Linux 文件系统

文件系统定义

网络答案：Linux文件系统是Linux操作系统中用于组织和管理文件和目录的一种文件系统。它负责在硬盘上存储和检索文件，并为用户提供对文件的访问和管理功能。

个人理解：依然是从硬件说起，先说磁盘本身的物理结构从，磁盘的结构如下图所示，一个磁盘内有多个盘片，每个盘片有两个盘面，盘面上有多个同心圆环被称为磁道，磁道又被均匀划分为一个个扇区，每个扇区可存储512 字节数据(二进制数据)(无论该扇区离圆心远近都是512字节)。面对如此多的数据块，操作系统需要对其进行先描述再组织，这也就有了文件系统的需求，文件系统是操作系统的一部分(如下图二)。

磁盘结构：

文件系统是操作系统的一部分：

文件系统结构

引导块（Boot Block）： 是文件系统中的一个特殊块，位于文件系统的起始位置。它包含了引导加载程序（Boot Loader）所需的信息，用于引导操作系统的启动过程。

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。

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

Group Descriptor Table：块组描述符，描述块组属性信息，

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 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 blocks ：存放文件内容。

解释说明：

1. Boot Block 为引导块，确定文件系统的起始位置

2. 整个磁盘被分为了若干个Block group (对应了日常使用电脑时分C\D\E盘的行为)， 每个Block group结构相同。在Block group 中负责实际数据存储的是Data Blocks区，Data Block 区中有许多Block存储块(具体有多少看用户分盘情况)，一个Block的可存数据大小是4KB。

3. Block Bitmap是一个位图，该位图一个标志位被置为1，则代表对应的一个Block块(4KB)被占用。
   inode Bitmap 与 inode Table 关系则有所区别， inode Bitmap 位图标志位记录inode编号是否被占用，inode Table 则记录indoe编号对应的文件信息。

4. 超级块（Super Block）记录了整个文件系统的全局信息，而组描述（Group Descriptor Table）符表记录了文件系统中每个块组的详细信息。操作系统在挂载文件系统时首先读取超级块，然后使用超级块中的信息来定位和读取组描述符表，进而获取文件系统的更详细信息和管理文件系统的块组。

文件创建过程

当我们创建一个文件并保存，操作系统在利用其文件系统在内核中先找通过inode Bitmap和Block Bitmap找到未使用的inode Table 和多个Data block来分别储存所创建文件的信息和内容，需要注意的是Data block可能不是连续的，inode Table 中记录的文件信息记录了该文件内容被存储在哪些Data block(不是通过Block Bitmap记录，Block Bitmap只能识别某个Data block是否被使用)。

软硬链接原理

0. 如果不清楚软硬连接在补充说明部分有解释。

1. 软硬链接的特性/原理是由文件系统的特性/结构决定的。创建软连接在文件系统视角来看，是新创建了一个文件（软连接是一个文件），这个文件的内容是原文件或目录的路径，故软链接可以跨文件系统(跨磁盘分区，即跨Block group)进行链接。 创建硬链接在文件系统视角来看，是为文件名和inode(inode是inode Table中的)建立新的映射关系，即多个文件名可对应同一个inode。硬链接与目标文件共享相同的inode和数据块，故硬链接只能链接到同一文件系统中的文件，且不能链接到目录。

2. 在文件系统中，目录是一种特殊的文件，它包含了其他文件和目录的索引。目录中的每个条目都包含了文件名和对应文件的inode号码。硬链接是通过将一个文件名关联到一个inode号码来创建的。
   因为目录文件已经被用于存储其他文件和目录的索引信息，所以将一个硬链接链接到目录会导致混乱和冲突。例如，如果允许将一个硬链接链接到目录，那么可能会出现循环链接的情况，导致文件系统无法正常遍历和访问文件。所以硬链接不能连接到目录。

补充说明

一、为什么一个扇区512字节，而文件系统中一个block块4KB呢

1. 512字节太小，会增加读取次数，导致效率低下，但一次读取数据单位也不能过大，否则空间浪费较多。
   （如果前一个数据存储为占满一个block，下一个数据会在新的block开始存储）。
2. 完成硬件和软件解耦，如果磁盘的一个扇区为1KB，block为0.5KB就会发生操作系统和硬件不兼容的问题。

二 、 什么是元数据

元数据是指从信息资源中抽取出来的用于说明其特征、内容的结构化的数据(如题名,版本、出版数据、相关说明,包括检索点等)，用于组织、描述、检索、保存、管理信息和知识资源。

三 、 什么是软硬链接

1. 作用：

通俗的理解软硬连接就是window系统中文件的快捷方式，要想进一步理解就要看软硬链接原理。

2. 创建：

创建软链接（Symbolic Link）

ln -s <目标文件> <链接文件>

软链接是一个特殊的文件（软链接是文件），它包含了指向目标文件的路径信息。软链接可以跨越不同的文件系统，并且可以链接到目录。

创建硬链接（Hard Link）：

ln <目标文件> <链接文件>

硬链接是目标文件的另一个入口点，它与目标文件共享相同的inode和数据块。硬链接只能链接到同一文件系统中的文件，且不能链接到目录。
创建链接时，目标文件可以是绝对路径或相对路径。链接文件的名称可以自定义，但是需要确保在所在目录中是唯一的。
使用以上命令创建软链接和硬链接时，如果目标文件或链接文件已经存在，会提示是否覆盖或创建失败。可以通过添加 -f 选项来强制创建链接并覆盖已存在的文件。
另外，可以使用 ls -l 命令来列出文件和链接文件的详细信息，包括链接类型、目标文件和链接文件的路径等。

四、 Linux 如何查看文件或目录的硬链接数

ls -l | grep '^-' | grep '文件或目录名称' | wc -l

五 、为什么目录默认两个硬链接数？

因为 . / 和 … / 都是文件，被隐藏起来了。
. 和 … 分别是对本目录和上级目录的硬链接。（硬连接数的最终判断标准是同一个inode编号建立了多少映射）
文件默认的硬链接是文件名，数为1
目录默认的硬链接是目录名和./ 数目为2(目录本身和./连个硬链接)如果在已经创建的目录里再创建目录，里层目录里会产生 …/ ，…/是和外层目录建立了链接的，故此时外层目录的硬链接数会+1。