关于linux文件系统的理解

Posted 2020-12-21

文件系统的理解一共分为了三个部分，第一个部分主要是VFS 的理解，第二个部分主要是linux 上的经典文件系统（ext2ext3）,最后再输出一下无持久存储的文件系统，通过以上三部分基本可以熟悉到文件系统的所有基础内容了.本文主要从VFS 的层面进行分析文件系统。我们知道linux 为了在支持本机的文件系统外同时允许访问其他操作系统的文件，用户态和文件系统之间加入了一个抽象层，该抽象层就是VFS，VFS 处于内核态。它的主要作用就是为了实现在linux系统里面那句万物皆文件的口号。
文件系统主要分三类：
1：基于磁盘的文件系统：主要包括了一些iso9660、FAT EXT2/3等，底层设备无非是存储块组成的一个列表。
2：虚拟文件系统，在内核中生成，主要是用户态获取内核态信息的一个通信方式
3：网络文件系统（NFS）
通用文件系统模型
VFS 不仅为文件系统提供了方法和抽象，还支持文件系统中对象的统一视图，该模型只存在于虚拟中，需要使用各种对象和函数指针与每种文件系统进行适配，所有文件系统的实现都需要提供与VFS 定义的结构配合。ext2与vfs结构之间的转换，几乎是可以不计损失时间。
对于文件的处理，用户态和内核态处理的对象有所不一样，对于用户程序来说对文件的处理主要是通过文件描述符标识。该描述符是一个整数，在对所有的文件操作中用做标识文件的参数，它在打开的时候由内核分配，只能在一个进程中有效，两个不通的进程可以使用相同的标识符，但他们不能指向同一个文件，所以通过文件描述符来共享文件是不行的。而内核处理文件的关键是inode，每个文件和目录都有一个inode，inode包含其他文件属性却并不包含文件名。
inode的成员主要有如下两类
1：描述文件状态的元数据，访问权限和修改日期
2：保存实际文件内容的数据段（数据指针）
为了更清楚的了解inode是如何构建文件系统的目录结构，我们用一个图可以很清晰的看出来（这里略）。其中查看inode的方法可以通过ls -li 查出
这里简单的介绍下链接，
软链接：每个软链接都会使用一个inode，相应的inode数据段包含的则是链接目标的路径
硬链接：硬链接创建后是无法区分源文件，创建的文件使用了同一个inode编号，这个有个问题如果我们删除了源文件，是否inode 也删除了呢？此时我们在inode中加入了一个计数器，对于每个硬链接计数器都会增加1，只有计数器为0 时系统才确定该文件不需要使用了。
inode和三个文件管理命令关系
cp和inode
分配一个空闲的inode号，在inode表中生成新条目
在目录中创建一个目录项，将名称与inode编号关联
拷贝数据生成新的文件
rm 和inode：
链接数递减，从而释放的inode号可以被重用
把数据块放在空闲列表中
删除目录项
数据实际上不会马上被删除，但当另一个文件使用数据块时将被覆盖
mv和inode
1、如果mv命令的目标和源在相同的文件系统，作为mv 命令
用新的文件名创建对应新的目录项
删除旧目录条目对应的旧的文件名
不影响inode表（除时间戳）或磁盘上的数据位置：没有数据被移动！、如果目标和源在一个不同的文件系统， mv相当于cp和rm
下一期 我们将针对VFS 的结构和文件操作进行分析。敬请关注！