前言：

我們前幾篇文章講了緩沖區與重定向的有關概念，這些設計是linux系統的核心機制，對系統性能、資源管理和用戶操作靈活性有重要意義。

不涉及一些硬件就不可能讓大家清楚地去理解文件系統，所以這篇文章，我將會從計算機組成原理的角度，為大家講解一下文件系統的構成。

文件被打開了，是存儲到內存里的。那么文件沒有被打開呢？存儲到哪里？

自然是磁盤里。

我們訪問一個文件的前提是不是要打開它？那我們訪問文件的前提是要找到它，也就是說我們要有對應的路徑。

但那么多文件，不只是你一個文件有路徑，所有文件都要有路徑。眾多路徑需要被管理起來，所以就出現了文件系統的概念：

磁盤級文件系統與內存級文件系統。

如同我們去取快遞一樣，快遞就好比一個一個的文件，放在菜鳥驛站的快遞柜上，我們需要根據快遞的編號，找到對應的存放位置，最后取回到我們的宿舍（內存中）。

文件系統又是如何把未打開的文件，在磁盤上管理起來的呢？

我們又如何去理解路徑呢？

別著急，我將為大家一一解答。

一、磁盤

像這些機械磁盤，是計算機中唯一一個機械設備。圖左是一個機械硬盤，圖右是機械硬盤拆開后的樣子。

圖示為一個服務器，里面嵌入了許多個磁盤，而服務器是計算資源的載體，安裝在機柜內 ：

圖為一個一個的機柜，機房就是存儲這些機柜的地方。

不同于我們的其他存儲設備，機械磁盤的好處就是容量大，便宜。但它的讀取速度就比較慢。

公司里有大量平時用不到的數據，你不可能用其他昂貴的設備來進行存儲，自然需要用到機房。

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而磁盤是怎么進行存儲數據的呢？

我們知道，磁鐵是有著南極與北極的，同樣的，二進制劃分為0,1.

所以，我們就規定南極與北極各自代表0或1。這樣，就方便了我們進行二進制數據的存儲。

所以我們如何銷毀一個磁盤呢？

自然就是對該磁盤進行消磁處理。

一個磁盤的結構如下圖所示:

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?我們的機械臂桿上有著多個讀寫磁頭，分別近距離挨著每個盤片的上下兩個面。比如上圖我們就有著6個讀寫磁頭，以及6個面，二者的數量是相同的。如果我們在讀寫一個磁頭，實際上就是在讀寫一個磁面。注意，磁頭與磁盤之間并沒有實際接觸，就像是一架飛機貼地1m處飛行一樣。

每個面上，存在著包圍著中心的，不同大小的環道，我們稱之為磁道，而每個磁道上，我們劃分了一定區域，每個區域叫做扇區。

有個疑問，我們這上面有不同的扇區，他們的長短是不一樣，那么存儲大小呢？

在早期的磁盤中，是一樣的，但現在的技術已經能做到同質度的存儲數據了，也就是說扇區越大，存儲的數據越多。

?扇區，是磁盤存儲數據的基本單位，通常，一個扇區的大小為512字節。

如果我想修改一個扇區的一個比特位，也要把512字節全部讀取到內存才行，所以我們稱磁盤為快設備。

那我們如何定位一個扇區呢？

?

以上3步，被我們稱為CHS地址定位法。（但現在大部分已經淘汰了，我們講這個只是為了幫助大家理解）

?我們可以通過以上的命令查看我們云服務器的磁盤分區

這是一個?50GB的虛擬磁盤（GPT分區表），包含：

1. 1MB的BIOS引導分區（兼容傳統啟動）。

2. 50GB的Linux主分區（實際可用空間）。

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二、磁帶

我們以前也有磁帶這種存儲設備。

?磁帶上?可以存儲數據，我們可以把磁帶“拉直”，形成線性的結構：

?

這樣每?個扇區，就有了?個線性地址(其實就是數組下標)，這種地址叫做LBA地址定位法。?

?

由于我們前面說到，傳動臂上的磁頭是共進退的。

所以，我們可以把每個盤面上，相同半徑大小的磁道，組成一個柱面?

所以，磁盤物理上分了很多?，但是在我們看來，邏輯上，磁盤整體是由“柱?”卷起來的。?

因此，把一個磁道展開，我們可以看做是一個一維數組，隨后一個柱面上有多個磁道，我們可以看做柱面為二維的扇區數組。多個柱面盤旋起來形成磁盤，所以磁盤可以看作是扇區的三維數組?

?三、塊

如果我們進行IO操作，是以扇區512字節為單位，未免就太少了。

所以我們可以把一定數量的扇區，劃分為一個塊。一個塊的數據大小為4kb，也就是八個扇區。

而這些塊，我們也可以進行編號，比如說，塊1，塊2，塊3.

所以磁盤就劃分為了以塊為單位的一維數組。

假如我們磁盤中有500GB的存儲空間，我們應該如何進行管理呢？

答案是，我們會把這500GB的空間換劃分為一個一個的的分區。

就像是大家電腦上的C盤，E盤，D盤。

?

從linux系統看，我的這個就劃分為了2個區域。一個分區掛掉了不會影響其他分區，這一切都是為了磁盤的?靈活性、安全性、性能優化和兼容性。

這也體現了分治的思想。我們只需要管理好一個分區，隨后把這個分區的管理方法復制到其他分區進行管理就行了。?

那我們該如何管理好一個分區呢？

這里就要開始引入我們的文件系統的概念了。

?四、EXT2文件系統?

1、分區

這里獨立于分區外的是Boot Block，通常記錄的是啟動的相關設置。

而一個分區內通常會存儲以上信息： Data blocks，inode Table ，inode Bitmap等。

2、inode?

我們知道，一個文件=屬性+數據

那么一個文件的屬性信息，其實也是一種數據，我們把這個屬性信息以結構體的方式構建出來。

這個結構體我們就把它叫做inode。（所以inode，是文件屬性的集合）

通常來說，一個文件就對應著這一個inode。

一個inode的大小通常為128字節，當然也有256字節的情況，我們在這里不討論256字節的inode。

操作系統與磁盤進行IO交互時基本單位是4KB，所以一個塊就有4kb/128字節個inode。

每個inode都有自己的編號：

我們在ls指令后面跟上-i選項就可以查看每個文件的inode的隊友編號：

?前面的920502就是inode編號，而每個文件直接的inode編號互不重復。

值得注意的是，在linux中，文件名這個屬性并不保存在inode中。

inode table對應這個組里的所有文件屬性集。如果我們有一萬個文件，inode table中會要占用多少塊呢？

：10000*128/4/1024個

既然文件的屬性已經被保存起來了，那么文件的內容呢？

答案是保存在Data Blocks中，所以我們可以知道，在linux下，文件的屬性與內容是分開存儲的

?在inode結構中，還有一個數組：int blocks[NUM],用于存儲文件數據塊的地址。這個數組直接決定了如何找到文件的實際內容。

blocks[NUM]存儲的是文件內容所在的?磁盤塊號，通過這些號碼可以在磁盤上定位文件的具體數據。

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由于時間的原因，本篇文章就暫時寫到這里，后面的內容，我會在下一篇文章中為大家詳細介紹inode等信息。

結語：

文件系統上怎么知道一個一共有多少inode，還有多少inode沒使用這些信息的呢？

下一篇文章再來談文件系統的塊號如何理解，inode的值是怎么來？為什么找文件只需要通過inode就行了這些內容。

本篇文章介紹了大量概念，希望同學們能夠進行一定程度的記憶。

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