- 相關(guān)推薦
Linux文件系統(tǒng)的幾個(gè)要點(diǎn)
Linux的文件系統(tǒng)是一個(gè)比較復(fù)雜的體系，因?yàn)長(zhǎng)inux系統(tǒng)中文件就是一切，所以L(fǎng)inux系統(tǒng)有多復(fù)雜，Linux文件系統(tǒng)就有多復(fù)雜。本文就來(lái)詳解一下Linux文件系統(tǒng)的幾個(gè)要點(diǎn)。
一、 物理磁盤(pán)到文件系統(tǒng)
我們知道文件最終是保存在硬盤(pán)上的。硬盤(pán)最基本的組成部分是由堅(jiān)硬金屬材料制成的涂以磁性介質(zhì)的盤(pán)片，不同容量硬盤(pán)的盤(pán)片數(shù)不等。每個(gè)盤(pán)片有兩面，都可記錄信息。盤(pán)片被分成許多扇形的區(qū)域，每個(gè)區(qū)域叫一個(gè)扇區(qū)，每個(gè)扇區(qū)可存儲(chǔ)128×2的N次方（N＝0.1.2.3）字節(jié)信息。在DOS中每扇區(qū)是128×2的2次方＝512字節(jié)，盤(pán)片表面上以盤(pán)片中心為圓心，不同半徑的同心圓稱(chēng)為磁道。硬盤(pán)中，不同盤(pán)片相同半徑的磁道所組成的圓柱稱(chēng)為柱面。磁道與柱面都是表示不同半徑的圓，在許多場(chǎng)合，磁道和柱面可以互換使用，我們知道，每個(gè)磁盤(pán)有兩個(gè)面，每個(gè)面都有一個(gè)磁頭，習(xí)慣用磁頭號(hào)來(lái)區(qū)分。扇區(qū)，磁道（或柱面）和磁頭數(shù)構(gòu)成了硬盤(pán)結(jié)構(gòu)的基本參數(shù)，幫這些參數(shù)可以得到硬盤(pán)的容量，基計(jì)算公式為：
存儲(chǔ)容量＝磁頭數(shù)×磁道（柱面）數(shù)×每道扇區(qū)數(shù)×每扇區(qū)字節(jié)數(shù)
要點(diǎn)：
（1）硬盤(pán)有數(shù)個(gè)盤(pán)片，每盤(pán)片兩個(gè)面，每個(gè)面一個(gè)磁頭
�。�2）盤(pán)片被劃分為多個(gè)扇形區(qū)域即扇區(qū)
�。�3）同一盤(pán)片不同半徑的同心圓為磁道
�。�4）不同盤(pán)片相同半徑構(gòu)成的圓柱面即柱面
（5）公式： 存儲(chǔ)容量＝磁頭數(shù)×磁道（柱面）數(shù)×每道扇區(qū)數(shù)×每扇區(qū)字節(jié)數(shù)
�。�6）信息記錄可表示為：××磁道（柱面），××磁頭，××扇區(qū)
那么這些空間又是怎么管理起來(lái)的呢？unix/linux使用了一個(gè)簡(jiǎn)單的方法。如圖所示。
它將磁盤(pán)塊分為以下三個(gè)部分：
1） 超級(jí)塊，文件系統(tǒng)中第一個(gè)塊被稱(chēng)為超級(jí)塊。這個(gè)塊存放文件系統(tǒng)本身的結(jié)構(gòu)信息。比如，超級(jí)塊記錄了每個(gè)區(qū)域的大小，超級(jí)塊也存放未被使用的磁盤(pán)塊的信息。
