操作系统——文件系统

文件系统

文件系统的组成

文件系统的概念

• 文件系统是操作系统中负责把用户的文件存到磁盘硬件中

  • 负责管理持久数据的子系统

• 基本数据单位：文件

  • 目的：对磁盘上的文件进行组织管理

• “万物皆文件”

  • 普通的文件和目录、管道、块设备、socket都是统一由文件系统管理

原理

• 为每个文件分配两个数据结构

  • 索引节点inode

    • 记录：文件的元信息

      • inode编号、文件大小、访问权限、创建/修改时间

      • 数据在磁盘中的位置

    • 索引节点是文件的唯一标识

      • 跟文件一一对应
        • 同样存储在硬盘中

  • 目录项dentry

    • 记录：文件的名字、索引节点指针、与其他目录项的层级关联关系

      • 不只是表示目录

      • 也可以表示文件

    • 目录项是由内核维护的一个数据结构

      • 存放在内存中

    • 目录也是文件

      • 普通文件保存文件数据

      • 目录文件保存子目录或者文件

    • 目录项vs目录

      • 区别

        • 目录是文件，存放在硬盘里

        • 目录项是内核的一个数据结构，缓存在内存中

      • 关系

        • 查询目录频繁从磁盘读，效率低

        • 内核把读过的目录用目录项这个数据结构缓存在内存中

          • 下次读到相同目录，直接从内存读

  • 关系

    • 目录项和索引节点是多对一的关系

      • 一个文件可以有多个别字

    • 区别

      • 索引节点存放在硬盘

      • 目录项存放在内存

• 文件数据如何存储在磁盘

  • 逻辑块/数据块

    • 磁盘读写的最小单位是扇区(512B)，读写效率低

    • 文件系统把多个扇区组成了一个数据块

      • 每次读写的最小单位就是逻辑块

      • linux中逻辑块大小为4KB(一次性读写8个扇区)

        • 提高读写效率

  • 加速文件访问：把索引节点加载到内存

    • 磁盘格式化后的存储区域

      • 超级块

        • 存储文件系统的详细信息
          • 块个数、块大小、空闲块等

      • 索引节点区

        • 存储索引节点

      • 数据块区

        • 存储文件或者目录数据

    • 加载策略：只有需要的时候加载进内存

      • 超级块：文件系统挂载时加载进内存

      • 索引节点区：当文件被访问时加载进内存

虚拟文件系统

文件的使用

文件的存储

文件系统的结构

目录的存储

软链接和硬链接

文件I/O