linux系统上的文件管理

一、 inode、data block与super block

1. inode用于记录文件的属性与权限等信息；一个文件占用一个inode，同时inode还记录了该文件的data block的位置。inode的大小有128、256字节两种规格。

2. data block:用于存储文件的实际内容。块大小为1K、2K、4K字节三种规格。

3. super block: 记录文件系统的整体信息，包括了inode与data block的总量、已使用量、剩余的旦、卷标、文件系统格式等相关的信息。可以使用tune2fs -l Partition_Name来查看。

注意：以ext2文件系统为例，对于128字节的inode，除了存储文件的权限属性等信息外，只能存12个4字节的文件指向的数据块号码。那对于一个大文件来呢，需要几十上百万个数据块来存放文件内容。这个怎么弄？其中inode除了12个直接的数据指向以外，还有一个间接、一个双间接、一个三间接的记录区。所谓间接的意思就是inode的直接指向会指向一个数据block，这个block不存数据，而是存放的文件的数据块的号码。对于1K大小的数据块，可以存储256个指向。而256个数据区块，可以存储的文件大小为256KB；双间接可以存储64MB数据，三间接可以存储16G大小的文件； 对于2K和4K大小以及其他文件系统，算法不相同。但都借用了数据区块来存放数据区块号。

二、 文件是如何存取的

每个文件系统在其内部划分了多个block group，而每个block group内又包括了以下几个内容：

1. super block: inode与数据区块的总量，剩余的数量，inode与数据区块的大小，保留等信息。第一个块组肯定有超级块，后续的块组，有的有，有的没有。

2. 文件系统描述： 描述区块群组的开始与结束的区块，以及说明每个区段（超级区块、对照表、inode对照表、数据区块）分别介于哪一个区块之间，这部分也能用dumpe2fs来查看。

3. block bitmap：用于记录哪些block是空的，哪些是已经使用的。

4. inode bitmap: 用于记录哪些inode是空的，哪些是已经使用的。

5. inode table： 用于存储文件属性以及该文件数据区块号码

6. data block： 用于存储文件的实际内容。

存取文件时，先检查用户对目录是否有写和执行权限；接着系统通过inode bitmap查询哪些inode表是空的，将新文件的属性写入空的inode表；根据block bitmap查找哪些data block是空的，是空的则可以将文件内容写入到这些block中；更新inode bitmap以及block bitmap，并更新超级块的信息。

三、 系统如何通过路径读取文件内容

举例说明，查找/etc/passwd文件

1. 先查找/的inode号码，/的inode里有记录/对应的data block；

2. 在/的data block中找到etc目录对应的inode

3. 读取etc目录对应的inode表中，找到etc目录的数据块

4. 在etc目录的数据块中，找到passwd文件的inode号码

5. 读取passwd文件的inode中数据块指向，并将内容读取出来。

总结： 从根目录开始，先找inode，通过inode找到对应的数据区块；在数据区块中，分两种情况：1. 该文件是目录，则数据区块记录了其下属子目录及文件的文件名以及对应的inode; 2. 该文件是非目录文件，则数据区域记录了文件的内容。 通过inode--->block--->inode--->block依次循环来读取文件。在这个过程中，需要检查用户对目录及文件的权限。

四、 硬链拉与软链接

1. 硬链接是指向同一个inode的多个文件路径； 目录不支持硬链接，不能跨文件系统，创建硬链接会增加inode计数。

2. 软链接指向的是文件实际的访问路径，可以跨文件系统，支持对目录创建软链接，删除软链接不会影响原文件。

五、 MBR

存储设备的第一个扇区，也就是最前面的512字节，叫做入引导记录

1. 主引导记录的结构

主引导记录只有512字节，放不了太多东西，它的主要作用是告诉计算机到硬盘的哪一个位置去找操作系统。

主引导记录由以下3个部分组成：

A. 第1-446字节：调用操作系统的机器码

B. 第447-510字节：分区表 （Partition table)

C. 第511-512字节：主引导记录签名（0X55和0XAA）

2. 分区表

硬盘分区有很多好处，考虑到每个区可以安装不同的操作系统，主引导记录呢须知道 将控制权转交给哪个区。

分区表的长度只有64字节，里面又分成4项，每项16字节。所以一个硬盘 最多只能分4个一级分区，又叫作主分区。每组的记录区主要记录了该区段的起始与结束的柱面号码。

每个主分区的16个字节由以下6部分组成：

A. 第1个字节，如果为0X80，就表示该主分区是激活分区，控制权要转交给这个分区。4个主分区里面只能有一个分区是激活的。

B. 第2-4字节：主分区第一个扇区的物理位置（柱面、磁头、扇区号等）

C. 第5字节：主分区类型

D. 第6-8字节：主分区最后一个扇区的物理位置

E. 第9-12字节：该主分区第一个扇区的逻辑地址

F. 第13-16字节：主分区的扇区总数。

最后的4字节（主分区的扇区总数）决定了这个主分区的长度，也就是说，一个主分区的扇区总数最多不超过2的32次方。

如果每个扇区为512字节，则意味着单个分区最大不超过2TB。再考虑到扇区的逻辑地址也是32位，所以单个硬盘可利用的最大空间也不超过2TB。如果想再使用更大的硬盘，只有两个方法：一是提高每个扇区的字节数，二是增加扇区总数。

六、 文件名存储在哪里，文件的属性存储在哪里

1. 目录也是文件；

2. 文件的文件名存储在目录的数据块中；

3. 文件的属性，权限等信息存储在inode中；