2） I-切點(diǎn)表。超級(jí)塊的下一個(gè)部分就是i-節(jié)點(diǎn)表。每個(gè)i-節(jié)點(diǎn)就是一個(gè)對(duì)應(yīng)一個(gè)文件/目錄的結(jié)構(gòu)，這個(gè)結(jié)構(gòu)它包含了一個(gè)文件的長(zhǎng)度、創(chuàng)建及修改時(shí)間、權(quán)限、所屬關(guān)系、磁盤(pán)中的位置等信息。一個(gè)文件系統(tǒng)維護(hù)了一個(gè)索引節(jié)點(diǎn)的數(shù)組，每個(gè)文件或目錄都與索引節(jié)點(diǎn)數(shù)組中的唯一一個(gè)元素對(duì)應(yīng)。系統(tǒng)給每個(gè)索引節(jié)點(diǎn)分配了一個(gè)號(hào)碼，也就是該節(jié)點(diǎn)在數(shù)組中的索引號(hào)，稱(chēng)為索引節(jié)點(diǎn)號(hào)
3） 數(shù)據(jù)區(qū)。文件系統(tǒng)的第3個(gè)部分是數(shù)據(jù)區(qū)。文件的內(nèi)容保存在這個(gè)區(qū)域。磁盤(pán)上所有塊的大小都一樣。如果文件包含了超過(guò)一個(gè)塊的內(nèi)容，則文件內(nèi)容會(huì)存放在多個(gè)磁盤(pán)塊中。一個(gè)較大的文件很容易分布上千個(gè)獨(dú)產(chǎn)的磁盤(pán)塊中。
二、 創(chuàng)建一個(gè)文件的過(guò)程
我們從前面可以知道文件的內(nèi)容和屬性是分開(kāi)存放的，那么又是如何管理它們的呢？現(xiàn)在我們以創(chuàng)建一個(gè)文件為例來(lái)講解。
在命令行輸入命令：
$ who 》 userlist
我們可以通過(guò)系統(tǒng)命令ls來(lái)查看新建文件userlist的信息：（ls 命令后的i就表示打印i節(jié)點(diǎn)信息）
當(dāng)完成這個(gè)命令時(shí)。文件系統(tǒng)中增加了一個(gè)存放命令who輸出內(nèi)容的新文件userlist，那么這整個(gè)過(guò)程到底是怎么回事呢？
文件主要有屬性、內(nèi)容以及文件名三項(xiàng)。內(nèi)核將文件內(nèi)容存放在數(shù)據(jù)區(qū)，文件屬性存放在i-節(jié)點(diǎn)，文件名存放在目錄中。圖2顯示了創(chuàng)建一個(gè)文件的例子，假如這個(gè)新文件要3 個(gè)存儲(chǔ)塊來(lái)存放內(nèi)容。那么整個(gè)個(gè)程大概如下：
創(chuàng)建成功一個(gè)文件主要有以下四個(gè)步驟：
1） 存儲(chǔ)屬性 也就是文件屬性的存儲(chǔ)，內(nèi)核先找到一塊空的i-節(jié)點(diǎn)。圖3中。內(nèi)核找到i-節(jié)點(diǎn)號(hào)921130。內(nèi)核把文件的信息記錄其中。如文件的大小、文件所有者、和創(chuàng)建時(shí)間等
2） 存儲(chǔ)數(shù)據(jù) 即文件內(nèi)容的存儲(chǔ)，由于該文件需要3個(gè)數(shù)據(jù)塊。因此內(nèi)核從自由塊的列表中找到3個(gè)自由塊。圖3中分別為600、200、992，內(nèi)核緩沖區(qū)的第一塊數(shù)據(jù)復(fù)制到塊600，第二和第三分別復(fù)制到922和600.
