文件系统_文件系统要维护的信息包括-程序员宅基地

技术标签： 操作系统  

计算机的文件是一种存储和组织计算机数据的方法，是一套实现了数据的存储、分级组织、访问和获取等操作的抽象数据类型。

设备文件

设备文件与系统的某个设备相对应。在内核中，每种设备文件都有与之相对应的设备驱动程序，用来处理设备的所有I/O请求。

设备划分为两类：
  • 字符型设备基于每个字符处理数据。终端和键盘
  • 块设备每次处理一块设备。块的大小取决于设备类型。磁盘和磁带设备。
磁盘和分区

常规文件和目录通常放在硬盘设备里，通过硬盘驱动器中盘片的高速旋转和磁盘上快速移动的读/写磁头，来获取或修改磁盘表面的磁性编码信息。

 fdisk -l  查看磁盘上的所有分区

这里写图片描述

cat /proc/partitions  记录每个磁盘分区的主辅设备编号，大小和名称

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文件类型
Windows:
    NTFS
    FAT32
Linux:
    EXT系列
文件系统结构

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  • 引导块：不为文件系统所用，只是包含用来引导操作系统的信息(双系统时用来引导)。
  • 超级块：包含文件系统的 i 节点表容量，文件系统中逻辑块大小，以逻辑块计的文件系统大小。
  • i 节点表：每个文件或目录在这里都对应有唯一一条记录。
  • 数据块：存放数据
i 节点所维护的信息如下：
  • 文件类型
  • 文件属主
  • 文件属组
  • 3类用户的访问权限
  • 3个时间戳
  • 指向文件的硬链接数量
  • 文件大小
  • 实际分配给文件的块数量，以512字节块为单位
  • 指向文件数据块的指针

然后来看看指向数据块的指针结构：
这里写图片描述

ext2中每个文件包含15个指针。

为什么这种设计：
  1. 维持 i 节点结构大小固定
  2. 支持任意大小的文件
  3. 文件系统可以以不连续方式来存储文件块
  4. 对小文件而言，支持快速访问
  5. 文件可以有黑洞，文件系统将i节点和间接指针块标记0，无需为其分配空字节的数据块
虚拟文件系统(VFS)

先来看一张图(终于不是黑白灰博客了)

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恩，图中已经很明显了，所谓虚拟文件系统，就是对不同类型文件兼容然后整成一套通用接口来方便用户的使用。
这套框架包括：
1、 为用户提供统一的文件和目录的操作接口，如 open, read, write
2、 抽象出文件系统共有的一些结构，包括“目录节点”inode、“超级块”super_block 等。
3、 面向具体的文件系统，定义一系列统一的操作“接口”， 如 file_operations, inode_operations, dentry_operation，具体的文件系统必须提供它们的实现。
4、 提供一套机制，让具体的文件系统融入 VFS 框架中，包括文件系统的“注册”和“安装”
5、 实现这套框架逻辑的核心代码

用户层通过系统调用和内核交互，假设用户层的命令就是从FAT文件系统cp文件到ext4文件系统，虚拟文件系统实际干了这样一个事，它提供了统一的数据结构，向上屏蔽，向下兼容。
  • 统一的数据结构：超级块用来描述文件系统的信息；inode,每一个文件都是一个inode,inode数据结构描述文件；目录项，比如我们查找/home/file的过程，/,home/,file都是目录项，通过它们才能索引到最终的文件。
  • 向下兼容：虽然linux内核支持多达40多种文件系统，但是无论是什么文件系统，都必须支持VFS提供的统一的数据结构，VFS不会关心具体文件系统得到统一的数据结构之后的处理过程，但是任意一个文件系统要想被Linux操作系统支持，那么必须提供VFS要求的统一的数据结构。
  • 向上屏蔽：上一层实际上还到不了用户层，我们的向上屏蔽是对于系统调用而言的，比如read和write操作的数据结构就是我们刚才说的那几个数据结构，这些系统调用不用针对不同的文件系统去采取不同的处理方式。
    这也是VFS的设计精妙之处。所以跨文件系统的cp实际上是FAT按照它的方式将数据读出来组织成VFS识别的数据结构传递给VFS，然后VFS再将数据结构写入ext4，ext4再按照自己对数据的组织方式将数据保存。正是因为有VFS这一层，Linux才真正实现了支持多种文件系统。
虚拟文件系统的几个数据结构

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就这样。。。
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于是。。。。。
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