Linux inode

                                          

        之前写了一篇Linux的文件描述符博客，是针对打开的文件来说的。那么如果一个文件没有被打开呢？存在哪里呢？又怎么存储？今天让我们一起来坐上"贼船"到知识的海洋中学习吧~

目录

磁盘

什么是磁盘？

磁盘vs线性结构

磁盘管理

Data block

inode Table 

inode Table和Data block关系 

inode Bitmap 

Block Bitmap

补充&总结 

软连接

创建软连接

删除软链接

硬链接

创建硬链接

删除硬链接 

软链接和硬链接区别 

补充

彩蛋&问题

---

磁盘

       一个被打开的文件是要被加载到内存中，进而创建进程的。那么没有被打开的文件是要被存储到磁盘上。

文件 = 文件内容 + 文件属性。也就是说，一个空文件，也是有属性数据的，在磁盘上存储，也是要占空间的。

什么是磁盘？

磁盘是我们计算机中的一个机械设备(例如：SSD、FLASH卡、u盘)。

在这里，我们以机械硬盘为例：

                         

 盘面的正反面都可以写数据，同时盘面这里是一摞的，有很多个盘面，实物图没展现出来。

 我们再来找个图形象化一点：

       我们就可以通过找到具体的盘面，在盘面上找到特定的磁道， 在磁道上找到对应的扇区，我们就可以定位一个存储数据的位置。就像三维坐标系的(x,y,z)一样。

我们可不可以把盘片想象成线性的结构？

磁盘vs线性结构

不知道老铁们还记不记得小时候我们玩过的磁带：

                                 

       磁带里面有一卷磁条(盘面形状)，上面是可以存储数据的，我们可以把它拉出来，发现它是线性结构的。就可好比磁盘，我们能不能也把它拉出来，也变成线性结构呢？

       我们可以看到，盘面可以被展成线性结构，LBA是对应的扇区地址，同时他可以被转换成对应的实际物理地址，找到硬件上对应扇区存储数据的位置。 

所以到这里，基本的硬件知识大概了解一下就好。接下来才是我们的重点。

磁盘管理

       我们知道一个磁盘的空间是很大的，管理成本也就变得非常高了。磁盘是怎么应对这种情况呢？分区！

由上图我们可以看到，我们把大磁盘分为若干个区，然后给区内写入文件系统，进行管理。

Block Group：ext2文件系统会根据分区的大小划分为数个Block Group。而每个Block Group都有着相同的结构组成。政府管理各区的例子
超级块(Super Block)：存放文件系统本身的结构信息。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。Super Block的信息被破坏，可以说整个文件系统结构就被破坏了
GDT，Group Descriptor Table：块组描述符，描述块组属性信息。
块位图(Block Bitmap)：Block Bitmap中记录着Data Block中哪个数据块已经被占用，哪个数据块没有被占用
inode位图(inode Bitmap)：每个bit表示一个inode是否空闲可用。
inode Table: 存放文件属性 如 文件大小，所有者，最近修改时间等
Data block：存放文件内容。

Data block

存放文件内容。

比如下面结构：

inode Table 

存放文件属性如文件大小，所有者，最近修改时间等。

        inode Table我们也可以看成数组，每个数组里面存放了一个结构体，是用来描述文件属性信息的。我们知道文件 = 文件属性 + 文件内容。

inode Table和Data block关系 

       inode Table的每一个table里面的结构体，一定存储能找到Data block对应文件内容的那一块空间。就好比是int block[3]，那么通过它，可以找到该文件在Data block存储的文件内容信息。

inode Bitmap 

每个bit表示一个inode是否空闲可用。

        我们知道了文件属性和文件内容存储位置，那么当我们新创建文件时，怎么确定哪些inode table块被使用了，哪些没有被使用？如果直接遍历inode table的话，效率太低了，于是就设计出位图的形式，通过判断0和1来确定当前空间是否被使用。

