文件系统与软硬链接

Posted 2022-08-10 白龙码~

文章目录

• 文件系统与软硬链接
• • 一、硬盘
  • • 1、固态硬盘(Solid State Disk, SSD)
    • 2、机械硬盘(Hard Disk Drive, HDD)
    • • I.磁盘容量公式
  • 二、文件系统
  • • 1、机械硬盘的分块管理
    • 2、ext系列文件系统
    • • I.块信息
      • II.目录与映射表
      • III.属性、数据的分离
      • IV.文件的三个时间
  • 三、软硬链接与ln命令
  • • 1、硬链接
    • • I.普通文件
      • II.目录
    • 2、软链接

文件系统与软硬链接

一、硬盘

硬盘分为固态硬盘与机械硬盘，其中机械硬盘相对容量大且价格便宜，所以在服务器中应用广泛。

1、固态硬盘(Solid State Disk, SSD)

固态硬盘是一种基于闪存的存储技术。它的读写速度取决于闪存芯片的性能，一般比机械硬盘快4~20倍。

2、机械硬盘(Hard Disk Drive, HDD)

磁盘是机械硬盘的存储介质。一个磁盘的上下表面称为盘面，盘面上覆盖着磁性记录材料。

每个盘面都对应一个磁头用来读写：

磁盘的盘面是由一组称为磁道的同心圆组成的，每个磁道被划分为一组扇区，每个扇区存储相同数量的数据位，通常为512字节(内外磁道的磁性记录材料密度不同)。

扇区与扇区之间的空隙用来存储标识扇区的格式化信息。

每个盘面拥有相同数量的磁道，将它们从内向外编号，那么所有盘面中相同编号的磁道将构成一个柱面：

I.磁盘容量公式

盘面数 × 每个盘面的磁道数 × 每个磁道的扇区数 × 扇区大小

二、文件系统

1、机械硬盘的分块管理

为了方便操作系统管理，现代磁盘的复杂构造被简化为由B个扇区大小的逻辑块构成的序列，编号为0~B-1。

每个逻辑块的编号可以被磁盘控制器翻译成(盘面，磁道，扇区)的三元组，经过盘面和磁头的旋转(寻道)，完成对实际磁盘物理位置的读写。

2、ext系列文件系统

事实上，内核在读写硬盘数据时，一次性最少读写一个块(Block)。默认一个块的大小为4KB，即8个扇区大小的逻辑块。

文件被存储在块(Block)中，由内核的文件管理系统对这些块进行统一的管理，以ext系列文件系统为例：

I.块信息

• 引导块用来存储磁盘分区信息和启动信息，任何文件系统不得修改该块的内容。

• 组块0~n拥有相同的结构：

  1. 超级块：描述当前组块的信息，如inode数量及大小、数据块数量及大小；

  2. 组块描述表：描述当前组块的各部分起始位置，如块位图起始位置；

  3. 块位图：记录数据块的区块的使用情况；

  4. inode位图：记录inode的使用情况；

  5. inode表：表中的每一个inode记录了对应文件除了文件名以外的所有属性信息，如大小、读写权限、atime、mtime、ctime等。此外，inode还会记录文件所在的区块。

     注：每个inode都对应一个inode号码，可以理解为inode表中的索引。

  6. 数据块：文件数据存储的地方，每个数据块被分成许多小的区块，一个区块只能存储一个文件的数据，其使用情况存储在块位图中。如果文件大于区块大小，则该文件占用多个区块；如果文件小于区块大小，则区块剩余容量不再使用。

II.目录与映射表

当创建一个目录文件时，ext文件系统会分配一个inode和至少一个数据区块给该目录。其中，inode存储该目录的属性和对应数据区块；数据区块则存储了该目录下的文件名和inode号码的一一映射关系(正因如此，一个目录下不允许出现同名文件)。

III.属性、数据的分离

ext文件系统利用inode存储文件属性，数据区块存储文件数据，做到了属性与数据的分离存储。

IV.文件的三个时间

文件的三个时间是文件的属性信息，其具体内涵为：

1、atime(access time)：访问时间，即最近一次读取该文件的时间；

2、mtime(modify time)：修改时间，即最近一次修改文件内容的时间；

3、ctime(change time)：状态改动时间，即最近一次修改文件属性的时间，包括文件名、文件大小、文件权限、文件所有者等属性信息。

使用touch 文件名命令可以将目标文件的三个时间修改为当前系统的时间。

使用stat命令查看文件的属性，其中包括三个时间、inode号码和链接数等信息：

三、软硬链接与ln命令

1、硬链接

硬链接相当于一个文件的别名。在创建时，文件系统不会为它分配独立的inode，而是让该文件的inode与链接文件相同。

因此，硬链接文件与原文件只有名字上的不同，实际上指向的是同一份文件。

硬链接命令： ln 原文件名 链接文件名

I.普通文件

一个普通文件的初始链接数为1(即文件本身)，当创建硬链接时，链接数变为2，且链接文件与原文件的inode相同。

II.目录

一个目录的初始链接数为2，进入到该目录可以发现两个默认目录：.和..。

.是当前目录的硬链接，再加上目录本身，所以初始链接为2。

如果在当前目录下再创建新目录，就会导致链接数加1，因为每一个新目录都有..，它是上一级目录的硬链接。

2、软链接

软链接相当于一个文件的快捷方式。在创建时，文件系统会为它分配独立的inode，但是仅存储链接文件的路径信息，不存储有效数据。

软链接命令：ln -s 原文件名 链接文件名

原文件和软链接文件的inode不同，且创建软链接文件不会导致链接数增加。