网站如何做友情链接,网站活动专题页面,wordpress评论不显示,泰安手机网站建设Linux基础IO拓展篇—详解文件系统
理解文件系统
在Linux基础IO篇中#xff0c;我们站在用户的视角对文件进行了理解#xff0c;主要是针对被打开的文件#xff0c;那么有没有没有被打开的文件呢#xff1f;当然有#xff01;今天我们换个视角#xff0c;来站在系统的角…Linux基础IO拓展篇—详解文件系统
理解文件系统
在Linux基础IO篇中我们站在用户的视角对文件进行了理解主要是针对被打开的文件那么有没有没有被打开的文件呢当然有今天我们换个视角来站在系统的角度侧重于磁盘级别的文件是如何被存储以及管理的
要了解磁盘文件我们先来了解一下磁盘
磁盘文件 内存是一种掉电且易失存储的介质 磁盘是一种永久性存储介质类似的还有SSDU盘flash卡光盘磁带都是永久性存储介质 磁盘是一个外设并且是我们计算机内部中唯一的一个机械设备因此其速度非常缓慢所以操作系统一定会有一些提速方式来提高用户体验感。
磁盘基本知识 参考以下博文 [磁盘的结构](5 分钟图解 磁盘的结构盘片、磁道、扇区、柱面_磁道和扇区_一剑何风情的博客-CSDN博客)
硬盘基本知识 了解完基本结构后我们再来思考数据存在磁盘的哪里呢 磁盘的盘面由一些磁性物质组成可以用这些磁性物质来记录二进制数据
由于磁盘的磁道被分为一个个扇区每个扇区就是一个“磁盘块‘并且各个扇区的数据量是相同的(一般是512字节因此越里面的扇区其中二进制数据就越密集越往外则相反。 如何在磁盘中读写数据 需要把”磁头“移动到想要读/写的扇区所在的磁道磁盘会在音圈马达的带动下转起来让目标扇区从磁头下划过才能完成对扇区的读/写操作。 磁盘的物理寻址方式—CHS寻址方式 我们可以用柱面号盘面号扇区号来定义任意一个”磁盘块“。这个块号就可以转换成地址的形式 根据此地址我们就能读取一个”磁盘块“ 先根据”“柱面号”移动磁臂让磁头指向指定柱面 再根据“盘面号”激活指定盘面对应的磁头 最后根据“扇区号”在磁盘旋转时指定的扇区会从磁头下面划过这样就成功找到地址并完成读/写
文件元
文件由文件内容和文件属性构成其中文件属性正是描述此文件的一些基本信息比如文件名大小以及创建时间文件的属性由被称为元信息也叫文件元数据 当我们使用命令ls -l 显示的信息正是文件的属性—文件元信息每行包含七列其中有 模式硬链接数文件所有者组大小最后修改时间文件名 文件元还能通过命令stat来读取更详细的信息 文件内容与文件属性在磁盘中是分开存储的其中保存文件元信息的结构为inode称之为文件的编号这个编号在所有的文件中是唯一且每个文件都有 使用命令ls -i 就可以查看每个文件对应的inode编号 在详细介绍inode之前我们先来了解一下文件结构
文件系统
前面我们提到过数据是存储在磁盘的盘面上的而想要进行文件的读/写操作则通过CHS寻址法来找到对应的“磁盘块”。
那这种寻址法究竟是如何做到的呢整个文件系统又是如何运作起来的呢
我们不妨可以这样想象一下磁盘是圆的但我们可以将其向磁带一样抽象成线性结构也就是将原本是圆形的磁盘拉成直带
经过这样一个抽象的过程我们可以将磁盘的管理想象成对这个数组结构的管理而CHS寻址方式就是通过一系列操作将数组下标转化成对应的柱面号盘面号以及扇区号这样一来想要访问一个扇区只需要知道数组下标即可
将数据存储到磁盘也就是将数据存储到数组找到磁盘特定的扇区位置就变成了找到数组的特定位置对磁盘的管理也变成了对数组的管理
在我们的电脑中有分为C盘和D盘这又是什么意思呢难道指的是哪个盘号吗当然不是磁盘会根据用户使用情况进行磁盘分区因此磁盘也叫块设备分区的单位为扇区也就是说若磁盘上一共分了100个扇区那么会根据用户的情况将这100个盘区进行划分管理比如C盘占有80个扇区而D区占有20个扇区这就是磁盘分区 这样一来对磁盘的管理又变成了对每个分区的管理而每个分区都会初始化也就是磁盘格式化会对每个分区又进行细分管理这就相当于磁盘是一个国家而扇区相当于国家占有的面积的划分单位国家又细分成省份各个省份的占地面积都不同也就是分到的扇区大小各异而省份又会被分为各个市也就是分区也是要被分出来管理的但每个分区的管理框架都一样只是填入的信息不同 这是Linux ext2文件系统上图为磁盘文件系统图内核内存映像肯定有所不同磁盘是典型的块设备硬盘分区会被划分为一个个的block(框架)。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 Groupext2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的信息被破坏可以说整个文件系统结构就被破坏了 GDTGroup Descriptor Table块组描述符描述块组属性信息 块位图Block BitmapBlock 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。 i节点表(inode Table):存放文件属性 如 文件大小所有者最近修改时间等 数据区Data blocks存放文件内容 Super Block
