基础IO（二）

hello，各位读者大大们你们好呀
系列专栏：【Linux的学习】
本篇内容：基础概念；磁盘线性理解；文件系统；inode与文件名；理解增删查改；补充细节
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作者简介：轩情吖，请多多指教(> •̀֊•́ ) ̖́-

1.基础概念

①磁盘是我们计算机上唯一的一个机械设备，同时也是外设，因此它非常慢
②内部结构：
盘片：一片两面，一沓盘片，可以进行读写
磁头：每一面的盘片都有一个磁头，一个磁头负责一个一面的读取，磁头共进退的，磁头和盘面是没有挨着的，但是距离很近，对数据做写入和读取是更改基本元素的南北极

③磁盘中存储的基本单元：

扇区：512字节或者4kb；一般磁盘，所有的扇区都是512字节
磁道：同半径的所有扇区
④读取定位：
通过磁头来确定哪一个面（编号）—>先定位在哪一个磁道（由半径决定，磁头会进行摇摆）—> 根据扇区的的编号，定位一个扇区

柱面是指相同位置上磁道的集合
也就是可以理解为当你知道了在哪一个盘面，就可以把柱面和磁道看成相同的，都能确定在哪个磁道上
因此磁头：head；柱面：cylinder；扇区：sector，未来定位任意一个扇区：CHS定位法

2.磁盘线性理解

然而OS内部不能直接使用CHS的地址
①OS是软件，磁盘是硬件，硬件定位一个地址可以使用CHS定位法，但是如果OS直接使用了这个地址，万一硬件变了，OS也要发生变化，OS要和硬件做好解耦工作
②即便是扇区，512，字节，单位IO的基本数据量也是很小的！硬件：512字节，OS实际进行IO，基本单位是4kb（可以调整），因此磁盘被称为块设备，所以OS需要有一套新的地址来进行块级别的访问

而其中我们的OS是以4KB为单位进行IO的，故一个OS级别的文件块要包含8个扇区，甚至，在OS角度它不关心扇区
计算机常规的访问方式：起始地址+加上偏移量的方式（在C语言中，一个地址加上所对应的变量类型的大小）
那么在这里也是同理，只需要知道第一个扇区的下标地址+4KB（块类型）我们把数据块可以看做一种类型
所以块的地址，本质上就是数组的一个下标，以后要表示任何一个块，可以采用线性下标的方式
OS——>下标（N）——>LBA（逻辑块地址）
LBA和CHS可以互相转换的
OS要管理磁盘，就将磁盘看做一个大数组，对磁盘的管理就变成了对数组的管理

3.文件系统

大家应该都知道windows下有好几个盘吧

这个就是文件系统的分治


磁盘是典型的块设备，硬盘分区被划分为一个个的block，一个block的大小由格式化的时候确定，并且不可更改
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都有相同的结构组成
超级块（Super Block）：文件系统本身的结构信息：文件系统类型、整个分组的情况，其在各个分组里面都有可能存在，而且是统一更新的，是为了防止此区域坏掉，如果出现故障，整个分区不可被使用，做好备份
GDT：块组的描述符，组内的详细统计等属性信息
inode Table：inode节点表；一个文件，内部所有属性的集合，inode节点（128字节），一个文件一个inode，一个group需要有一个区域来专门保存该group内的所有文件的inode节点。分组内部可能会存在多个inode，需要将inode区分开来，每一个inode都会有自己的inode编号，也属于对应文件的属性id
Data blocks：存放文件内容，数据块，Linux查找一个文件，是根据inode编号，来进行文件查找的，一个inode对应一个文件，文件inode属性和文件对应的数据块是有映射关系的
Block Bitmap（块位图）:每一个bit表示datablock中哪个数据块是否空闲可用
inode位图（inode Bitmap）：每一个bit位表示一个inode是否空闲可用

4.inode与文件名

Linux系统只认inode号，文件的inode属性中，并不存在文件名，文件名是给用户用的，目录也有inode，任何一个文件一定是在一个目录内部，目录的数据块里面保存的是该目录下文件名和文件inode编号对应的映射关系，而且两个互为key值

ls -i是可以查看文件的inode编号的

5.理解增删查改

①当我们访问一个文件的时候，我们是特定目录下访问的，cat log.txt
②当前目录下，找到log.txt的inode编号
③一个目录也是一个文件，也一定隶属于一个分区，结合inode，在分区中找到分组，在该分组中inode table中，找到文件的inode
④通过inode和对应的databack的映射关系，找到该文件的数据块，并加载到OS，并显示到显示器
删：
①根据文件名找到inode编号
②inode编号——>inode属性中的映射关系，设置block bitmap对应的比特位值0
③inode编号设置inode bitmap对应的比特位为0
删除文件只需要修改位图

6.补充细节

①当文件被误删时，会有日志可以找到对应的inode，来修改对应的block bitmap与inode bitmap
②inode，确定分组指的是每个组都有固定的inode编号范围，通过±组内的inode编号来确定分组
③我们所学到的分组、分区、增写系统属性OS做的，分区完成之后，后面要让分区能正常使用，我们需要对分区做格式化，格式化的过程其实是OS向分区写入系统的管理属性信息
④inode节点里有与数据的映射关系，就是一个数组，但是NUM的大小有限，万一数据很大怎么办呢？


那我们可以使用二级索引来解决这个问题

基础IO（二）的知识大概就讲到这里啦，博主后续会继续更新更多Linux的相关知识，干货满满，如果觉得博主写的还不错的话，希望各位小伙伴不要吝啬手中的三连哦！你们的支持是博主坚持创作的动力！