Linux-7-文件系统

前言

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linux文件属性：

• 查看多个文件的属性的命令：ls -l
  
• 查看单个文件详细属性的命令：stat 文件名.后缀
  
• 文件存储的结论：新建一个文件，查看其大小
  
  不仅要存储文件内容本身，还要存储文件相关属性

硬盘存储方式：

硬盘结构：

• 从硬件和软件两个角度查看硬盘存储系统：
  

硬件上：

1. 确定硬盘上某一具体位置所需坐标：盘片 -> 盘面 -> 柱面/轨道 -> 扇区
2. 硬盘存储容量计算：磁头数 * 磁道数 * 扇区数 * 每扇区内字节数
3. 每个扇区内字节数最小512字节，最大4096字节

软件上：

1. 分区：硬盘之所以称为块设备，是由于按照块为单位作为存储空间，且每块容量相同
2. 格式化：为每块添加附属管理信息，不同文件系统所添加的管理信息不同
3. 分组：每块继续下分，分为一个起始块Boot Block和多个组块Block group[]，但是并非所有块的Boot Block都填写内容
4. 组内下分：每个组块Block group[i]都继续分为六个部分：Super Block + GDT + Block bitmap + inode bitmap + inode Table + Data Blocks

主板bios：

• bios：主板自身携带的一小块内存空间，记录硬盘的起始位置，即0盘面0助眠的0号扇区
• 分区表：在硬盘起始位置存储，记录每个分区的起始位置和终止位置
• OS的载入：在硬盘起始位置存储，但是部分分区会记载OS位置信息，计算机开机时OS从硬盘导入内容

inode：

group block[]内各部分含义：

Super Block：

• 作用：存放文件系统本身的结构信息
  1. block 和 inode的总量
  2. 未使用的block 和 inode数目
  3. 每个block 和 inode的大小
  4. 最近一次挂载到内存的时间
  5. 最近一次被写入数据的时间
  6. 最近一次检验磁盘的时间
  7. …………等其他文件系统相关信息
• 重要性：Super Block被破坏则整个文件系统结构就被破坏了

Group Descriptor Table：

• 作用：块描述符，描述group block相关信息

Block Bitmap：

• 作用：位图，记录当前group block[i]中所有Data Block的使用情况
• 重要性：某个inode

inode Bitmap：

• 作用：位图，记录当前group block[i]中所有inode节点的使用情况
• 重要性：

inode Table：

• 作用：inode Table是一个链表，其中节点称为inode，每新存储一项文件，inode链表中新增一个inode节点，用于存储文件的相关属性信息
• inode的重要性：我们识别文件一看路径，二看名称，但是OS识别文件只看inode信息
• inode的本质：一个结构体

//伪代码：
struct inode{
	inodeID;	
    //inodeID，用于识别inode节点
    blocks[12];	
    //每个文件用一个inode存储属性，同时默认用12个Data block存储内容，每个block有4KB
};
1
2
3
4
5
6
7

Data Blocks：

• 作用：具体存储文件内容的位置，每个group Block[i]中含有多个Data Block，每个Data Block可存储4KB文件

• inode和Data Block的连接：依靠inode结构体中的blocks指针数组：
  

• Data Block和Data Block的连接：每个Data Block中含有Data Block指针

• OS 和 硬盘眼中的文件：inode Table中的一个inode节点(文件属性信息) + 该inode所指向的Data Blocks(文件本身内容)

文件存储过程：

1. 存储文件属性：

• 遍历inode Bitmap，寻找inode Table中空的inode节点
• 将文件相关属性信息存储到空白的inode节点中

2. 存储数据：

• 遍历block Bitmap，寻找Data blocks中空的Data block
• 将文件本身内容存储到空的Data block中

3. 关联inode和Data Block：

• 将使用的Data block的指针或编号，存放进入所使用的inode结构体中的block[12]中

4. 目录文件新增项：

• 目录文件：目录文件作为一种特殊的文件，其存储的内容是目录下各文件的inode地址和文件名
• 查找目录下文件：到目录文件inode对应的Data Block中查找文件名对应的inode，依据文件名对应inode中的block[12]找到Data Blocks下具体的文件内容
• 目录下新增文件：将文件的inode指针和文件名存储到目录文件的Data Block中

存储过程图示：

文件删除过程：

• 下载文件需要4步，但是删除文件只需要核心两步：

  1. 将文件原来占据的inode bitmap中的位置为0
  2. 将文件原来占据的block bitmap中的位置为0
  3. 将目录文件inode对应的Data block内的文件名和inode指针内容删除

• 这个原理解释了两种现象：

  1. 删除文件比新建文件块
  2. 删除掉的文件有概率恢复

• 删除目录文件的特殊性：

  递归删除，先删除目录data block内所有inode指向的data block，再删除目录inode

软硬链接：

• 背景：硬盘和操作系统查找和区分文件时使用的是inode，而非路径+文件名

软链接：

1. 创建过程：

   新建inode，新开辟Data Block，存储原文件的inode指针

2. 访问方式：

   根据本文件的inode寻找到本文件的Data Block数据，即获取到原文件的inode，再根据原文件的inode寻找原文件的Data Block数据

3. 删除源文件后：

   由于源文件的Data Block和inode都被释放，所以无法按照本文件中存储的源文件inode去寻找原文件数据

4. 相当于：快捷方式，原文件删除后快捷方式失效

5. 指令：ln -s 原文件名 软链接文件名
   

硬链接：

1. 创建过程：

   新文件的文件直接使用原文件的inode，使用原文件的block

2. 访问方式：

   和直接访问原文件的过程一样，根据inode查找Data Blocks中的数据

3. 删除源文件后：

   硬链接的inode和Data Block保持不变
   只有一个inode的所有硬链接都被删除，该inode及其Data Block才被释放

4. 相当于：取别名，只要还存在一个别名，内容就未被释放

5. 指令：ln 原文件名 硬链接文件名
   

• 删除原文件，查看软硬链接文件变化：硬链接文件没事，软连接文件报错
  

硬链接数：

• 创建一个普通文件，其硬链接数为1
• 创建一个目录文件，其硬链接数为2：本名 + .
• 目录文件下每多创建一个目录，其硬链接数+1：每个子目录可以通过…返回上级目录
  
• 可以通过目录文件的硬链接数来推断其下含有多少子目录文件