计算机组成原理-存储系统I/O栈-文件系统层、通用块层和设备层(磁盘)

参考来源：
极客时间-性能优化实战-I-O性能篇
极客时间-趣谈Linux操作系统-06-核心原理篇

磁盘和文件系统的管理

磁盘为系统提供了最基本的持久化存储。
文件系统则在磁盘的基础上，提供了一个用来管理文件的树状结构。

Linux 文件系统的结构

目录项、索引节点、逻辑块以及超级块，构成了 Linux 文件系统的四大基本要素。

在 Linux 中一切皆文件

不仅普通的文件和目录，就连块设备、套接字、管道等，也都要通过统一的文件系统来管理。

Linux 里面一切都是文件，那从哪里看出是什么文件呢？要从 ls -l 的结果的第一位标识位看出来。

- 表示普通文件；
d 表示文件夹；
c 表示字符设备文件，这在设备那一节讲解；
b 表示块设备文件，这也在设备那一节讲解；
s 表示套接字 socket 文件，这在网络那一节讲解；
l 表示符号链接，也即软链接，就是通过名字指向另外一个文件

目录项、索引节点以及文件数据的关系

为了方便管理，Linux 文件系统为每个文件都分配两个数据结构，索引节点（index node）和目录项（directory entry）。它们主要用来记录文件的元信息和目录结构。

索引节点，简称为 inode，用来记录文件的元数据，比如 inode 编号、文件大小、访问权限、修改日期、数据的位置等。索引节点和文件一一对应，它跟文件内容一样，都会被持久化存储到磁盘中。所以记住，索引节点同样占用磁盘空间。

目录项，简称为 dentry，用来记录文件的名字、索引节点指针以及与其他目录项的关联关系。多个关联的目录项，就构成了文件系统的目录结构。不过，不同于索引节点，目录项是由内核维护的一个内存数据结构，所以通常也被叫做目录项缓存。

换句话说，索引节点是每个文件的唯一标志，而目录项维护的正是文件系统的树状结构。目录项和索引节点的关系是多对一，你可以简单理解为，一个文件可以有多个别名。
索引节点和目录项纪录了文件的元数据，以及文件间的目录关系，那么具体来说，文件数据到底是怎么存储的呢？是不是直接写到磁盘中就好了呢？

实际上，磁盘读写的最小单位是扇区，然而扇区只有 512B 大小，如果每次都读写这么小的单位，效率一定很低。所以，文件系统又把连续的扇区组成了逻辑块，然后每次都以逻辑块为最小单元，来管理数据。常见的逻辑块大小为 4KB，也就是由连续的 8 个扇区组成。

为了帮助你理解目录项、索引节点以及文件数据的关系，我画了一张示意图。你可以对照着这张图，来回忆刚刚讲过的内容，把知识和细节串联起来。

不过，这里有两点需要你注意。

第一，目录项本身就是一个内存缓存，而索引节点则是存储在磁盘中的数据。在前面的 Buffer 和 Cache 原理中，我曾经提到过，为了协调慢速磁盘与快速 CPU 的性能差异，文件内容会缓存到页缓存 Cache 中。
那么，你应该想到，这些索引节点自然也会缓存到内存中，加速文件的访问。

第二，磁盘在执行文件系统格式化时，会被分成三个存储区域，超级块、索引节点区和数据块区。其中，
超级块，存储整个文件系统的状态。
索引节点区，用来存储索引节点。
数据块区