我们使用一个inode编号时，把对应的比特位由0置1，就可以了。 

Block Bitmap

Block Bitmap中记录着Data Block中哪个数据块已经被占用，哪个数据块没有被占用。

这个和inode Bitmap很类似，也是用比特位来标记的，本质上也是为了提高效率。

当我们要存储数据时，我们就需要通过Block Bitmap判断是否找到可存储数据的空间。

补充&总结 

目录是文件吗？？答案是，是的！目录里面也有数据，但是目录的数据块里面放什么呢？

文件名：inode编号。

所以说，我们创建的所有文件，全部都是在一个特定的目录下！！！

上面讲的都是在Linux系统下，特有的EXT系列的文件系统。

Linux：

文件名在系统层面是没有意义的！这是给用户看的。

Linux中真正标识一个文件是通过inode编号！！一个文件一个inode！

       另外，我们把存储文件属性和文件内容的空间想象成数组，这是为了更加好理解。如果我们存储的数据超过了当前空间块大小，OS会再找一块空间接着储存，同时在上一个空间末尾处加一个指针来指向附加的空间的地址，这样就不会出现我们担心的空间不够情况了，实际上这个细节我们不用去关注。

软连接

创建软连接

ln -s 某路径下的文件 要形成软连接的名字

比如说我们在一个递归比较深的路径下有一个可执行程序test：

我们在当前目录下形成该可执行程序的软连接：

[cyq@VM-0-7-centos test]$ ln -s dir1/dir2/dir3/dir4/test myexe

 我们再来查看一下：

我们来运行一下：

 

我们发现运行成功了，这就好比我们在windows环境下在桌面创建qq的快捷方式。 

删除软链接

我们在这里最好不要使用rm去删除，而是使用unlink：

[cyq@VM-0-7-centos test]$ unlink myexe 

硬链接

创建硬链接

ln + 某路径下的文件 + 创建硬链接的文件名

[cyq@VM-0-7-centos test]$ ln file.txt file_hard

演示：

删除硬链接 

rm就可以直接删除

软链接和硬链接区别 

我们来看2组软链接的inode编号

 我们这时候可以发现，生成的软连接和原来的文件inode不一样，说明生成的软连接是有自己的inode的！

我们来看一组硬链接inode的关系： 

我们发现生成的硬链接和原来的文件的inode一样，说明file_hard就不是一个独立的文件！

总结

软连接是有自己独立的inode的，软链接是一个独立文件！！有自己的inode属性，也有自己的数据块(保存的是指向文件的所在路径+文件名)。

硬链接没有自己独立的inode，硬链接根本就不是一个独立的文件，而是一个文件名和inode编号的映射关系，创建硬链接，本质就是在特定的目录下，填写一对文件名和inode的映射关系。

补充

我们在在命令行上有一串数字，我们今天就可以来了解了：

实际上这个数字也是文件属性，会被保存到该文件对应的inode Table里对应的结构体里面。

也就是我们在上面写的int ref；

 

注意：

这里的删除并不是清空数据，而是把对应的比特位由1置0。这种方法，效率还是很高的~ 

 我们用一个目录为例，看看硬链接数怎么计算的：

我们发现dir目录硬链接数为3，那其余两个呢？ 

       我们发现在dir1目录下还有一个.目录，在dir2目录中还有一个..目录 ，他们三个的inode编号都是一样的。

我们就在这里清楚了，创建一个目录，它的硬链接数至少为2。

彩蛋&问题

我们cat test.c就打印出了该文件里面的内容，结合上面知识，这一个指令底层都做了什么？ 

        cat test.c后，OS先查看test.c的inode编号，比如1234，然后通过inode编号找到inode Table表里对应的空间，空间里有一个结构体，找到该结构体里面映射的Data Blocks对应的空间的位置block[]，该数据块里面存储该文件的内容，然后打印文件内容。

看到这里，支持博主一下吧~