3） 記錄分配情況，數(shù)據(jù)保存到了三個(gè)數(shù)據(jù)塊中。所以必須要記錄起來(lái)，以后再找到正確的數(shù)據(jù)。分配情況記錄在文件的i-節(jié)點(diǎn)中的磁盤(pán)序號(hào)列表里。這3個(gè)編號(hào)分別放在最開(kāi)始的3個(gè)位置。
4） 添加文件名到目錄，新文件的名字是userlist 內(nèi)核將文件的入口（47，userlist）添加到目錄文件里。文件名和i-節(jié)點(diǎn)號(hào)之間的對(duì)應(yīng)關(guān)系將文件名和文件和文件的內(nèi)容屬性連接起來(lái)，找到文件名就找到文件的i-節(jié)點(diǎn)號(hào)，通過(guò)i-節(jié)點(diǎn)號(hào)就能找到文件的屬性和內(nèi)容。
三、 創(chuàng)建一個(gè)目錄的過(guò)程
前面說(shuō)了創(chuàng)建一個(gè)文件的大概過(guò)程，也了解文件內(nèi)容、屬性以及入口的保存方式，那么創(chuàng)建一個(gè)目錄時(shí)又是怎么回事呢？
我現(xiàn)在test目錄使用命令mkdir 新增一個(gè)子目錄child：
從用戶(hù)的角度看，目錄child是目錄test的一個(gè)子目錄，那么在系統(tǒng)中這層關(guān)系是怎么實(shí)現(xiàn)的呢？實(shí)際上test目錄包含一個(gè)指向子目錄child的i-節(jié)點(diǎn)的鏈接，原理跟普通文件一樣，因?yàn)槟夸浺彩俏募�。目錄在系統(tǒng)中的保存方式和結(jié)構(gòu)大概如下：
目錄其實(shí)也是文件，只是它的內(nèi)容比較特殊。所以它的創(chuàng)建過(guò)程和文件創(chuàng)建過(guò)程一樣，只是第二步寫(xiě)的內(nèi)容不同。
1） 系統(tǒng)找到空閑的i-節(jié)點(diǎn)號(hào)887220，寫(xiě)入目錄的屬性
2） 找到空閑的數(shù)據(jù)塊1002來(lái)存儲(chǔ)目錄的內(nèi)容，只是目錄的內(nèi)容比較特殊，包含文件名字列表，列表一般包含兩個(gè)部分：i-節(jié)點(diǎn)號(hào)和文件名，這個(gè)列表其實(shí)也就是文件的入口，新建的目錄至少包含三個(gè)目錄”。”和”。�！逼渲小��！敝赶蜃约�，”。�！敝赶蛏霞�(jí)目錄，我們可以通過(guò)比較對(duì)應(yīng)的i-節(jié)點(diǎn)號(hào)來(lái)驗(yàn)證，887270 對(duì)應(yīng)著上級(jí)目錄中的child對(duì)應(yīng)的i-節(jié)點(diǎn)號(hào)
3） 記錄分配情況。這個(gè)和創(chuàng)建文件完全不樣
4） 添加目錄的入口到父目錄，即在父目錄中的child入口。
一般都說(shuō)文件存放在某個(gè)目錄中，其實(shí)目錄中存入的只是文件在i-節(jié)點(diǎn)表的入口，而文件的內(nèi)容則存儲(chǔ)在數(shù)據(jù)區(qū)。圖3中，我們一般會(huì)說(shuō)“文件userlist在目錄test中”，其實(shí)這意味著目錄test中有一個(gè)指向i-節(jié)點(diǎn)921130的鏈接，這個(gè)鏈接所附加的文件名為userlist，這也可以這樣理解：目錄包含的是文件的引用，每個(gè)引用被稱(chēng)為鏈接。文件的內(nèi)容存儲(chǔ)在數(shù)據(jù)塊。文件的屬性被記錄在一個(gè)被稱(chēng)為i-節(jié)點(diǎn)的結(jié)構(gòu)中。I-節(jié)點(diǎn)的編號(hào)和文件名關(guān)聯(lián)起來(lái)存在目錄中。
注意：其中“�！北硎臼钱�(dāng)前目錄。而“。�！笔钱�(dāng)前目錄的父目錄。但也有特殊情況：如我們查看根目錄/的情況：
