Cat userlist

1 Linux文件系统的三层抽象

一般而言，文件是存储在硬盘上的，那么将磁盘这一物理实体，进行逻辑划分和组织，就是进行抽象的过程。目的就是为了便于管理。

最朴素的管理手段就是，给硬盘的区域编号，按照编号从低到高给文件分配存储空间。当然，访问效率就可想而知了（当文件数量一多，访问效率将会及其低下）。所以那些系统开发人员就发挥出自己的聪明才智，对文件系统进行了巧妙的设计。

第一层抽象：从磁盘到分区

一整块磁盘，能存储大量的数据，统一管理起来不太方便。若能将它分而治之，则更加灵活。比如说window系统里面的磁盘分区：C盘，D盘，E盘等等。每个分区都可以看作是一个独立的磁盘。

第二层抽象：从磁盘到块序列

一个磁盘由一些磁性盘片组成。每个盘片的表面都被划分为很多同心圆，这些同心圆称作磁道，每一个磁道又进一步被划分为扇区，每个扇区可以存储一定字节的数据（如512字节）。扇区是磁盘上的基本存储单元，每次空间分配或者访问都是以一个扇区为最小单位。

第三层抽象：从块序列到三个区域的划分

为了存储不同类型的数据（文件内容、文件属性、目录），将磁盘块分为3个部分：超级块，inode结点，数据区

• 文件系统中的第一个块被称为超级块，超级块用来存放文件系统本身的结构信息
• 文件系统的下一个部分被称为i-节点表。每个文件都有一些属性，如大小、文件所有者和最近修改时间等。这些性质被记录在一个称为i-节点的结构中。所有的i-节点都有相同的大小，并且i-节点表是这些结构的一个列表。i-node节点表存放i-node节点，存储文件属性、所有者、权限等元数据信息
• 文件系统的第三部分是数据区。文件的内容保存在这个区域。数据区分块存储文件数据，它是不连续存储的，一个文件的内容可能散落在数据区内部

2 Cat userlist的过程

输入ls -ia可以查看当前目录包含的文件以及对应的i-节点号

如上图，代表当前目录的"."的i-节点号为800729，代表上一级目录的".."的i-节点号为800909。

输入cat userlist，表示读取userlist这个文件并显示

step1.在目录中寻找文件名

文件名存储在目录文件中，内核在目录文件中寻找包含字符串"userlist"的记录。userlist所在的记录包含编号为47的i-节点。

step2.定位i-节点并读取内容

内核在文件系统中的i-节点区域找到i-节点47。i-节点包含数据块编号的列表。

step3.访问存储文件内容的数据块

在step2之后，即知道了数据块的位置和在磁盘中的顺序，就可以通过不停的调用read函数，使内核不断将字节从磁盘复制到内核缓冲区。

ps

内核根据文件名找到i-节点号，再根据i-节点号找到i-节点。在i-节点中，找到文件的权限位和用户ID，从而判断该用户是否具有读取权限。通过以上调用构成，内核已经可以知道文件内容存放在哪些数据块上，以及它们的顺序。由于cat不断的调用read函数，使得内核不断将字节从磁盘复制到内核缓存区，进而到达用户空间

所有从文件读取数据的命令，比如，cat、cp、more、who等，都是将文件名传给open来访问文件内容，对open的每次调用都是先在目录中寻找文件名，然后根据目录中的i-节点号获得文件的属性，最终找到文件的内容。

假如open一个没有读或者写权限的文件时：内核首先根据文件名找到i-节点号，然后根据i-节点号找到i-节点。在i-节点中，内核找到文件的权限位和拥有者的用户ID。如果权限位设置你的用户ID对文件没有访问权限，则open返回-1并将errno置为EPERM。