文件系统（File System）

Posted 2020-11-03 吃饭睡觉打豆豆

什么是文件系统，引用百科解释：

　　操作系统中负责管理和存储文件信息的软件机构称为文件管理系统，简称文件系统。

文件系统是操作系统核心的组成部分，没有它我们无法完成对文件的增、删、改、查等基本操作

 

概念

　　在了解文件系统之前我们需要了解一些基本概念

• inode 索引节点 （index node）

　　我们知道文件都有文件名与数据，这在 Linux 上被分成两个部分：用户数据 (user data) 与元数据 (metadata)。用户数据，即文件数据块 (data block)

　　数据块是记录文件真实内容的地方；而元数据则是文件的附加属性，如文件大小、创建时间、所有者等信息

　　在 Linux 中，元数据中的 inode 号才是文件的唯一标识而非文件名，文件名仅是为了方便人们的记忆和使用，系统或程序通过 inode 号寻找正确的文件数据块

• block data（数据块）

　　　　数据块即真正存储用户数据的地方

　　　　每个数据块大小固定相等（1024或者4096）字节

　　　　数据块中主要存储的数据是 文件、目录文件

• dir_entry（目录结构 / 目录条目 / 目录文件）　　

　　　　目录结构实质也是一个数据块，该数据块类似于一个表格，记录当前目录下对应的文件名，和文件名对应的inode

• block bitmap（块位图）

　　在每个分区的数据的储存区是由一个又一个的数据块（data block）组成，在用户需要存储新的数据时需要遍历整个分区的数据块，这显然是非常耗时的，所以每个分区都存在一个快位图，每一个数据块在块位图中都存在一个标识符（1个bit），用于表示该块当前储存状态，在存入新数据时只需要遍历块位图就能快速找到空闲的数据块

• inode bitmap（inode位图）

　　　　inode在磁盘格式化完成后就已经完成分配，每个inode都有固定且唯一的ID

　　　　inode_map中每一位对应一个inode节点，标识其是否可用，每一位占用一个字节

　　　　inode_map大小通常与一个数据块的大小一样

• block group（块组）

　　　  文件系统将一个分区逻辑分成多个块组，每个块组都有其独立的 data block区、block bitmap、inode bitmap、inode区

　　　　具体分为多少组取决于分区大小，以及每个数据块大小

　　　　文件可以跨组保存

• 超级块

　　　　每个分区都有一个数据块来保存当前分区全局信息，每个块组中备份有一个

　　　　超级块中描述了每个分区包含多少块组、每个块组包含多少块、每个块的大小、空闲磁盘块、引用磁盘块、空闲inode、引用inode

• 块组描述符（GDT ： group descrpition table）

　　　   保存着当前分区有多少个块组，每个块组的起始位置

• boot block （引导块）

　　　　任何分区的第一个块是boot block ， 不能被使用

　　　　如果在当前分区装有操作系统，boot load 需要放在 boot block

　　　　开机是由MBR调用

　　　　

那文件系统又是如何查找文件的呢？

例如想要找到 /log/var/log/message 文件，如下图

找到根目录inode（自引用） -- 根目录数据块 -- var目录inode -- var目录数据块 -- log目录inode -- log目录数据块 -- message文件inode -- message文件

 

虚拟文件系统（VFS）