file
Device: 811h/2065d      Inode: 2690188599  Links: 1
Access: (0644/-rw-r--r--)  Uid: ( 1005/  mam)   Gid: ( 1001/mam)
Access: 2025-10-02 09:42:47.669354710 +0800
Modify: 2025-10-02 09:42:45.270287181 +0800
Change: 2025-10-02 09:42:45.270287181 +0800
 Birth: -

1、Inode

我们知道，一个磁盘可以划分出多个分区(如 Windows 的 C、D 盘)，但是，每个分区必须先用格式化工具格式化成某个文件系统，然后才能存储文件

上图为 Linux ext2 文件系统图，需要注意的是启动块(Boot Block)之后才是 ext2 文件系统的开始

磁盘是典型的块设备，其分区经过格式化后被划分为若干个大小固定的 block，其中，block 大小(扇区大小整数倍)是在格式化分区时确定的(mke2fs 的 -b 选项可以设置 block 大小为 1KB、2KB 或 4KB)，且确定好后的 block 大小不能轻易修改

• 启动块(Boot Block/Sector)：启动块的大小是确定的，为 1KB，由 PC 标准规定，用来存储磁盘分区信息和启动信息，任何文件系统都不能修改启动块
• 块组(Block Group)：一个 ext2 文件系统至少有一个块组
• 超级块(Super Block)：存储文件系统自身的结构信息，如 block 和 inode 的总数及剩余可用数量等，这些信息描述了整个分区的文件系统状态
  • 超级块一旦损坏，将导致整个文件系统结构失效
• 组描述符表(Group Descriptor Table)：存储块组属性，如 inode 表的起始地址、Data Blocks 的起始地址等
• 块位图(Block Bitmap)：记录 Data Blocks 中哪些数据块已经被占用，哪些没有被占用
• inode 位图(inode Bitmap)：每个 bit 表示一个 inode 是否空闲可用
• inode 表(inode Table)：存储文件属性，如文件大小、所有者等
• 数据块(Data blocks)：存储文件内容

接下来，我们通过 touch 一个新文件来看看如何将属性和数据分开存储

$ touch abc
$ ls -i abc
263466 abc

如果想深入了解 ext2 文件系统，详见深入解析Ext2文件系统架构 - 指南

2、Links

Linux 中，真正用于定位磁盘文件的是 inode，而非文件名

2.1、硬链接

多个文件名对应同一个 inode

$ stat abc
...
...	Inode: 263466    Links: 1
...
$ ln abc def
$ stat def
...
...	Inode: 263466    Links: 2
...
$ stat abc
...
...	Inode: 263466    Links: 2
...

inode:263466 的链接数为 2，当我们删除文件时，内核实际上执行了以下两个操作：

1. 在目录中将对应的记录删除
2. 将链接数 -1，注意，只有当链接数为 0 时，内核才会真正释放该 inode 以及它所指向的数据块

2.2、软链接

类似 Windows 的快捷方式

$ stat abc
...
...	Inode: 263466    Links: 2
...
$ ln -s abc abc.s
$ ll
total 0
-rw-r--r-- 2 mam mam 0 Oct  4 09:34 abc
lrwxrwxrwx 1 mam mam 3 Oct  4 09:46 abc.s -> abc
-rw-r--r-- 2 mam mam 0 Oct  4 09:34 def
$ stat abc.s
...
...	Inode: 263467    Links: 1
...
$ stat abc
...
...	Inode: 263466    Links: 2
...

$ ln -s ./abc abc.s2
$ ll abc.s2
lrwxrwxrwx 1 mam mam 5 Oct  4 10:27 abc.s2 -> ./abc

注意

abc.s 文件的内容是 “路径”，所以其长度为 3

3、ACM

• Access：最后访问时间
• Modify：文件内容最后修改时间
• Change：属性最后修改时间