硬盘与文件系统

Posted 2020-09-26

1硬盘的物理组成:原型盘片，加磁头组成。

一个盘片有2面 ，有多个柱面，有多个扇区，多个磁道。

每一个扇区大小相同都是512bit,每一个磁道有相同数目的扇区（扇区存储的数据相同但是密度不同），每一个扇区可用3维坐标来表示（柱面，磁头，扇区），

硬盘的容量可表示为: C=A*B

A=(磁头数*柱面数)=多少个磁道

又因为每个磁道扇区数目相等以及每个扇区存储数据相同，也就是每个磁道存储的数据大小相等

B=（磁道容量=扇区数量*扇区大小）

第一个扇区就是（0,0，1）就是主引导程序（mbr）446b和分区表64b

 

2磁盘分区:代表的是高速操作系统次分区可以访问从a柱面到b柱面的之间的块。

因为磁盘分区表只有64个字节所以只能记录4条分区的记录 （这4条记录称为主分区（p）和扩展分区（e））其中扩展分区还可以在划分但是主分区不可以.

如可以划分为 p+p+p+p

或者p+p+p+e（e可以再划分）

只可以格式化p或者可扩展分区的逻辑分区，即扩展分区不能被整体格式化

3分区完成之后要格式化:目的是使分区成为能被操作系统利用的文件系统。

如windows 是ntfs 而linux正规文件系统是ext2

4.以前一个分区只可以格式化为一个文件系统。现在可以一个分区可以挂在多个文件系统

由于上面原因：现在我们称一个可以被挂载的数据为一个文件系统

5.文件系统的如何运行:一般一个文件系统分为:3个文件块

一个是inode 块（记录文件的属性权限，还有文件数据所在的block块号）

一个是block 块（实际记录文件的数据，文件太大可以占多个块）

一个是super block块（记录inode 和block的使用情况,文件系统的格式和相关信息）

6文件系统的访问:索引式访问和链表式访问。

Linux是索引式访问

U盘是fat格式为链表式访问

7.inode和block块在格式化完成后就被文件系统分好啦

文件系统可以分为多个块组,，每个块组都有自己的（super block， inode， block）

启动扇区

Block group1

Block group2

Block group3

Block group4

每一个block group 又可以分为

Superblock

文件系统描述

块对应表

Inode对应表

Inode table

datablock

 

在文件系统的最前面的一个扇区安装引导驱动程序（mbr）

8.data block 在ext2下有3种大小：1kb,2kb,4kb

每一个文件都会占用一个或多个block ,所以合理设置block很重要，会对内存的利用率提高。

9inode table

文件权限,属性记录区

12个直接记录区

一个间接记录区

一个双间接记录区

一个3间接记录区

12个直接记录block号   inode ->block   可以有12block号

假设一个block分为1kb，每个block占4个字节

间接记录Inode->block->block：  可以有：1*1kb/4=256个block号

双间接记录Inode->block->block->block

3间接记录Inode->block->block-> block->block

9.superblock（大小为1024个字节） 使用过dumpe2fs命令查看。

主要记录block与inode的总量，以及使用情况以及（block的大小（1,2,4kB），或者inode的大小（128B））,文件系统的挂载时间，最近一次写入磁盘的时间，最近一次检验磁盘的时间等

Vaildbit 代表文件系统是否被挂载（1时被挂载，0未被挂载）

一般superblock只有一个，若有多个只是第一个的备份，用于数据的恢复

10.inode 对应表代表inode的使用情况

11.block 块对应表代表block的使用情况

12.文件系统描述符代表的是每一个block group的详细信息，如开始block,结束block,以及每一个区段的各个描述表所在的位置。

13文件系统与目录树的关系

1每个文件或目录都会占用一个inode号用于文件的属性与权限

2.每个文件或目录会分配多个block用于存储真正的数据

对于目录，inode存储的是目录的相关属性与权限，block记录的是目录下的文件名和文件名占用的inode号

对于文件，inode记录文件的相关信息，block记录真正的数据（先用直接，后间接后…）

3目录树的读取：系统根挂载点的信息找到挂载点号码得到根目录的inode内容，得到根目录的block文件数据,在一层层的往下读。

4关于文件系统的大小与读写性能：

如果文件过于离散，则把数据全部复制出来再格式化一下文件系统在复制回去。

分区不适宜过大，应该对主机的用途做划分。

14.ext2和ext3文件的访问和日志文件系统的功能

当新增一个文件时根据权限检查，从inode 对应表找出未使用的inode并将文件相关属性权限信息写入inode，根据block对应表 找出未使用的block写入数据,更新inode对应表和block对应表以及superblock表

日志文件系统的由来:由于文件存入是可能会导致block bitmap 和inodebitmap未作出及时处理，导致文件系统不一致，所以ext2每次系统都回检查全部磁盘，从而浪费时间

Ext3比ext2多一个日志文件系统

日志文件工作流程：

1预备文件准备录入的信息

2写入块表和inode表，更新medadata表

3日志文件记录流程.

优点:无需检查全部磁盘，只需要看日志文件即可.

 

15linux文件系统的操作：会缓冲常用的文件数据到内存，物理内存会被用光，未被改动的文件设置为clean改动过得设置为dirty，可以通过sync同步写入磁盘

正常关机会自动调用sync,非自动关机可能会导致磁盘数据的损毁。

16.文件系统与挂载点

文件系统只有与目录树结合才能被使用，这个称为挂载。

挂载点一定是目录，目录为该文件系统的入口。