磁盤的空間管理

如何對磁盤空間進行管理？

假設在一塊大小為500G的磁盤中，500*1024*1024=524288000KB。在磁盤中，扇區是磁盤的基本單位（一般大小為512byte），而文件系統訪問磁盤的基本單位是4KB，因此500G就被分成了131072000個扇區，將這些扇區看作為數組。而如果對這500GB進行分盤（C盤50G，D盤100G等），因此對500G磁盤的管理也就是對分的C盤50G，D盤100G的管理，相同，對于C盤50G的管理又被分化成對C盤中5個10G的管理。因此只要管理好局部，就能管理好整體，將整體細化成小等份進行管理即可（如下圖）。

在Linux中，文件由數據與屬性組成，這里數據內容存儲在block（一般是4KB）中，屬性存放在inode（磁盤上的另一塊空間，一般是128字節）中，因此一個扇區（512字節）可以存儲4個inode。但是內容可以增多或減少，而屬性是不變的。

1. Date blocks：里面包含許多Data Block，并且占磁盤的絕大部分空間，每一個Data Block大小是4KB。Data Blocks的作用是以塊（這里的塊就是Data Block）為單位，對文件內容進行保存，OS將文件每4KB分為一塊進行保存，不夠4KB也按照4KB保存。
2. inode table：里面包含大量的inode空間（每個inode大小為128字節），用于保存文件屬性。這里的inode可以理解成一個結構體（struct inode，其中保存著對應文件的Data Block編號，這使得Data Blocks與inode進行相互關聯），結構體內部包含文件屬性（所有者，權限等），并且以二進制的形式將實例化對象（struct inode i）寫到inode空間里面。一般而言，一個文件有一個inode編號，以保證文件的唯一性。
3. Block Bitmap：意思是位圖，用于判斷Data Blocks上的空間是否被占用。通過比特位上的數據來判斷數據塊中哪些空間被使用，哪些空間沒被使用（0000 0000表示空空間都沒有被使用，0000 1010表示1號位和3號位空間被使用）。
4. Inode Bitmap：用于判斷inode哪些空間被占，哪些空間沒有被使用。
5. Group Descriptor Table：簡稱GDT，塊組描述符，用于描述inode表和數據塊的起始位置。
6. Super Block：用于記錄存放文件系統本身的信息，記錄Data Block和inode Block中的使用量以及未使用量等。并不是每個Block Group都含有Super Block，Super Block存在的意義是如果Super Block出現損壞可以通過其他Super Block對文件進行恢復。

注意：文件名也是文件的屬性，但是在Linux中，并沒有文件名的概念，而是通過inode對應的Data Block編號來識別文件的，因此要找到文件，就必須找到該文件對應inode編號，找到inode編號就能找到文件的Data Blocks，從而找到文件內容。那么如何找到inode呢？

我們知道，目錄其實也是文件，是文件就具有文件內容和屬性，這里目錄的文件內容其實就是文件與目錄的inode編號的映射關系。當我們在某一個目錄下創建一個文件的時候，OS會根據當前目錄下的Inode Bitmap找到未使用空間，將創建的文件的屬性寫入到該未使用的inode上，然后再根據Block Bitmap找打未使用的Data Block，然后填寫數據到Data Block上，最后返回該文件的inode。最后返回的inode編號找到該文件所處的目錄，根據目錄的inode找到目錄的Data Block，然后將文件名與inode的映射關系寫入到目錄的Data Block中。（這就是為什么inode中不保存文件名，因為文件名在目錄中）

當刪除一個文件的時候，根據目錄的inode和要刪除的文件名，找到目錄的Data Block，根據文件名的映射關系找到文件的inode，再根據要刪除文件的inode找到該文件的BlockGroup，將要刪除文件的inode Bitmap和Block Bitmap的位圖上的標志位由1置為0，最后取消該文件與目錄的映射關系。

軟連接與硬連接

軟連接：

如上圖，在/home/101-asy/linux/2024-12-06/d1/d2/d3目錄下編譯成的可執行文件mytest1，如果在/home/101-asy/linux/2024-12-06下執行需要帶該文件的路徑：?./d1/d2/d3/mytest1；但是如果使用軟連接的方式：ln -s ./d1/d2/d3/mytest1 mytest1.s在/home/101-asy/linux/2024-12-06目錄下生成一個軟連接的可執行文件mytest1.s。這個軟連接可以理解成快捷鍵。

如上圖，軟連接的文件與源文件的inode不同（因此軟連接文件是一個獨立的文件，也要進行分配inode,填寫屬性Data block,映射等操作），并且軟連接文件的內容其實是源文件的所在路徑。

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硬連接：

創建的硬鏈接文件與原文件的inode相同，所謂的硬連接就是在當前目錄下，給指定的文件新增文件名和inode編號的映射關系。

硬連接數是指向同一inode文件的數量，用于標識有多少個文件指向當前inode文件。

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為什么創建的文件默認硬連接數是1呢？？？而文件夾又是2呢？？？

如上圖，我們知道硬連接數表示有幾個文件名指向該文件。當創建file文件時，file文件本身就指向了該文件，因此file文件本省就是一個硬連接數。而對于文件夾來說除了文件夾名本身外其內部還有一些文件：

以目錄d4為例，d4的硬連接數為3，分別為d4文件名本身指向d4，d4目錄下的.文件指向d4，以及d5目錄下的..文件指向d4。