【Linux】文件系统

磁盘的物理结构

一个盘片都有正反两面，一面都会对应一个读写磁头，假设有5个盘片，就是有10个面，那么就会存在10个磁头，这个磁头是一起摆动的，不能单独动，一个磁头负责一面磁片的读写。

那么磁头是怎么进行读写的呢？

其实在磁片上有很多个微小单元，这些微小单元其实就是一个小磁铁，我们都知道磁铁有南北极，南极表示1，北极表示0，如果要写入数据，就把北极改为南极，对内容做磁化，如果要删除数据就是把南极改为北极

磁片上的结构

把磁盘的物理构造图像抽象出来后为下图：

• 每个盘片被分为很多个同心圆，每一个圆都是一个磁道。
• 每一个磁道会分为若干个扇区。
• 每个扇区的存储容量都是512字节，不论离圆心斤或是远。
• 文件系统访问磁盘的基本单位是4kb。

逻辑抽象

可以把盘面抽象为一个线性结构，每一个盘面上面有很多个磁道，每个磁道又有8个扇区，每个扇区是512字节，那么8个扇区就是一个磁道就是4kb。

Linux中EXT2文件系统的存储方案

磁盘分区好了之后，每一个分区的头部都会有一个引导块Boot Block，其余部分EXT2文件系统会根据分区的大小分配块组(Block Group)

引导块（boot block）是存储在计算机硬盘的特定扇区中的一段代码。它是计算机启动过程中的第一个扇区，也被称为主引导记录（Master Boot Record，MBR）。

引导块的主要作用是引导计算机的操作系统。当计算机启动时，BIOS（Basic Input/Output System）会读取硬盘的引导块，并将控制权转交给引导块中的引导程序。

引导程序是一段特定的机器码，它能够加载操作系统的核心代码（内核）到计算机的内存中，并将控制权交给操作系统。引导程序通常位于引导块的开头位置，其大小一般为512字节。

引导块还包含了分区表（Partition Table），它记录了硬盘上的分区信息。分区是硬盘被划分成多个逻辑部分，每个分区可以包含一个操作系统或其他数据。分区表中的记录描述了每个分区的起始位置和大小。

通过引导块中的引导程序和分区表，计算机能够正确加载并启动操作系统，从而使计算机能够正常运行。

而每一个分区当中的头部都会存在一个Super Block，这个块主要存放文件的很多重要信息，一旦丢失，那么文件也全部都丢失了，所以需要在每一个块组前面设置一个当作备份，防止文件丢失。

Super Block：记录了文件系统的大小，包括所有的数据块和inode结构的大小、每个数据块的大小、inode表起始的位置等等…

Group Descriptor Table：该组中第一个数据块的块号、该组中哪些数据块被使用的位图的起始块号、组中未被使用的数据块数量、组中未被使用的inode数量、组中目录的数量。

Block Bitmap：记录Data Blocks中哪些数据块被占用，哪些没有被占用。

inode Bitmap ：inode节点的分配情况。

inode Table：存放文件的属性，每个文件的inode，文件内容在Data Blocks中的分布情况。

Data Block：存放文件内容。

如何创建一个空文件？

1.首先在inode bitmap当中找到一个没有被使用的inode。

2.在inode表当中找到对应的inode结构体，并且把文件信息写入到inode结构体当中。

3.将该文件的文件名和指向inode结构体的指针添加到目录文件的数据块中。

如何理解对文件进行写入？

1.通过inode找到inode结构体

2.通过inode结构体找到文件对应的Data Blocks。

如何理解删除一个文件？

1.将文件的inode在inode位图中设置为0。

2.将文件的对应的数据块的数据块位图设置为0。

这也就是为什么下载很慢，删除很快，因为操作系统并没有删除数据，而是把映射关系取消掉了。

文件名存在哪里？

前面说到了，inode保存了文件的属性，那么inode是否也保存了文件名呢？

答案是没有。

文件名其实是保存在目录的数据块当中，当然，也会保存文件的inode，不保存inode的话那还怎么去找到文件呢。

同时，这也是为什么同一个目录下不能出现名字一样的文件的原因。

软连接

现在我要为d1/d2/d3/test这个文件创建一个软链接。

ln -s d1/d2/d3/test soft

我现在去执行这个test程序，看会打印什么

我再执行soft呢？

接下来看一下文件信息

soft的inode是1576022，而test的inode是15706021，可以说明它们并不是同一个文件，但是soft文件其实是指向test文件的，soft文件内容就是test文件的地址。

这可以联想到windows的桌面，其实基本都不是原文件，而是建立了一个软链接。

硬链接

ln d1/d2/d3/test hard

可以看到这两个的inode是一样的，其实他两都是同一个文件，只是在当前目录下同一个inode，不同的文件名罢了，其实inode当中是有一个引用计数的，如果创建了一个硬链接，那么计数就会+1，当计数为0的时候才会删除文件。

那么再来看到隐藏文件当中的.和..，就是当前文件目录和上一级文件目录，它们是怎么实现的呢？

这里.的硬链接数是3，inode为1576016，..的硬链接数是8，inode为786757。

可以看到.的inode和当前目录link的inode一模一样，而..的inode和上级目录study的inode一模一样，就说明其实它们两就是一个硬链接，那硬链接数是怎么回事呢？

这是由于study目录下有6个文件，因为创建一个文件它的硬链接是1，就是它自己，那么目录也是如此，也有一个自己的硬链接，然后就是目录下的.文件以及其它文件，1+1+6=8，所以是8个硬链接。

软硬链接的区别

1. 软链接是一个独立的文件，有独立的inode，而硬链接没有独立的inode。
2. 软链接相当于快捷方式，硬链接本质没有创建文件，只是建立了一个文件名和已有的inode的映射关系，并写入当前目录。