linux系統(tǒng)上的文件管理

一、 inode、data block與super block

1. inode用于記錄文件的屬性與權(quán)限等信息；一個文件占用一個inode，同時inode還記錄了該文件的data block的位置。inode的大小有128、256字節(jié)兩種規(guī)格。

2. data? block:用于存儲文件的實(shí)際內(nèi)容。塊大小為1K、2K、4K字節(jié)三種規(guī)格。

3. super block: 記錄文件系統(tǒng)的整體信息，包括了inode與data block的總量、已使用量、剩余的旦、卷標(biāo)、文件系統(tǒng)格式等相關(guān)的信息。可以使用tune2fs -l? Partition_Name來查看。

注意：以ext2文件系統(tǒng)為例，對于128字節(jié)的inode，除了存儲文件的權(quán)限屬性等信息外，只能存12個4字節(jié)的文件指向的數(shù)據(jù)塊號碼。那對于一個大文件來呢，需要幾十上百萬個數(shù)據(jù)塊來存放文件內(nèi)容。這個怎么弄？其中inode除了12個直接的數(shù)據(jù)指向以外，還有一個間接、一個雙間接、一個三間接的記錄區(qū)。所謂間接的意思就是inode的直接指向會指向一個數(shù)據(jù)block，這個block不存數(shù)據(jù)，而是存放的文件的數(shù)據(jù)塊的號碼。對于1K大小的數(shù)據(jù)塊，可以存儲256個指向。而256個數(shù)據(jù)區(qū)塊，可以存儲的文件大小為256KB；雙間接可以存儲64MB數(shù)據(jù)，三間接可以存儲16G大小的文件；???? 對于2K和4K大小以及其他文件系統(tǒng)，算法不相同。但都借用了數(shù)據(jù)區(qū)塊來存放數(shù)據(jù)區(qū)塊號。

二、 文件是如何存取的

每個文件系統(tǒng)在其內(nèi)部劃分了多個block group，而每個block group內(nèi)又包括了以下幾個內(nèi)容：

1. super block:?? inode與數(shù)據(jù)區(qū)塊的總量，剩余的數(shù)量，inode與數(shù)據(jù)區(qū)塊的大小，保留等信息。第一個塊組肯定有超級塊，后續(xù)的塊組，有的有，有的沒有。

2. 文件系統(tǒng)描述： 描述區(qū)塊群組的開始與結(jié)束的區(qū)塊，以及說明每個區(qū)段（超級區(qū)塊、對照表、inode對照表、數(shù)據(jù)區(qū)塊）分別介于哪一個區(qū)塊之間，這部分也能用dumpe2fs來查看。

3. block bitmap：用于記錄哪些block是空的，哪些是已經(jīng)使用的。

4. inode bitmap:? 用于記錄哪些inode是空的，哪些是已經(jīng)使用的。

5. inode table：? 用于存儲文件屬性以及該文件數(shù)據(jù)區(qū)塊號碼

6. data block： 用于存儲文件的實(shí)際內(nèi)容。

存取文件時，先檢查用戶對目錄是否有寫和執(zhí)行權(quán)限；接著系統(tǒng)通過inode bitmap查詢哪些inode表是空的，將新文件的屬性寫入空的inode表；根據(jù)block bitmap查找哪些data block是空的，是空的則可以將文件內(nèi)容寫入到這些block中；更新inode bitmap以及block bitmap，并更新超級塊的信息。

三、 系統(tǒng)如何通過路徑讀取文件內(nèi)容

舉例說明，查找/etc/passwd文件

1. 先查找/的inode號碼，/的inode里有記錄/對應(yīng)的data block；

2. 在/的data block中找到etc目錄對應(yīng)的inode

3.? 讀取etc目錄對應(yīng)的inode表中，找到etc目錄的數(shù)據(jù)塊

4. 在etc目錄的數(shù)據(jù)塊中，找到passwd文件的inode號碼

5. 讀取passwd文件的inode中數(shù)據(jù)塊指向，并將內(nèi)容讀取出來。

總結(jié)： 從根目錄開始，先找inode，通過inode找到對應(yīng)的數(shù)據(jù)區(qū)塊；在數(shù)據(jù)區(qū)塊中，分兩種情況：1. 該文件是目錄，則數(shù)據(jù)區(qū)塊記錄了其下屬子目錄及文件的文件名以及對應(yīng)的inode; 2. 該文件是非目錄文件，則數(shù)據(jù)區(qū)域記錄了文件的內(nèi)容。?? 通過inode--->block--->inode--->block依次循環(huán)來讀取文件。在這個過程中，需要檢查用戶對目錄及文件的權(quán)限。

