unix/linux 文件系统结构浅析

一、物理磁盘到文件系统

文件系统用来存储文件内容、文件属性、和目录。这些类型的数据如何存储在磁盘块上的呢？unix/linux使用了一个简单的方法。如图所示.

它将磁盘块分为三个部分：
1)超级块，文件系统中第一个块被称为超级块。这个块存放文件系统本身的结构信息。比如，超级块记录了每个区域的大小，超级块也存放未被使用的磁盘块的信息。
2) i-节点表。超级块的下一个部分就是i-节点表，每个文件都有一些属性，如文件的大小、文件所有者、和创建时间等，这些性质被记录在一个称为i-节点的结构中。所有i-节点都有相同的大小，并且i-节点表是这些结构的一个列表，文件系统中每个文件在该表中都有一个i-节点。
3)数据区。文件系统的第3个部分是数据区。文件的内容保存在这个区域。磁盘上所有块的大小都一样。如果文件包含了超过一个块的内容，则文件内容会存放在多个磁盘块中。一个较大的文件很容易分布上千个独立的磁盘块中.

二、创建一个文件的过程
我们现在知道文件的内容和属性是分开存放的，那么又是如何管理它们的呢？现在我们以创建一个文件为例来讲解。在命令行输入命令：
$ who > userlist
当完成这个命令时。文件系统中增加了一个存放命令who输出内容的新文件，那么这整个过程到底是怎么回事呢？
文件的属性和内容：内核将文件内容存放在数据区，文件属性存放在i-节点，文件名存放在目录。图2显示了创建一个文件的例子，假如这个新文件要3 个存储块来存放内容。

包括如下四个步骤：

1)存储属性也就是文件属性的存储，内核先找到一块空的i-节点。图2中。内核找到i-节点号47。内核把文件的信息记录其中。如文件的大小、文件所有者、和创建时间等
2)存储数据即文件内容的存储，由于该文件需要3个数据块。因此内核从自由块的列表中找到3个自由块。图2中分别为627、200、992，内核缓冲区的第一块数据复制到块627，第二和第三分别复制到200和992.
3)记录分配情况，数据保存到了三个数据块中。所以必须要记录起来，以后再找到正确的数据。分配情况记录在文件的i-节点中的磁盘序号列表里。这3个编号分别放在最开始的3个位置。
4)添加文件名到目录，新文件的名字是userlist，内核将文件的入口(47,userlist)添加到目录文件里。文件名和i-节点号之间的对应关系将文件名和文件和文件的内容属性连接起来，找到文件名就找到文件的i-节点号，通过i-节点号就能找到文件的属性和内容。

三、创建一个目录的过程

前面说了创建一个文件的大概过程，那么创建一个目录时又是怎么回事呢？
我们知道，目录其实也是文件，只是它的内容比较特殊：包含文件名字列表，列表一般包含两个部分：i-节点号和文件名。所以它的创建过程和文件创建过程一样，只是第二步写的内容不同。一个目录创建时至少包括两个链接：“.”，“..”
我们可以通过系统命令来查看目录的内容：#ls -lia

上图的结果是文件名和对应的i-节点号，其中“.”表示是当前目录，而“..”是当前目录的父目录。但也有特殊情况，我们查看根目录的情况:

[root@localhost ~]# ls -i1a /
2 .
2 ..
98305 .autofsck
1310721 backup

我们发现“.”和“..”都指向i-节点2.实际上当用mkfs创建一个文件系统时，mkfs会将根目录的父目录指向自己

四、如果有大文件如何实现
文件内容的分配情况是必须记录在i-节点的磁盘序号列表里的。但是i-节点只包含一个最多含有13个项的分配链表,如果分配的数据块超过13个块时怎么办？
Linux用到一个间接块来解决此问题.比如我们要记录14个块的编号，可以把前面10个记录在i-节点的磁盘序号列表里。另外4个编号放在一个数据块中。在i-节点的第11项里记录存放编号的数据块的指针，通过这个指针就能找到余下的4个数据块的编号，这个用来存放编号的数据就叫间接块。（二次间接寻址找到数据）
但当间接块也存满了时我们还可以再开第二个间接块，甚至3、4、5。。。更多额外块。但内核并不会把这些块记录在文件的i-节点的第12、13项里。而是开辟一个新的块的来存放这些间接块的列表，并在i-节点的第12项存放这一新额外块的编号。这存放着那个存储着第2、3、4、及后继额外块的编号的块的编号，这个块称为二级间接块.
同理当二级间接块饱和时还可以开辟第三级。（三次间址）

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