Linux文件系统

文件组成

• inode（索引节点，index node）

和文件（普通文件、目录文件）一一对应，存储在磁盘中

一般包含inode编号、文件大小、访问权限、创建修改时间、文件数据块位置等

• dentry（目录项，directory entry）

用于记录文件名，inode指针，目录层级关系等，缓存在内存中

目录和目录项

目录是一个文件，其中保存子目录和文件，存储在磁盘中

目录项是一个数据结构，缓存在内存中，用于加速目录的读取。每个目录项可以指向一个文件或目录（也就是每个目录项有一个inode）

磁盘布局

扇区：磁盘读写的最小单元，512B

逻辑块：文件系统读写的最小单位，4KB

一般最开始是超级块，用于管理文件系统（块个数、大小、空闲块），文件系统挂载是进入内存

然后是一些索引节点区，用来存储inode，需要使用的时候会被加载如内存

最后面是数据块区，村濑存储文件数据（inode指向这个区）

虚拟文件系统VFS

VFS是用户系统和文件系统的中间层，用于把各种不同的文件系统抽象成一个统一的接口

Linux中的文件主要有三种：

1. 磁盘的文件系统，把文件存储在磁盘中
2. 内存的文件系统，/proc和/sys属于此类，该类文件存储在内存中
3. 网络的文件系统，用来访问其他计算机的数据

文件系统需要先挂载到某个目录才能使用

文件的读写

1. 使用open打开一个文件，获取文件描述符

OS会为每个进程维护一个打开文件表，打开文件后，文件的描述符会加入到文件表中。

这个文件表主要维护：

• 文件指针：上次读写当前文件的位置指针（对进程唯一）
• 文件打开计数器
• 文件磁盘位置
• 访问权限

2. read、write进行读写

用户进程往往读取单位为字节，而文件系统以数据块为单位读取

• 用户从文件中读取一个字节数据时，文件系统首先找到该字节所在的数据块，然后再返回对应位置的数据
• 用户写入一个字节数据时，文件系统将数据写入数据块的对应位置，再写回磁盘

3. close关闭文件

文件打开计数器-1，如果文件被删除，等到计数器值为0时，再从磁盘中删除

文件的存储和空闲块管理

分为连续方式和非连续方式

非连续方式又有FAT、链式索引块、索引表法（一级、二级、三级）

FAT：一个FAT表，指向下一个数据块的序号

链式索引块：next指向下一个数据块

索引表：专门用一个数据块记录，每个表项有个指针指向数据块

空闲块管理有空闲表法、空闲链表法和位示图法

空闲表法：序号、第一个空闲块号、空闲块个数

空闲链表法：next指向下一个空闲块

位示图法：一个二进制位表示一个块是否被使用。每个块能表示128M，称为一个块组。Linux中由多个块组共同管理空闲块

目录的存储

目录也是文件的一种，也有inode。

目录表的每一项：文件inode号、文件类型、文件名

软链接和硬链接

硬链接：多个目录项的索引文件指向一个inode

软链接：新建inode，文件的内容是另一个文件的路径。原始文件被删除时，软链接仍然存在