Super Block是需要被备份的因为磁盘有可能会出现物理上的数据丢失其里面记录的整个文件分区的属性集合就会随之丢失因此在每一个分区中都会有Super Block的备份并且因为记录的都是整个分区的属性集合因此看起来会很冗余但也大大加强了对文件系统属性信息的保护。
Data block
数据块是多个4KB(扇区*8)大小的集合保存的都是特定文件的内容 为什么不以扇区大小为单位 虽然磁盘的基本单位是扇区(512字节)但是操作系统(文件系统)和磁盘进行IO的基本单位是4KB因此磁盘又被称为块设备如果以512字节为单位进行IO会导致多次的IO进而导致效率的降低。还有一个原因就是如果操作系统和磁盘使用一样的大小如果换了磁盘使得磁盘大小变化那么操作系统的源代码也得跟着变化所以这样做有利于软硬件之间的解耦合。 inodeTable
前面我们提到过Linux下文件内容与文件属性在磁盘中是分开存储的其中保存文件元信息的结构为inode称之为文件的编号这个编号在所有的文件中是唯一且每个文件都有。 inode本质究竟是什么 inode是一个大小为128字节的空间保存的是对应文件的属性inodeTable其实就是所有文件的inode空间的集合由于每个文件都对应自己的属性且inodeTable块组内存在着所有文件的inode空间与文件一一对应因此这些空间是需要被标识且具有唯一性也就是每一个inode空间都要对应一个inode编号这样才能将文件对应的文件属性与inode联系起来并将文件属性保存在inode内。 一般而言一个文件一个inode一个inode编号文件内容就在datablock中申请空间并写进去 Blockbitmap
blockbitmap利用位图的思想用来判断datablock有没有被占用假设有100个datablock就有100个比特位每个比特位和特定的block是一一对应的若比特位被置为1则表示该block被占用
inodebitmap
同理blockmapinodebitmap也是利用了位图的思想不过是用来判读inode空间有没有被占用
Group descriptor table
块组描述符用来描述块组大小已用空间inode个数被占用inode个数剩余inode个数datablock个数等到信息 一个文件只有对应一个inode编号那只能有一个datablock吗 肯定不是的因为inode是描述文件属性的文件的属性当然只能是特定的因此只对应一个inode空间在inode空间会存放该文件对应在数据块中申请的内容空间的位置以此来找到对应的文件内容
struct inode
{//文件大小//文件inode编号//其他属性//存放文件内容的数据块的位置int blocks[SIZE];
}; 创建一个文件系统做了什么又是如何将文件内容与属性分开存放的 主要有四个操作 存储属性 内核先遍历inodebitmap找到一个空闲的i节点这里是263466并将此比特位置为1。然后在inodeTable中找到此inode对应的inode空间内核把文件信息记录到其中。 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300,500800。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。 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。也就是将块编号填入了inode中 添加文件名到目录 新的文件名abc。linux如何在当前的目录中记录这个文件内核将入口263466abc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。 理解创建文件名的最后一步添加文件名到目录 目录本身也是文件有自己的datablock其datablock中存储的是目录存放的文件的文件名与inode间的映射关系因此创建文件最后一步就是要把文件名与inode的映射关系通过写到磁盘上目录对应的datablock中因此同一目录下文件名不能重复也就是因为inode是唯一的。这也能解释为什么创建文件要有写权限访问文件名需要有r权限因为创建文件就是对目录文件的datablock进行写入的过程访问文件名则需要到目录文件的datablock读的过程 为什么删除文件比创建文件快 因为删除文件只需要将inodebitmap中对应的inode编号和blockbitmap对应的数据块位置 置为0-无效化。而inodeTable中对应的inode空间和datablock中的内容是不做处理的因为不需要他们是可以被覆盖写的所以删除文件速度快顺便说一下如果误操作删除了文件短时间内是可以恢复的只要不进行创建文件等操作将被删除的inode号申请走了并进行了覆盖在下一次被覆盖之前都可以恢复。
以上就是文件系统的全部内容如果有帮助的话你的三连是我学习的最大动力如果有不正确的内容欢迎批评指正
软硬链接
是不做处理的因为不需要他们是可以被覆盖写的所以删除文件速度快顺便说一下如果误操作删除了文件短时间内是可以恢复的只要不进行创建文件等操作将被删除的inode号申请走了并进行了覆盖在下一次被覆盖之前都可以恢复。
以上就是文件系统的全部内容如果有帮助的话你的三连是我学习的最大动力如果有不正确的内容欢迎批评指正
软硬链接
