目錄

一、磁盤

1、磁盤的物理結構

2、磁盤的存儲結構

3、磁盤的抽象結構

二、文件系統(tǒng)與inode

1、初識inode

2、文件系統(tǒng)

3、用inode編號找文件屬性和內(nèi)容

4、inode和文件名的關系

5、創(chuàng)建一個文件

6、查看一個文件

7、刪除一個文件

三、軟硬鏈接

1、軟連接

2、硬鏈接

一、磁盤

磁盤可以存儲大量的二進制數(shù)據(jù)，并且斷電后也能保持數(shù)據(jù)不丟失。因此磁盤是一種永久性存儲介質，在計算機中，磁盤是一個外設，也是唯一的機械設備。既然磁盤是一個外設，那么就意味著，磁盤和內(nèi)存（掉電易失存儲介質）相比就比較慢了。

目前所有的普通文件都是在磁盤中存儲的。磁盤在馮諾依曼體系結構當中既可以充當輸入設備，又可以充當輸出設備。

1、磁盤的物理結構

磁盤的盤片/盤面是用來存儲數(shù)據(jù)的，兩面都有。磁頭（每一面都有一個磁頭）和盤面并沒有接觸。中間有音圈馬達，一旦磁盤通電之后，盤片旋轉，磁頭擺動，馬達可以控制磁頭擺動，控制盤片旋轉，通過磁頭將二進制數(shù)據(jù)寫到磁盤上。

因為磁盤上存儲的是二進制數(shù)據(jù)，數(shù)據(jù)是兩態(tài)的，而磁盤上有許多小的磁鐵顆粒，所以磁頭是通過改變磁盤上的正負性來寫入數(shù)據(jù)的。

2、磁盤的存儲結構

我們在知道了磁盤的物理結構后，知道盤片是用來存儲數(shù)據(jù)的。那么磁盤是怎么通過磁頭將數(shù)據(jù)存儲到某一位置，然后又能重新找到呢？這就和磁盤的存儲方法有關了。

如下圖：

扇區(qū)：一塊綠色的部分就是扇區(qū)。磁盤存儲數(shù)據(jù)的基本單位。扇區(qū)大小512字節(jié)，512字節(jié)是硬件要求。

磁道：左圖中，一圈一圈的灰色的同心圓就是磁道。磁盤上只有磁道位置能夠存儲數(shù)據(jù)，其他位置則不能存儲數(shù)據(jù)。

柱面：多個半徑相同的圓構成柱面。如右圖紫色的部分。

如何將數(shù)據(jù)寫到指定的扇區(qū)上：1、首先確認寫到哪一個面上（用哪一個磁頭去寫入） 2、在哪一個磁道上? ?3、最后找到在哪一個扇區(qū)。

磁盤中存儲數(shù)據(jù)，需要先定位扇區(qū)，定位任何一個扇區(qū)，采用的硬件級別定位方式（CHS定位法）：柱面Cylinder——磁頭Head——扇區(qū)Sector。

3、磁盤的抽象結構

由于操作系統(tǒng)并不認識磁盤的物理結構，因此操作系統(tǒng)在訪問磁盤時必須使用自己的方式將磁盤的數(shù)據(jù)管理起來。我們可以把磁盤盤片想象成線性結構。在操作系統(tǒng)的角度，磁盤就是一個線性結構。我們使用數(shù)組來表示一個磁盤。要訪問某個扇區(qū)，只需要找到數(shù)組下標，也就是說知道這個扇區(qū)的下標就算定位了一個扇區(qū)。

在操作系統(tǒng)中，我們稱這種地址為LBA（Logic Block Address）地址。而要寫到物理磁盤上，我們就要把LBA地址轉換成對應磁盤的三維地址CHS地址。

于是在操作系統(tǒng)中，對于磁盤的管理，就變成了對于該數(shù)組的管理。操作系統(tǒng)能夠通過某種方法，將LBA地址轉換成CHS地址，進而可以訪問磁盤數(shù)據(jù)。

二、文件系統(tǒng)與inode

1、初識inode

如下圖：我們使用 ls -li 命令后，發(fā)現(xiàn)除了文件的名稱、類型、權限、擁有者、所屬組、大小最近修改時間這些內(nèi)容，每個文件的最開始會有一串數(shù)字。那么這個數(shù)字是什么呢？其實這個數(shù)字就是該文件的inode編號。

那么inode編號代表著什么意思呢？我們接著往下看。?

