【Linux】：文件系统

比眉伴天荒 2024-02-19 08:56 58阅读 0赞

#### 文件系统 ####

*  一.认识硬件-磁盘
 *   *  1.磁盘的物理构成
     *  2.磁盘的存储构成
     *  3.逻辑结构
 *  二.文件系统
 *   *  1.基本概念
     *  2.硬链接
     *  2.软链接

> **文件=内容+属性，前面我们所说的文件操作都是针对以打开的文件，那么未打开的文件呢？当然是在磁盘上储存着，接下来谈谈它是如何储存的。**

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## 一.认识硬件-磁盘 ##

### 1.磁盘的物理构成 ###

在2000年的时候流行过一段时间的光盘。

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这种光盘有一面是光滑的，而磁盘就由一个或者多个这样的光盘组成（它的两面都是光滑的）。

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磁盘有一个磁头，当电脑关机时，磁头就会转到磁头停靠点。当磁盘通电时，磁盘会顺时针或逆时针高速旋转，同时磁头也会来回摆动。整个磁盘的底部会有一个与电脑的连接口，当把磁盘插入到电脑里时，电脑就能通过连接的总线把二进制信号读入电脑。

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磁头是两面都有，如果只有一个光盘那么就有两个磁头，如果是两个光盘，那么就有四个磁头。注意磁头和盘面不接触。

### 2.磁盘的存储构成 ###

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磁盘上的数据是有规律的，它会循着马达向外部扩散，形成一个一个的同心圈，数据就储存在这些圆上，**这些同心圆被称为磁道**。在盘面上还会有一条条的线，将磁道分割成一个个扇形区域，**这些区域被称为扇区**。磁盘被访问的最基本单位就是扇区-一般512B/4KB。

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**要把数据储存到磁盘第一个问题就是定位—面->磁道->扇区。** 从上往下看，多个圆重合在一起形成一个柱形结构，**这个结构被称为柱面**。前面说到磁头会左右摆动，就是在定位磁道。

**磁盘为什么慢主要取决于：1.确认磁道；2.盘片的自转。** 如果数据无序，势必会导致盘片的自转次数变多。所以**运动越少，效率越高；运动越多，效率越低。**

### 3.逻辑结构 ###

虽然在物理结构上是圆形，但在逻辑结构上可以看成线性。

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每一个扇区都有对应的下标，那么这样我们就能通过下标计算它所处的面，磁道。

回归到硬件：不仅CPU里有寄存器，磁盘里也有寄存器。

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进程可以让操作系统间接的帮忙检查状态寄存器，判断状态是否变化，如果变化则操作结束，否则进行等待。然后IO访问控制寄存器，查看指令，接着对数据进行相应的操作。

## 二.文件系统 ##

### 1.基本概念 ###

如果一个电脑的磁盘有800GB的大小，那么毫无疑问这对于操作系统来说太大了不易于管理。于是我们可以将磁盘划分为C盘，D盘…之类的分区，当然这还是有些大，于是操作系统就又继续分割，分成一个个Block group组。

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BootBlock:一般被称为启动分区，主要包括一些磁盘分区的起止位置，开机信息等等。

Block group：就是把磁盘划分成更多份。那么就把一块很大的磁盘变成了管理一个Block group的小块。而这些块里面的就是文件系统。

inode Table:inode是一个结构体保存了单个文件的全部属性(文件名不属于inode)，128字节，一般而言一个文件一个inode。而inodeTable保存了该分组所有inode。

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Data Blocks:存文件内容的区域，以块的形式呈现一般为4KB.

inodeBitmap:判断该编号的Inode是否有效。

inodeBlock:判断该编号的block是否有效。

SuperBlock:文件系统的基本信息，虽然它存在组里，但它保存的是每一个分区的信息。它不会在每一个组里都存在，但会存在某些组里，这是为了防止superblock丢失。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。

格式化：每一个分区在被使用前，都必须先将部分文件系统的属性信息提前设置进对应的分区中。

GroupDescriptorTable(GDT):块组描述符，描述块组属性信息。例如使用了多少块…

### 2.硬链接 ###

> **我们看到，真正找到磁盘上文件的并不是文件名，而是inode。其实在linux中可以让多个文件名对应于同一个inode。而硬链接就相当于给文件取别名。硬链接不是一个独立的文件，它没有自己的inode。**

*建立一个文件，它的默认硬链接数是1，因为最开始只有它自己指向自己*

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*建立一个硬链接*

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> **可以看到它们两个的硬链接数都变为了2，它们都指向同一个文件。实际上这个硬链接数是一个引用计数。我们在删除文件时干了两件事情：1.在目录中将对应的记录删除，2.将硬连接数-1，如果为0，则将对应的磁盘释放。**

*目录的硬链接数*

> **我们自己不能给目录创建硬链接。原因很简单，目录是通过树形结构来搜索，一旦在子节点创建了一个对父节点的硬链接，那么在搜索文件时，很有可能就会造成父节点-子节点-父节点-子节点…的闭环。所以操作系统禁止给目录创建硬链接。**

> **但是目录本身有硬链接数，这是由操作系统自己创建的。每一个目录都会有两个隐藏目录，.和… ，分别指向自身和上级目录，这其实就是一种硬链接。**

*创建一个目录，它默认硬链接数是2，因为还有一个.指向自己*  
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*当再在该目录里创建子目录时链接数还会增加，因为每创建一个子目录，就会多一个…指向该目录*

![在这里插入图片描述][c3e4e4e353b24ccba09343188858e276.png]

> **所以要知道该目录下有多少个子目录，只需要硬链接数-2即可。**

### 2.软链接 ###

> **硬链接是通过inode引用另外一个文件，软链接是通过名字引用另外一个文件。软链接是一个独立的文件，它有自己的inode。常被用于创建一个软件的快捷方式。**

*建立一个软链接，两者的硬链接数不会发生改变。*

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