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Linux文件系统的几个要点

Linux的文件系统是一个比较复杂的体系，因为Linux系统中文件就是一切，所以Linux系统有多复杂，Linux文件系统就有多复杂。本文就来详解一下Linux文件系统的几个要点。一、物理磁盘到文件系统我们知道文件最终是保存在硬盘上的。硬盘最基本的组成部分是由坚硬金属材料制成的涂以磁性介质的盘片，不同容量硬盘的盘片数不等。每个盘片有两面，都可记录信息。盘片被分成许多扇形的区域，每个区域叫一个扇区，每个扇区可存储128×2的N次方（N＝0.1.2.3）字节信息。在DOS中每扇区是128×2的2次方＝512字节，盘片表面上以盘片中心为圆心，不同半径的同心圆称为磁道。硬盘中，不同盘片相同半径的磁道所组成的圆柱称为柱面。磁道与柱面都是表示不同半径的圆，在许多场合，磁道和柱面可以互换使用，我们知道，每个磁盘有两个面，每个面都有一个磁头，习惯用磁头号来区分。扇区，磁道（或柱面）和磁头数构成了硬盘结构的基本参数，帮这些参数可以得到硬盘的容量，基计算公式为：存储容量＝磁头数×磁道（柱面）数×每道扇区数×每扇区字节数要点：（1）硬盘有数个盘片，每盘片两个面，每个面一个磁头（2）盘片被划分为多个扇形区域即扇区（3）同一盘片不同半径的同心圆为磁道（4）不同盘片相同半径构成的圆柱面即柱面（5）公式：存储容量＝磁头数×磁道（柱面）数×每道扇区数×每扇区字节数（6）信息记录可表示为：××磁道（柱面），××磁头，××扇区那么这些空间又是怎么管理起来的呢？unix/linux使用了一个简单的方法。如图所示。它将磁盘块分为以下三个部分：1）超级块，文件系统中第一个块被称为超级块。这个块存放文件系统本身的结构信息。比如，超级块记录了每个区域的大小，超级块也存放未被使用的磁盘块的信息。2）I-切点表。超级块的下一个部分就是i-节点表。每个i-节点就是一个对应一个文件/目录的结构，这个结构它包含了一个文件的长度、创建及修改时间、权限、所属关系、磁盘中的位置等信息。一个文件系统维护了一个索引节点的数组，每个文件或目录都与索引节点数组中的唯一一个元素对应。系统给每个索引节点分配了一个号码，也就是该节点在数组中的索引号，称为索引节点号3）数据区。文件系统的第3个部分是数据区。文件的内容保存在这个区域。磁盘上所有块的大小都一样。如果文件包含了超过一个块的内容，则文件内容会存放在多个磁盘块中。一个较大的文件很容易分布上千个独产的磁盘块中。二、创建一个文件的过程我们从前面可以知道文件的内容和属性是分开存放的，那么又是如何管理它们的呢？现在我们以创建一个文件为例来讲解。在命令行输入命令：$who》userlist我们可以通过系统命令ls来查看新建文件userlist的信息：（ls命令后的i就表示打印i节点信息）当完成这个命令时。文件系统中增加了一个存放命令who输出内容的新文件userlist，那么这整个过程到底是怎么回事呢？文件主要有属性、内容以及文件名三项。内核将文件内容存放在数据区，文件属性存放在i-节点，文件名存放在目录中。图2显示了创建一个文件的例子，假如这个新文件要3个存储块来存放内容。那么整个个程大概如下：创建成功一个文件主要有以下四个步骤：1）存储属性也就是文件属性的存储，内核先找到一块空的i-节点。图3中。内核找到i-节点号921130。内核把文件的信息记录其中。如文件的大小、文件所有者、和创建时间等2）存储数据即文件内容的存储，由于该文件需要3个数据块。因此内核从自由块的列表中找到3个自由块。图3中分别为600、200、992，内核缓冲区的第一块数据复制到块600，第二和第三分别复制到922和600.3）记录分配情况，数据保存到了三个数据块中。所以必须要记录起来，以后再找到正确的数据。分配情况记录在文件的i-节点中的磁盘序号列表里。这3个编号分别放在最开始的3个位置。4）添加文件名到目录，新文件的名字是userlist内核将文件的入口（47，userlist）添加到目录文件里。文件名和i-节点号之间的对应关系将文件名和文件和文件的内容属性连接起来，找到文件名就找到文件的i-节点号，通过i-节点号就能找到文件的属性和内容。三、创建一个目录的过程前面说了创建一个文件的大概过程，也了解文件内容、属性以及入口的保存方式，那么创建一个目录时又是怎么回事呢？我现在test目录使用命令mkdir新增一个子目录child：从用户的角度看，目录child是目录test的一个子目录，那么在系统中这层关系是怎么实现的呢？实际上test目录包含一个指向子目录child的i-节点的链接，原理跟普通文件一样，因为目录也是文件。目录在系统中的保存方式和结构大概如下：目录其实也是文件，只是它的内容比较特殊。所以它的创建过程和文件创建过程一样，只是第二步写的内容