文件系统

文件系统

​ 生磁盘(raw disk)中盘块是磁盘访问的基本单位，将盘块划分成更高层次的抽象就是文件。Linux中用文件头来代表一个文件，也叫Inode，其指向了磁盘上数据块的位置。

• 文件的存储方式

  • 连续空间存放方式：数据都是紧密相连，读写效率很高，文件头里需要指定「起始块的位置」和「长度」。但有「磁盘空间碎片」和「文件长度不易扩展」的缺陷。
  • 链表方式：文件头要包含「第一块」和「最后一块」的位置，并且每个数据块里面留出一个指针空间，用来存放下一个数据块的位置，写速度快，缺点是随机访问性能差。
  • 索引方式：为每个文件创建一个「索引数据块」，里面存放的是指向文件数据块的指针列表，因此读写速度都快。
    • 链表 + 索引：在「索引数据块」留出一个存放下一个索引数据块的指针，形成链表，原先数据索引块不足时方便扩充。
    • 索引 + 索引：也称为「多级索引块」，通过一个索引块来存放多个索引数据块。

• 空闲空间管理

  • 空闲表法。空闲表法就是为所有空闲空间建立一张表，当请求分配磁盘空间时，系统依次扫描空闲表里的内容，直到找到一个合适的空闲区域为止。
  • 空闲链表法。指向下一个空闲块的方式变成了一个指针。
  • 位图法。Linux 文件系统就采用了位图的方式来管理空闲空间，不仅用于数据空闲块的管理，还用于 inode 空闲块的管理

• 文件系统的结构

  ​ Linux 文件系统，把这个结构称为一个块组，文件系统中最开始的块组叫引导块，后面有N个块组。每个块组包含：

  • 超级块，包含的是文件系统的重要信息，比如 inode 总个数、块总个数、每个块组的 inode 个数、每个块组的块个数等等。
  • 块组描述符，包含文件系统中各个块组的状态，比如块组中空闲块和 inode 的数目等，每个块组都包含了文件系统中「所有块组的组描述符信息」。
  • 数据位图和 inode 位图， 用于表示对应的数据块或 inode 是空闲的，还是被使用中。
  • inode 列表，包含了块组中所有的 inode，inode 用于保存文件系统中与各个文件和目录相关的所有元数据。
  • 数据块，包含文件的有用数据。

• 目录的存储

  ​ Linux中万物皆文件，目录也是个文件，普通文件的块里面保存的是文件数据，而目录文件的块里面保存的是目录里面一项一项的文件信息（如文件名、文件 inode、文件类型等）。

• 软链接和硬链接

  • 硬链接：硬链接是多个目录项中的「索引节点」指向一个文件，也就是指向同一个 inode，但是 inode 是不可能跨越文件系统的。只有删除文件的所有硬链接以及源文件时，系统才会彻底删除该文件。
  • 软链接：相当于新的文件， 有独立的inode，文件的内容是另外一个文件的路径，所以访问软链接的时候，实际上相当于访问到了另外一个文件，所以软链接是可以跨文件系统的，甚至目标文件被删除了，链接文件还是在的，只不过指向的文件找不到了而已。

• 文件 I/O

  • 缓冲与非缓冲 I/O。「是否利用标准库缓冲」来区分。
  • 直接与非直接 I/O。直接IO不会经过内核缓存。
  • 阻塞与非阻塞 I/O、同步与异步 I/O。