2、文件系統(tǒng)

在操作系統(tǒng)中，對于磁盤的管理，本質上就是對于磁盤抽象成的數(shù)組的管理。而我們知道，如果一個磁盤的空間是很大的，所以抽象出的數(shù)組也一定是很大的，那么操作系統(tǒng)如何管理這么大的數(shù)組的呢？

我們假設一個磁盤有500GB的大小。如果直接對這500GB進行管理，那是十分麻煩的。所以我們可以將磁盤分成多個小的分區(qū)。對一個小的分區(qū)進行管理。我們?nèi)绻麑⑺行〉姆謪^(qū)管理好了，那么整個磁盤就管理好了。如果一個分區(qū)還是比較大，那么我們可以繼續(xù)劃分，最后，我們得到一個便于管理的塊組。把一個塊組管理好，這個分區(qū)就管理好了，分區(qū)管理好了，整個磁盤就管理好了。

下面我們對一個塊組中的內(nèi)容進行解釋：

Boot Block：一個分區(qū)的最前面，有一個區(qū)域叫做boot block。它是啟動塊，存在每個分區(qū)的開頭，備份文件與啟動相關的。

Super Block：保存的是整個文件系統(tǒng)的屬性信息。Super Block保存在各個塊組里意味著備份，如果某個塊組的 Super Block損壞，便可以通過拷貝其他塊組的Super Block。

Data blocks：保存特定文件的內(nèi)容。雖然磁盤存儲數(shù)據(jù)的基本單位是扇區(qū)（512字節(jié)），但是操作系統(tǒng)（文件系統(tǒng)）和磁盤進行IO的基本單位是4KB。data blocks相當于多個4KB大小的空間的集合。Linux的文件=內(nèi)容+屬性，而Linux在磁盤上存儲文件是將內(nèi)容和屬性是分開存儲的。

inode table：inode是一個大小為128字節(jié)的空間，保存對應文件的屬性。inode table 則是多個inode空間的集合，所以為了區(qū)別，每一個inode空間對應一個inode編號。即：一般而言，一個文件，一個inode空間，一個inode編號。

data blocks和inode tables都是由許多個小的空間組成的，那么我們在向磁盤寫入數(shù)據(jù)時，我們怎么知道哪些空間被占用了，哪些空間沒有被占用呢？我們可以使用block bitmap和inode bitmap來標注這些空間的占用情況。

block bitmap：data blocks對應的位圖結構，位圖中的比特位位置和當前data block對應的數(shù)據(jù)塊位置是一一對應的。比特位為1，代表block被占用，否則表示可用。

inode bitmap：inode對應的位圖結構，統(tǒng)計inode的使用情況，位圖中比特位的位置和當前文件對應的inode的位置是一樣對應的，比特位為1，代表inode被占用，否則表示可用。

GDT(group descripteor table)：塊組描述符，表示該塊組的屬性信息，如已經(jīng)使用多少，inode有多少個，已經(jīng)被占用了多少個，還剩下多少個。

格式化：當磁盤完成分區(qū)后，我們還需要對磁盤進行格式化。磁盤格式化就是對磁盤中的分區(qū)進行初始化的一種操作，即：磁盤格式化就是對分區(qū)后的各個區(qū)域寫入對應的管理信息，如block bitmap和inode bitmap全部初始化成為0。所以格式化通常會導致現(xiàn)有的磁盤或分區(qū)中所有的文件被清除。

所以，一個塊組的前四個部分被我們稱為文件系統(tǒng)信息，后面兩個部分就是文件的相關內(nèi)容信息。

3、用inode編號找文件屬性和內(nèi)容

既然文件的屬性和內(nèi)容是分開存儲的，那么我們要怎么通過inode編號去找到它呢？

首先，屬性是很容易就可以找到的，因為我們只要知道了inode編號，就可以直接找到文件的屬性。但是，想要找到文件的內(nèi)容就不是那么容易了。第一點，我們無法通過某種方式直接找到，而且一個文件的大小是可以很大的，這就說明了一個文件的內(nèi)容會被存儲在多個 data blocks中，我們必須將所有的data blocks找到，才是找到了文件的內(nèi)容，但是我們怎么知道哪些data blocks屬于同一個文件。

那么我們應該怎么尋找文件的內(nèi)容呢？在Data blocks中，每個data block都會有一個編號。而inode其實是一個結構體，它的里面除了文件的各種屬性信息外，還有一個int blocks數(shù)組，該數(shù)組里保存的數(shù)字，就是對應的data block的編號，通過這個數(shù)組，我們就可以找到屬于該文件的所有內(nèi)容。

但是，這里就又有一個疑問了， blocks數(shù)組一般只能存15個編號，可是如果文件內(nèi)容的data block個數(shù)多于數(shù)組大小呢？這當然是有解決辦法的。

