文件系统与软硬链接

一、文件系统

认识磁盘

磁盘存储的逻辑抽象结构

块组的内容

inode Table

Data blocks

inode Bitmap

Block Bitmap

Group Descriptor Table

Super Block

理解目录

二、软硬链接

软链接

硬链接

硬链接数

一、文件系统

之前的博客主题叫做"进程打开文件", 研究是本质是被打开的文件，也就是内存中的文件！而不是所有的文件都被打开了，还有很多没有被打开的文件，这些文件在磁盘上存放，磁盘文件同样也要被分门别类地管理好，只有管理好了才能快速定位，方便用户随时读取！

文件系统本身是包含管理内存文件和磁盘文件的，而本文研究的文件系统重点是磁盘文件的管理！

认识磁盘

磁头左右摆动(每一面都有1个磁头)，盘面(存储数据)高速旋转，就可以实现寻址数据！而盘面无论转动多快，都是机械运动，所以磁盘比较慢！

一个磁盘有很多个同心磁道，一个磁道有很多个扇区，扇区是磁盘的最小存储单位(大多512字节), 所以从磁盘加载数据到内存中，至少加载一个扇区的数据，所以磁盘叫做块设备

CHS寻址:

Cylinder：磁道

Head：磁头

Sector：扇区

磁盘要寻址定位，只需要先确定磁头(本质确定哪一个面), 然后确定磁道，然后确定扇区！

磁头左右摆动定位磁道，盘面旋转定位扇区！

这样我们就可以向一个扇区/多个扇区随机写入！

磁盘存储的逻辑抽象结构

OS直接用CHS寻址是不合适的，因为如果磁盘读写方式变了，OS(软件)也要做出相应变化，所以我们要对磁盘存储的结构进行逻辑抽象，使得无论磁盘读取的方式如何变化，上层软件处理方式是一样的！

但是对于OS来说，一个扇区的大小有些小，I/O次数有点多，所以OS可以按照扇区为单位读取数据，但更多的是基于文件系统，按照文件块为单位进行数据存取！

1个文件块包含八个扇区，也就是4kb大小的空间，这样OS每次读取的数据大小就是4kb的倍数了

一旦规定了1个文件块是8个扇区，OS存取数据只需要知道读取文件块的起始地址即可，这个起始地址叫做LBA(Logical Block Address)

有了这些概念之后，以后我们的观念中OS读取数据就不关心磁道，扇区这些了，直接把磁盘空间当成每个元素大小为4kb的数组即可, 所以对磁盘的管理，在OS层面，就变成了对数组的增删查改

但是我们自己的电脑磁盘空间一般很大，比如说500GB, 直接管理这500GB空间比较难，所以为了方便管理，把磁盘进行分区管理！比如我们的电脑只有1块磁盘，而C盘，D盘，E盘本质就是在进行分区管理！

而分区之后1个区还是太大了，于是又把每个区进行划分，划分成很多个块组！

块组无非存储了两类数据，用户的文件信息（内容+属性）以及很多文件管理的数据！而管理文件的数据一定是最先写到块组上的！

块组的内容

inode Table

文件的inode编号

1. 一般情况，1个文件只有1个inode编号

2. 基本上，每个文件都有inode编号

3.inode编号在所在的整个分区具有唯一性

4.Linux内核识别文件，和文件名无关，只和inode编号有关

磁盘上的各个文件的内容可能不一样，但文件属性种类一定是一样的！inode Table 可以理解为一个数组，里面每个元素类型都是 struct inode, 该结构体里面存储了文件的各个属性，比如文件的大小，权限，拥有者，所属组，ACM时间，inode编号等等(注意inode 结构体中没有文件名)！ inode结构体的大小是固定的128字节！所以在inode Table表中具体的一个inode根据相对位置就很好查找了！

Data blocks

文件的属性表存在了inode Table 中，而文件的内容保存在了Data blocks, Data blocks 是一张非常大的以4kb为单位的数据块区域

为了能够保证每个文件找到自己对应的内容的数据块区域，inode结构体中还存储了一个数组 int blocks[N], 数组保存的是inode编号对应的文件内容所在的数据块，比如该数组里面存的是1,2,4，意思就是文件内容保存在了编号为1,2,4这三个数据块中！

而OS中，N的大小一般只有15，总共也就4*15=60kb的大小，如何保存大文件呢??

这15个数据块不都是直接映射的，比如0-12是直接(一级)映射，而13是二级映射，13对应的数据块保存的并不直接是文件内容，而是更多块列表(可以理解为存储的是列表的索引), 而14是三级映射，最终就可以保存大文件了

inode Bitmap

在一个块组中，如何知道哪些文件的inode被用了，哪些没有被用了呢???

inode Bitmap 是一串二进制数字，比特位的位置表示inode编号，某一个比特位为0/1表示对应的inode有没有被使用!

Block Bitmap

inode Bitmap 也是一串二进制数字，比特位的位置表示block编号，某一个比特位为0/1表示对应的block块有没有被使用!

比如说要新建一个文件:

1.先查inode Bitmap, 找到最低的1个没有被使用的比特位，比特位位置就是inode编号，将比特位由0置1

2. 找到inode编号对应的inode Table，将属性填充到对应的inode结构体中

3.在Block Bitmap中找到最低的比特位为0的位置，将比特位置成1，比特位的位置就是块号，将文件内容写到对应块号的块中

4.将inode编号反馈给用户

比如说要删除一个文件:

1. 根据inode编号，将inode Bitmap对应比特位由1置成0

2. 根据inode结构体中的blocks数组中保存的使用的数据块编号，将Block Bitmap中对应的比特位置成0

所以删除文件只需要改位图即可!!!

这就是为啥新建一个文件很慢，但是删除文件很快!!!

删除一个文件之后，并不会将删除文件的内容都清空，所以是可以恢复的！但是如果又新建了文件就很难恢复了，因为很有可能新的inode编号已经被分配给新的文件了，导致删除文件的数据块内容和inode结构体中的属性都被覆盖了!