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磁盤簡介

Ext文件系統

塊

分區

分組

inode

再談inode

路徑解析

路徑緩存

再再看inode

掛載

小知識

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磁盤簡介

磁盤：一個機械設備，用于儲存數據。? 未被打開的文件都是存在磁盤上的，被打開的加載到內存中。

扇區：是OS訪問磁盤的基本單位，普通為512字節。

磁頭：通過左右擺動定位磁道，然后定位扇區

柱面：同一半徑上下的磁道構成的柱面

邏輯上看，可以以磁道展開，當做一維數組，以柱面（整個磁盤的同一個垂直位置的磁道為一個柱面）展開，每個柱面都是個二維數組，整個磁盤（多個柱面）就是個三維數組，這樣，對于OS來說，只需要在一個三維數組中定位即可對磁盤上的數據進行操作。

所以，對扇區的定位要通過找柱面-》磁道-》扇區的過程，叫CHS地址。

Ext文件系統

塊

塊：八個扇區組成一個塊，塊是文件存取的最小單位。

1.OS看待磁盤，認為磁盤是一個塊設備，每個塊都有下標

2.文件系統看待磁盤，認為磁盤是一個block array[N] 的塊設備。

分區

分區：以開始塊號和結束塊號劃分，不同分區其實就是不同的盤，所以一塊磁盤就可以通過分區形成C、D等盤。

分組

分組：每個分區被分為多個塊組。這里采用分治的思想，分而治之。

在一個塊組中

Data Blocks：保存文件的內容，以4KB為單位。大部分的磁盤分區空間，都由Data Blocks占據。（每個數據塊（4KB大小的塊），都有唯一的編號 ）

Block Bitmap（塊位圖）：用來記錄Data Blocks 中哪個數據塊被占用，哪個數據塊沒被占用。（每個比特位代表一個數據塊，比特位位置表示對應位置的數據塊，比特位內容表示是否被占用。 ）

inode

1.在文件系統中，文件屬性由inode的結構體來描述，而結構體大小是固定的，一般為128字節或256字節。可知，任何文件的屬性的種類是相同的，屬性的內容不同。

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2.為了標識每個文件的唯一性，每個inode中都有inode number（inode編號）。

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3.inode結構體中有i_block的數組映射關系表來找到文件內容

所以，上面的塊組中的

inode Table：存放文件屬性，如文件大小、所有者、最近修改時間等（是當前塊組中所有inode屬性的集合）。

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inode Bitmap：用來標識inode Table中的位置是否被占用。（比特位的位置，表示哪個對應的inode ，比特位的內容表示是否空閑）

GDT：用來描述整個塊組的不同分區的位置。

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Super Block：管理所有的組，用來描述一個分區分組整體情況。

注：不一定所有的組中都有，但幾乎多個組會同時存在同樣的Super Block，因為這個部分非常重要，如果損壞會導致整個分區廢掉，所以會在多個組中都存在來備份。

所以，新建一個分區時，Super Block和GDT一定有有效數據，要給寫入文件系統和分區分組相關的管理信息。

再談inode

1.inode用來標識文件的唯一性。

2.inode由全分區統一分配（塊號也是），不能跨分區，一個分區，就是一個文件系統，相互獨立，，每個組的大小固定，每個組有多少個block和inode都是固定的，在Super Block結構中。

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3.inode中不存放文件名，為什么呢，因為文件名存放在目錄文件的Data Block中，目錄文件的Data Block中放的是該目錄下的文件的文件名和inode的映射關系。

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4.所以，在指定目錄下，新建文件，需要就將文件名和inode的映射寫入到當前目錄的Data Block中，所以要有w權限，讀取一個文件的屬性，要有r權限，x權限，關系著我們能否打開該目錄，打開了才能去讀寫。

路徑解析

要打開一個文件，就要知道這個文件的inode，就要去這個文件的目錄文件Date Block中取，但目錄文件也是文件，想要打開也要向上找，直到找到根目錄，這就是路徑解析，總之訪問文件都需要其路徑。

路徑緩存

linux中，當用戶訪問指定路徑下文件（包括路徑上目錄、最終的文件），linux會在進行路徑解析過程中，在內核中形成目錄樹和路徑緩存，加快查找效率。

在內核中使用dentry結構體組織、緩存文件的inode等信息，每個文件都會有對應的dentry結構體，這樣訪問文件時，會先在dentry樹中查找，找到返回inode等數據，沒找到再去磁盤中搜索，然后緩存新路徑。

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dentry樹會使用lru算法處理不常訪問的路徑，防止占內存過多

再再看inode

1.前12個下標直接映射，還有三個分別是一級、二級、三級的間接塊指針，一共在inode中只需要存15個指針來指向所有內容塊。

2.一級間接塊指針指向一個塊，這個塊中存的不是數據，而是塊號，用來映射多個儲存數據的塊，二級的間接塊指針指向一個存著多個一級間接塊的塊，三級同理，多級映射，就可以讓一個inode指向一個很大的文件。

3.一個inode指向的文件如果過大，可以跨組申請塊空間。（可能inode用完，block沒用完或者反過來，這時，雖然磁盤還有空間，但不能新建文件了）

掛載

指的是將文件系統附加到操作系統的目錄樹中的某個特定位置（稱為掛載點），從而使得該文件系統中的文件和目錄能夠被訪問和使用。

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1.一個磁盤必須分區格式化才能使用，一個分區也不能直接使用，需要掛載到指定的目錄才可以使用。

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2.df -h 查看掛載

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3.所以，雖然每個分區inode編號可能重復，但可以根據訪問目標文件的“路徑前綴”來判斷是在哪一個分區。

小知識

1.操作系統通過外設內部的寄存器將數據寫給或讀出外設。

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2.OS一次會讀取4KB，就會一次讀取32個文件的inode，可以減少IO次數，提高緩存效率。