發(fā)現(xiàn)“�！焙汀�。�！倍贾赶騣-節(jié)點(diǎn)2。實(shí)際上當(dāng)我們用mkfs創(chuàng)建一個(gè)文件系統(tǒng)時(shí)，mkfs都會(huì)將根目錄的父目錄指向自己。所以根目錄下。和。。指向同一個(gè)i-節(jié)點(diǎn)也不奇怪了。
四、 理解鏈接
鏈接分為兩種，1是硬鏈接，2是符號(hào)鏈接（也稱(chēng)為軟鏈接）
1、 硬鏈接
硬鏈接（had link），是將目錄鏈接到文件樹(shù)的指針，硬鏈接同時(shí)也是將文件名和文件本身鏈接起來(lái)的指針
我們現(xiàn)在進(jìn)入目錄child：并輸入法以下命令
我們發(fā)現(xiàn)通過(guò)ln建立的鏈接文件mylink對(duì)應(yīng)的i-節(jié)點(diǎn)也是921130.和上一級(jí)目錄下的userlist指向的i-節(jié)點(diǎn)號(hào)是一樣的。由此我們可以知道m(xù)ylink和。。/userlist其實(shí)是指向同一個(gè)i-節(jié)點(diǎn)號(hào)，也可以理解為這兩者其實(shí)是同一個(gè)文件。
創(chuàng)建一個(gè)鏈接的步驟大概如下：
1） 通過(guò)原文件的文件名找到文件的i-節(jié)點(diǎn)號(hào)
2） 添加文件名關(guān)聯(lián)到目錄，新文件的名字是mylink 內(nèi)核將文件的入口（921130，mylink）添加到目錄文件里。
和創(chuàng)建文件的過(guò)程比較發(fā)現(xiàn)，鏈接少了寫(xiě)文件內(nèi)容的步驟，完全相同的是把文件名關(guān)聯(lián)到目錄這一步
現(xiàn)在.i- 節(jié)點(diǎn)號(hào)921130對(duì)應(yīng)了兩個(gè)文件名。鏈接數(shù)也會(huì)變成2個(gè)，文件的內(nèi)容并不會(huì)發(fā)生任何變化。前面我們已經(jīng)講了：目錄包含的是文件的引用，每個(gè)引用被稱(chēng)為鏈接。所以鏈接文件和原始文件本質(zhì)上是一樣的，因?yàn)樗鼈兌际侵赶蛲粋�(gè)i-節(jié)點(diǎn)。由于此原因也就可以理解鏈接的下列特性：你改變其中任何一個(gè)文件的內(nèi)容，別的鏈接文件也一樣是變化；另外如果你刪除某一個(gè)文件，系統(tǒng)只會(huì)在所指向的i-節(jié)點(diǎn)上把鏈接數(shù)減1，只有當(dāng)鏈接數(shù)減為零時(shí)才會(huì)真正釋放i-節(jié)點(diǎn)。
硬鏈接有兩個(gè)特點(diǎn)：
1）不能跨文件系統(tǒng)
2）不能對(duì)目錄
2、符號(hào)鏈接
另外還有一種符號(hào)鏈接，也稱(chēng)“軟鏈接”，符號(hào)鏈接是通過(guò)文件名引用文件，而不是i-節(jié)點(diǎn)號(hào)，這和硬鏈接的原理完全是不同的，我們先看屬性：
發(fā)現(xiàn)通過(guò)ln –s 創(chuàng)建的軟鏈接mylink2的i-節(jié)點(diǎn)是1574059，和。。/userlist的不相同。軟鏈接的好處就是可以跨不同的文件系統(tǒng)，而且可以鏈接目錄。
以上就是Linux文件系統(tǒng)的要點(diǎn)的介紹了，因?yàn)長(zhǎng)inux一切設(shè)備都是文件的特性，所以L(fǎng)inux文件系統(tǒng)太重要的，最好把這些要點(diǎn)都記熟了。
【Linux文件系統(tǒng)的幾個(gè)要點(diǎn)】相關(guān)文章：
linux的文件系統(tǒng)03-07
Linux文件系統(tǒng)結(jié)構(gòu)分析論文02-25
Linux 文件系統(tǒng)管理03-07
Linux學(xué)習(xí)基本要點(diǎn)03-09
Linux學(xué)習(xí)基本要點(diǎn)01-25
簡(jiǎn)單地講解Linux的文件系統(tǒng)及相關(guān)的掛載命令02-28