四、 硬鏈拉與軟鏈接

1. 硬鏈接是指向同一個inode的多個文件路徑； 目錄不支持硬鏈接，不能跨文件系統(tǒng)，創(chuàng)建硬鏈接會增加inode計(jì)數(shù)。

2. 軟鏈接指向的是文件實(shí)際的訪問路徑，可以跨文件系統(tǒng)，支持對目錄創(chuàng)建軟鏈接，刪除軟鏈接不會影響原文件。

五、 MBR

存儲設(shè)備的第一個扇區(qū)，也就是最前面的512字節(jié)，叫做入引導(dǎo)記錄

1. 主引導(dǎo)記錄的結(jié)構(gòu)

主引導(dǎo)記錄只有512字節(jié)，放不了太多東西，它的主要作用是告訴計(jì)算機(jī)到硬盤的哪一個位置去找操作系統(tǒng)。

主引導(dǎo)記錄由以下3個部分組成：

A. 第1-446字節(jié)：調(diào)用操作系統(tǒng)的機(jī)器碼

B. 第447-510字節(jié)：分區(qū)表 （Partition? table)

C. 第511-512字節(jié)：主引導(dǎo)記錄簽名（0X55和0XAA）

2. 分區(qū)表

硬盤分區(qū)有很多好處，考慮到每個區(qū)可以安裝不同的操作系統(tǒng)，主引導(dǎo)記錄呢須知道 將控制權(quán)轉(zhuǎn)交給哪個區(qū)。

分區(qū)表的長度只有64字節(jié)，里面又分成4項(xiàng)，每項(xiàng)16字節(jié)。所以一個硬盤 最多只能分4個一級分區(qū)，又叫作主分區(qū)。每組的記錄區(qū)主要記錄了該區(qū)段的起始與結(jié)束的柱面號碼。

每個主分區(qū)的16個字節(jié)由以下6部分組成：

A. 第1個字節(jié)，如果為0X80，就表示該主分區(qū)是激活分區(qū)，控制權(quán)要轉(zhuǎn)交給這個分區(qū)。4個主分區(qū)里面只能有一個分區(qū)是激活的。

B. 第2-4字節(jié)：主分區(qū)第一個扇區(qū)的物理位置（柱面、磁頭、扇區(qū)號等）

C. 第5字節(jié)：主分區(qū)類型

D. 第6-8字節(jié)：主分區(qū)最后一個扇區(qū)的物理位置

E. 第9-12字節(jié)：該主分區(qū)第一個扇區(qū)的邏輯地址

F. 第13-16字節(jié)：主分區(qū)的扇區(qū)總數(shù)。

最后的4字節(jié)（主分區(qū)的扇區(qū)總數(shù)）決定了這個主分區(qū)的長度，也就是說，一個主分區(qū)的扇區(qū)總數(shù)最多不超過2的32次方。

如果每個扇區(qū)為512字節(jié)，則意味著單個分區(qū)最大不超過2TB。再考慮到扇區(qū)的邏輯地址也是32位，所以單個硬盤可利用的最大空間也不超過2TB。如果想再使用更大的硬盤，只有兩個方法：一是提高每個扇區(qū)的字節(jié)數(shù)，二是增加扇區(qū)總數(shù)。

六、 文件名存儲在哪里，文件的屬性存儲在哪里

1. 目錄也是文件；

2. 文件的文件名存儲在目錄的數(shù)據(jù)塊中；

3. 文件的屬性，權(quán)限等信息存儲在inode中；