45、UNIX文件系统数据结构访问与磁盘操作解析

UNIX文件系统数据结构访问与磁盘操作解析

1. 文件系统数据读取背景

在某些操作中，直接读取磁盘来访问文件系统比通过操作系统内核更有优势，常见的如文件系统备份。这样做的主要原因是速度快，直接读取磁盘能显著提升操作效率，并且这也是读取含“空洞”文件并仅获取实际使用磁盘块的唯一方法。不过，直接读取磁盘操作复杂，程序需了解磁盘上文件系统数据结构的布局，正确解读一些“私有”信息位。由于该操作绕过了所有安全机制（如文件所有权和权限位），通常只有超级用户才能进行（通过设置文件系统的块和字符特殊设备的所有权和权限）。

2. 常见文件系统类型

多年来，发展出了两种常见的磁盘文件系统：由Ken Thompson和Dennis Ritchie发明的原始文件系统，以及由Kirk McKusick、Bill Joy、Sam Leffler和Robert Fabry开发的伯克利快速文件系统。在SVR4中，两种文件系统都被支持，稍作修改的原始文件系统称为“System V文件系统”，快速文件系统称为“UNIX文件系统”。Solaris 2.x仅支持快速文件系统（“UNIX文件系统”），已移除对“System V文件系统”的支持。这里主要讨论快速文件系统，因其更受欢迎，不过相关讨论在很大程度上也适用于旧文件系统，只是细节有所不同（一般来说，旧文件系统实现稍简单，但效率低很多）。需要注意的是，Silicon Graphics使用自己的文件系统格式，即扩展文件系统（EFS），它与这里描述的UFS文件系统有相似之处，但也存在差异。

3. 磁盘术语

为理解文件系统在磁盘上的布局，需先了解磁盘驱动器的工作原理。
- 磁盘结构