并不是所有的data block只能存放文件的內(nèi)容，也可以存放其他塊的編號，所以最終指向更多的data block來存儲。如下圖：

4、inode和文件名的關系

首先，我們要知道的是，在Linux中，inode屬性里面并沒有文件名的概念。但是，用戶使用時使用的卻是文件名，而不是系統(tǒng)認識的inode，這是為什么呢？

在一個目錄下，可以保存很多的文件，且同一個目錄下文件名是沒有重復的。其實，目錄也是一個文件，它也有自己的inode和data block。目錄的data block中保存的就是該目錄下的文件的文件名與其inode編號的映射關系。

5、創(chuàng)建一個文件

在inode bitmap中對應的比特位由0置為1，找到其inode table，把屬性填進去，文件的數(shù)據(jù)寫到block里，再inode和block建立映射關系，然后block bitmap中對應的比特位由0變?yōu)?，接著文件名和inode編號建立映射關系，最后返回inode編號，創(chuàng)建成功。

所以我們在一個目錄下創(chuàng)建一個新的文件，必須有寫的權限，新建一個文件的時候，要向當前目錄的內(nèi)容里去寫文件名和inode的映射關系，所以必須得有寫入權限。

6、查看一個文件

拿到inode找到inode table，在根據(jù)inode table找到對應的數(shù)據(jù)塊，內(nèi)容加屬性就全找到了。

7、刪除一個文件

實際上刪除一個文件時，我們只需要找到inode在inode bitmap當中的比特位和block bitmap中的比特位，把比特位由1置為0，然后解除文件名和inode編號的映射關系。

所以把文件刪除是能夠恢復的，因為刪除只是把比特位清掉了，想要恢復只要得到inode的編號，然后把inode bitmap里的比特位由0置為1，在去inode table對應的映射表，在block bitmap的0置為1。所以如果在Linux中誤刪除一個文件，還是能恢復的，但是前提必須是inode和data block沒有被新的內(nèi)容占用，所以當誤刪除一個文件時，最好的辦法就是什么都不做。

三、軟硬鏈接

1、軟連接

我們先來看一看下面的問題：在 bin/exe 路徑下有一個可執(zhí)行程序 test，如果我們要在最開始的目錄下執(zhí)行它的話，我們要使用完整的路徑。如果可執(zhí)行程序在一個路徑下藏得非常深，那么即使是使用相對路徑，也比較麻煩。

所以，我們可以使用軟連接來幫助我們快速找到可執(zhí)行程序

ln -s myfile.txt soft_file.link

軟連接就相當于Windows下的快捷方式：在我的電腦上，桌面上的微信指向的就是一個長路徑下微信的可執(zhí)行程序。

有自己獨立的inode的稱為軟鏈接，即軟鏈接是獨立的文件，獨立的文件有獨立的inode和對應的文件內(nèi)容。?

2、硬鏈接

創(chuàng)建硬鏈接：

ln myfile.txt hard_file.link

?

軟硬鏈接最重要的區(qū)別在于是否具有獨立的inode，硬鏈接沒有獨立的inode，它的inode是與其鏈接文件的inode相同。

建立硬鏈接根本沒有新增文件，因為沒有給硬鏈接的文件分配獨立的inode，所以創(chuàng)建硬鏈接本質就是在指定的路徑下，新增文件名和inode編號的映射關系！相當于給文件取了一個別名。

我們再仔細觀察，發(fā)現(xiàn)建立了硬鏈接后，數(shù)字變成了2，刪除硬鏈接后，數(shù)字又重新變成了1。這個數(shù)字就叫做硬鏈接數(shù)。也就是這個文件有幾個名字。

~ 為什么創(chuàng)建一個普通文件的時候，默認硬鏈接數(shù)是1？

因為一個普通文件在創(chuàng)建時用戶是一定要取名的，因此文件本身就有一個自己文件名和自己的inode，具有一個映射關系。

~ 為什么創(chuàng)建一個空目錄的時候，默認硬鏈接數(shù)是2？?

首先目錄和本身的inode就是一組映射關系了，第二，目錄中還有一個目錄?. 表示當前目錄，該文件和inode也是一組映射關系，所以是硬鏈接數(shù)是2。

~ 現(xiàn)在在空目錄dir下創(chuàng)建一個新的目錄d1，此時dir的硬鏈接數(shù)就變成了3，為什么？

因為d1目錄下有一個目錄?.. 表示上級目錄，也就是dir，所以硬鏈接數(shù)為3。?文章來源地址http://www.zghlxwxcb.cn/news/detail-776951.html

到了這里，關于Linux之文件系統(tǒng)與軟硬鏈接的文章就介紹完了。如果您還想了解更多內(nèi)容，請在右上角搜索TOY模板網(wǎng)以前的文章或繼續(xù)瀏覽下面的相關文章，希望大家以后多多支持TOY模板網(wǎng)！