[OS-Linux]详解Linux的文件系统inode和动静态库

Posted 2023-02-28 TT在长大

本文详解了Linux中的文件系统，包括inode、软连接，硬链接、动静态库。

目录

一、理解文件系统

二、inode

三、硬链接和软连接

1.硬链接

2.软连接

四、动态库和静态库

 1. 静态库与动态库的概念

2.静态库

3.动态库

4.使用外部库

5.库文件名称和引入库的名称

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一、理解文件系统

使用ls -l的时候看到的除了看到文件名，还看到了文件元数据。

 每行包含7列，分别是：

1. 模式
2. 硬链接数
3. 文件所有者
4. 组
5. 大小
6. 最后修改时间
7. 文件名

ls -l读取存储在磁盘上的文件信息，然后显示出来 

 除了通过这种方式来读取，还有一个stat命令能够看到更多信息。

 下面对其中几个信息进行解释。

二、inode

下图为磁盘文件系统图（内核内存映像会有所不同）。

磁盘是典型的块设备，硬盘分区被划分为一个个的block。一个block的大小是由格式化的时候确定的，并且不可以更改。例如mke2fs的-b选项可以设定block大小为1024、2048或4096字节。而上图中启动块（Boot Block）的大小是确定的， 

Block Group：ext2文件系统会根据分区的大小划分为数个Block Group。而每个Block Group都有着相同的结构组成。

超级块（Super Block）：存放文件系统本身的结构信息。记录的信息主要有：bolck 和 inode的总量，未使用的block和inode的数量，一个block和inode的大小，最近一次挂载的时间，最近一次写入数据的时间，最近一次检验磁盘的时间等其他文件系统的相关信息。Super Block的信息被破坏，整个文件系统结构就被破坏了。

GDT（Group Descriptor Table）：块组描述符，描述块组属性信息。

块位图（Block Bitmap）：Block Bitmap中记录着Data Block中哪个数据块已经被占用，哪个数据块没有被占用。

inode位图（inode Bitmap）：每个bit表示一个inode是否空闲可用。

inode节点表：存放文件属性，如：文件大小，所有者，最近修改时间等.

数据区：存放文件内容。

将属性和数据分开存放实际上是如何工作的呢？我们通过touch一个新文件来看看如何工作。

 创建一个新文件主要有一下4个操作：

1. 存储属性
        内核先找到一个空闲的i节点（这里是1056022）。内核把文件信息记录到其中。

2. 存储数据
        该文件需要存储在三个磁盘块，内核找到了三个空闲块：300,500，800。将内核缓冲区的第一块数据复制到300，下一块复制到500，以此类推。

3. 记录分配情况

        文件内容按顺序300,500,800存放。内核在inode上的磁盘分布区记录了上述块列表。

4. 添加文件名到目录

        新的文件名test.c。linux内核将入口（1056022，test.c）添加到目录文件。文件名和inode之间的对应关系将文件名和文件的内容及属性连接起来。

它们是怎样来连接的呢？

三、硬链接和软连接

1.硬链接

真正找到磁盘上文件的并不是文件名，而是inode。 在linux中可以让多个文件名对应于同一个inode。

ln test.c def
ls -1i

 我们可以看到，test.c和def的链接状态完全相同，他们被称为指向文件的硬链接。内核记录了这个连接数，inode 1056022 的硬连接数为2。

2.软连接

硬链接是通过inode引用另外一个文件，软链接是通过名字引用另外一个文件。

ln -s test.c def2
ls -1i

另外，这里的 

Access 最后访问时间
Modify 文件内容最后修改时间
Change 属性最后修改时间

四、动态库和静态库

 1. 静态库与动态库的概念

静态库（.a）：程序在编译链接的时候把库的代码链接到可执行文件中。程序运行的时候将不再需要静态库
动态库（.so）：程序在运行的时候才去链接动态库的代码，多个程序共享使用库的代码。
一个与动态库链接的可执行文件仅仅包含它用到的函数入口地址的一个表，而不是外部函数所在目标文件的整个机器码
在可执行文件开始运行以前，外部函数的机器码由操作系统从磁盘上的该动态库中复制到内存中，这个过程称为动态链接（dynamic linking）
动态库可以在多个程序间共享，所以动态链接使得可执行文件更小，节省了磁盘空间。操作系统采用虚拟内存机制允许物理内存中的一份动态库被要用到该库的所有进程共用，节省了内存和磁盘空间。

2.静态库

生成静态库：

ar -rc libmymath.a add.o sub.o

 查看静态库中的目录列表：

ar -tv libmymath.a

 t:列出静态库中的文件
v:verbose 详细信息

gcc main.c -L. -lmymath

-L 指定库路径
-l 指定库名

库搜索路径：
        从左到右搜索-L指定的目录。
        由环境变量指定的目录：（LIBRARY_PATH）
        由系统指定的目录：/usr/lib/usr/local/lib

3.动态库

生成动态库：

shared: 表示生成共享库格式
fPIC：产生位置无关码(position independent code)
库名规则：libxxx.so

gcc -fPIC -c sub.c add.c
gcc -shared -o libmymath.so*.o
ls add.c add.h add.o libmymath.so main.c sub.c sub.h sub.o

使用动态库：
编译选项
        l：链接动态库，只要库名即可(去掉lib以及版本号)
        L：链接库所在的路径.

 gcc main.o -o main –L. -lhello

运行动态库 ：

1、拷贝.so文件到系统共享库路径下, 一般指/usr/lib
2、更改LD_LIBRARY_PATH

export LD_LIBRARY_PATH=.
gcc main.c -lmymath

3、ldconfig 配置/etc/ld.so.conf.d/，ldconfig更新

cat /etc/ld.so.conf.d/bit.conf
ldconfig

4.使用外部库

系统中其实有很多库，它们通常由一组互相关联的用来完成某项常见工作的函数构成。比如用来处理屏幕显示情况的函数（ncurses库）

gcc -Wall calc.c -o calc -lm

-lm表示要链接libm.so或者libm.a库文件

5.库文件名称和引入库的名称

如：libc.so -> c库，去掉前缀lib，去掉后缀.so,.a