Linux文件系统 超详细的都为你整理到这里了，要想知道文件系统是什么，以及文件系统的内部是怎么样的，看这一篇就够了

大家好呀，我是残念，希望在你看完之后，能对你有所帮助，有什么不足请指正！共同学习交流哦！
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前言：

我们都知道要找到一个文件，就要知道这个文件的路径，就好像我们平时去取快递，我们都会收到一个类似于11-1-1001的取件码，我们可以通过这个取件码，到对应位置找到我们的快递，找文件其实也是一样的，路径就是为了定位文件。但是我们知道文件系统是怎么把没有被打开的文件，在磁盘上管理的吗？

学习目标：

1. 认识磁盘结构
2. 抽象理解分区 格式化
3. 学习ext*系列的文件系统，inode号和inode
4. 理解什么叫做文件，什么叫做目录，如何解释之前的很多问题
5. 做一个小实验
6. 深刻理解软硬链接

1. 认识磁盘结构

1.1 理解硬件

磁盘、服务器、机柜、机房
机械磁盘是计算机中唯一的一个机械设备
磁盘——外设
特点：慢 容量大，价格便宜
我们都知道计算机只认二进制，但是不同的硬件对二进制的表达是不同的
磁盘我们可以把它理解成是由上亿个小磁铁构成，然后规定N为1S为0，这样根据NS的交换，跟计算机进行交互。

服务器

机柜

机房
特点：建设的成本比较高

1.2 磁盘的物理结构

磁头：笔 磁盘：纸

1.3 磁盘的存储结构

磁头在缓动的本质是：定位磁道（柱面）
磁盘盘片旋转的本质：定位扇区

扇区：是磁盘存储数据的基本单位（512字节），读写时都是以块来进行的，所以是块设备。

如何定位一个扇区呢？

1. 可以先定位磁头（header）
2. 确定磁头要访问哪一个柱面（磁道）（cylinder）
3. 定位一个扇面（sector）
4. CHS定位
   我们知道文件=内容+属性，这些都是数据，无非就是占据哪几个扇区的问题，能定位一个扇区，就能定位多个扇区。

总结

磁铁数：每个盘片都有上下两面，分别对应1个磁铁，共两个磁头
磁道数：磁盘是从盘片外面往内圆编号0磁道、1磁道…靠近主轴的同心圆用于停靠磁头，不存储数据。
柱面数：磁道构成柱面，数量上等同于磁道个数
扇区数：每个磁道都被分成很多扇形区域，梅道的扇区数量相同
圆盘数：就是盘片的数量
磁盘容量=磁头数×磁道（柱面数）× 每道扇区数×每扇区字行数
要注意的细节：传动臂上的磁头是共进退的

1.4 磁盘的逻辑结构

1.4.1 理解过程

磁带上面可以存储数据，我们可以把磁带“拉直”，形成线性结构

那么磁盘本质上虽然是硬质的，但是逻辑上我们可以把磁盘想象成为卷在一起的磁带，那么磁盘的逻辑存储结构我们也可以类似于：

这样每一个扇区，就有了一个线性地址（其实就是数组下标），这种地址叫做LBA

1.4.2 真实过程

一个细节：传动臂上的磁头是共进退的

柱面是一个逻辑上的概念，其实就是每一面上，相同半径的逻辑上构成柱面。所以，磁盘物理上分了很多面，但是在我们看来，逻辑上，整体是由“柱面”卷起来了的

所以，磁盘的真实情况是：
磁盘：
某一盘面的某一个磁道展开：

即：就是一维数组

柱面：
整个磁盘所有盘面的同一个磁道，即柱面展开：

柱面上的每个磁道，扇区个数是一样的
即：二维数组

磁盘：

整个磁盘不就是多张二维的扇区数组表
所以，寻址一个扇区：先找到是哪个柱面（cylinder），在确定柱面内部是哪一个磁道（其实就是磁头位置，header），再确定扇区（sector），所以就有了我们之前说的CHS。
我们知道C/C++的数组，在我们看来，其实全部是一维数组组成的：

所以，每个扇区都有一个下标，我们叫做LBA（logical Block Address）地址，其实就是线性地址，那么要怎么计算得到这个LBA地址呢？

CHS转换LBA

1. 磁头数×每磁道扇区数=单个柱面的扇区总数
2. LBA=柱面号C ×单个柱面的扇区总数+磁头号H×每磁道扇区数+扇区号S-1
3. 即：LBA=柱面号C×（磁头数×每个磁道扇区数）+磁头号H×每磁道扇区数+扇区号S-1
4. 扇区号通常是从1开始的，而LBA中，地址是从0开始的
5. 柱面和磁道都是0开始编号的
6. 总柱面，磁道个数，扇区总数等信息，在磁盘内部会自动维护，上层开机的时候，会获取到这些参数。

LBA转成CHS

1. 柱面号C=LBA/(磁头数×每个磁道扇区数）【就是单个柱面的扇区总数】
2. 磁头号H=（LBA%(磁头数×每个磁道扇区数））/ 每个磁道扇区数
3. 扇区号S=（LBA%每个磁道扇区数）+1
   /：整除

所以：从此以后，在磁盘使用者看来，根本就不关心CHS地址，而是直接使用LBA地址，磁盘内部自己转换，所以：从现在开始，磁盘就是一个元素为扇区的一维数组，数组的下标就是每一个扇区的LBA地址，OS使用磁盘，就可以用一个数组来访问磁盘扇区了。

2. 抽象理解分区 格式化

OS和磁盘在进行IO的时候，以扇区为基本单位（512字节）单次IO的数据一般都会很少的，一般选用4KB数据块也就是8个扇区。
磁盘可以认为是以块为单位的一维数组

当我们把一个块区域（4KB）管理好了，根据这块区域，就可以来管理其他区块了

3. 学习ext*系列的文件系统，inode号和inode

· Block Group：ext2文件系统会根据分区的大小划分为数个Block Group。而每个Block Group都有着相同的结构组成。政府管理各区的例子

· 超级块（Super Block）：存放文件系统本身的结构信息。记录的信息主要有：bolck 和 inode的总量，未使用的block和inode的数量，一个block和inode的大小，最近一次挂载的时间，最近一次写入数据的时间，最近一次检验磁盘的时间等其他文件系统的相关信息。Super Block的信息被破坏，可以说整个文件系统结构就被破坏了，

· GDT，Group Descriptor Table：块组描述符，描述块组属性信息，有兴趣的同学可以在了解一下

· 块位图（Block Bitmap）：Block Bitmap中记录着Data Block中哪个数据块已经被占用，哪个数据块没有被占用

· inode位图（inode Bitmap）：每个bit表示一个inode是否空闲可用。（0为空闲，1为占用）

· i节点表:存放文件属性 如 文件大小，所有者，最近修改时间等

· 数据区：存放文件内容

我们早知道文件=内容+属性，而属性呢也是数据，它是以数据结构的方式构建出来的（inode），一个文件有一个inode，而这个inode就是属性数据的集合（属性集）。

一个inode的大小一般都是128字节，磁盘和OS在进行交互时是以4KB（一个块）进行的，所以里面就有4KB/128字节。

补充：在Linux中，文件名不在inode中保存
一个分区一个操作系统，不同的分区可以有不同的系统

在Linux下，文件属性和文件内容是分开存储的！！！

删除本质是设置inode，block无效了。当文件误删除后，尽量不要进行操作，因为如果你进行操作，可能会使，无效的inode。block被利用起来。导致最终找不到误删的文件了。

4. 理解什么叫做文件，什么叫做目录，如何解释之前的很多问题(准确理解文件系统）

格式化：写入空的文件系统
inode号的个数和block个数都是固定的，且存在inode用完，但是block还有余的情况

关于inode
一套inode是以分区为单位，inode在分配的时候，只需要确定每个组的起始inode就可以了

关于block
在一个分区中块号也是统一编号的，

group 0 问题：
1 我们是如何分配一个inode？
2 我们是如何分配一个block？

知道inode号了

1 如何查找一个文件
首先根据inode号，先确定在哪个组区间，然后用inode号减去Struts_inode,根据结果（inodebitmap）去inode表中对应位置找到对应的属性，然后加载到内存里，根据属性中的映射关系，找到块号，这样内容也找到了

2 如何删除一个文件
删除的前提就是先找到，然后将inodebitmap置为0，将blockbitmitmap置为0 ，在groupDescriptorTable中记录使用的资源就应该减减（更新属性）

3 如何修改一个文件
修改的前提也是查找，先找到这个文件，然后如果要改属性，根据inodeBitmap就将该文件，从inodeTable里面的拿出来加载到内存，进行修改，修改后再将其放回。（该内容也是一样的，只是内容要加载到内核级缓冲区，改完后再将其写回到磁盘）

4 如何新增一个文件
在groupDescriptorTable中找到并且查看没有被分配的inode和datablock，分配给新增文件，并且在inode和block表中将对应位置置1，将文件属性和内容加载到inodeTable和Datablock中。

这些操作全部都属于内存级操作

4.1 inode和block是怎么映射的？

思考 1:
我们每次访问是都是拿着文件名，但是linux下文件名是不在inode中保存的。如何拿到inode的？

思考 2
目录文件是什么？

首先我们先来解决目录文件这个问题。

目录文件其实和普通文件是一样的，它的底层也是inode+datablock（属性+内容），在datablock中也是有相应的数据块的，这些数据块中，存放的就是文件名和文件与inode的映射关系。

根据上面就可以知道，我们可以拿着文件名，到相应的目录下，在目录文件中根据其内容，找到文件名和inode的映射关系，然后就可以得到我们想要的inode了。

根据上面所说的，我们认识到了找到文件名，首先要打开当前目录，但是当前目录也是文件，这些文件拼接起来就是一个路径，这就要引发一个问题

为什么，任何一个文件，都要有路径呢?

因为：文件有了路径，才可以根据路径逆向解析路径，最终依次得到每一个inode，

补充：这些路径都是进程给的

补充一个知识点：
当我们在同一目录下找不同文件，linux系统，会根据缓存的路径结构来查找（这个缓存的路径结构，是在上一次查找是就存在了的，它存在一个叫struct denty（内核数据结构，纯内存的）中的）

5 做个小实验

dd if=/dev/zero of=./disk.iso bs=1M count=5 //制作一个大的磁盘块，当做一个分区

mkfs.ext4 disk.iso //格式化写入文件系统

sudo mkdir /mnt/mydisk //建立空目录

df -h //查看可以使用的分区

sudo mount -t ext4 ./disk.iso /mnt/mydisk/ //将分区挂载到指定的

sudo umount /mnt/mydisk //卸载分区`

6 软硬链接

软链接本质上是一个独立文件

硬链接本质上是一组文件名和已经存在的文件的映射关系

6.1 理解软硬链接

1. 软链接有独立的inode，软链接内容上，保存的是目标文件的路径，Windows

2. 硬链接不是独立的文件，没有独立的inode，硬链接本质就是一组文件名和已经存在的文件的映射关系

6.2 为什么要有软硬链接

软链接：快捷方法

硬链接

Linux文件备份可以通过建立硬链接来实现

补充：Linux中不可以对目录进行硬链接