操作系统——文件系统

Linux系统下一切皆文件。

首先，系统找到这个文件名对应的inode号码。

其次，通过inode号码，获取inode信息。

最后，根据inode信息，找到文件数据所在的block，读出数据。

 

文件是文件系统的基本数据单位，Linux文件系统会为每个文件分配两个数据结构，分别是索引节点和目录项。

索引节点就是inode，用来记录磁盘上文件的元信息，是文件的唯一标识。索引节点也占用磁盘空间。

目录项，是记录文件的名字、索引节点指针、目录层级结构，是由内核维护的一个数据结构，不存在磁盘上，而是缓存在内存。目录项可以表示目录，也可以表示文件。

inode的特有现象：（1）有时候文件名包含特殊字符无法正常删除。这是，直接删除inode节点就能起到删除文件的作用。（2）移动文件或者对文件进行重命名，只是改变文件名，不影响inode号码。（3）打开一个文件之后，系统就用inode号码来识别这个文件，不再考虑文件名。

 

 

硬链接就是多个目录项的索引节点指针指向同一个文件。

注意注意：目录项绝对不是目录，目录是一个文件，也是持久化在磁盘的。

用户要通过内核去读取文件系统的内容，但是文件系统有很多种（如磁盘的文件系统，Ext2/3/4、XFS；内存的文件系统，/proc和/sys；网络的文件系统，NFS/SMB等），因此有必要引入一个中间层，叫做虚拟文件系统VFS。

虚拟文件系统定义了一组所有文件系统都支持的数据结构和接口，这样程序员不需要了解文件系统的工作原理，只了解VFS提供的统一接口就可以。

文件的使用如下：

 

文件系统的基本操作单位是数据块。

文件的存储：文件数据存在硬盘上面，数据在磁盘的存放方式有两种：

连续空间存放方式、非连续空间存放方式（链表方式、索引方式）

怎么找存储在哪里？（空闲空间管理方法）

答：空闲表法、空闲链表法、位图法。 位图法时利用二进制的一位来表示磁盘中的一个盘块的使用情况，磁盘上的所有的盘块都有一个二进制位与之对应。当值为0的时候，表示对应的盘块空闲；值为1的时候，表示对应的盘块已经分配。

在Linux文件系统就采用了位图的方式来管理空闲空间，不仅用于数据空闲块的管理，还用于inode空闲块的管理。

目录的存储：目录文件的块里面保存的是目录里面一项一项的文件信息。

 

给文件取别名，可以使用硬链接和软链接。https://blog.csdn.net/qq_26129413/article/details/110228234

硬链接就是多个目录项的索引指针指向同一个inode。因此只有删除文件所有硬链接和所有源文件的时候，才算彻底删除文件。由于inode无法跨文件系统，每个文件系统都有各自的inode数据结构和列表，所以硬链接也不能跨文件系统。

多个文件名指向同一个inode号码，可以用不同的文件名访问同样的内容；修改文件内容会影响到所有的文件名；删除一个文件名不影响另一个。

软链接就是常见的快捷方式，就是在磁盘重新创建一个文件，文件的内容就是被链接文件的地址。所以这个软链接也是有自己的inode的。软链接可以跨文件系统，就算目标文件被删除了，也不会影响软链接文件的存在，只是软链接指向地址的文件找不到了。

软链接和硬连接的不同：文件A指向文件B的文件名，而不是文件B的inode号码，文件B的inode链接数目不会因此发生变化。

文件IO：阻塞IO/非阻塞IO

阻塞IO：当用户程序执行read，线程会被阻塞，一直等到内核数据准备好，并把数据从内核缓冲区拷贝到用户缓冲区。当拷贝过程完成，read才会返回。

非阻塞IO：read请求在数据没有准备好的情况下立刻返回，可以继续往下执行，但是这时候用户程序一直在轮询内核，直到数据准备好，内核将数据拷贝到应用程序缓冲区，read调用之后才可以获取结果。

多路IO复用：应用程序每次都轮询内核的IO是否准备好，有点傻，因为在轮询的过程中，应用程序只能循环，啥也做不了。

为了解决这种傻乎乎轮询问题，多路IO复用技术出现了，如select/poll。通过IO事件分发，当内核准备好数据，再以事件的形式，通知应用程序进行操作。

同步IO：阻塞IO、非阻塞IO、多路IO复用。因为他们在read的过程中，内核将数据从内核区拷贝到用户空间的这个过程都需要等待，也就是这个过程是同步的。

异步IO：当发起aio_read之后，就立即返回，内核自动将数据从内核空间拷贝到用户空间，这个拷贝过程是异步的，内核自动完成，和前面的同步不同，异步的应用程序并不需要主动发起拷贝动作。

 

 

 

IO分为两个过程：（1）数据准备过程（2）数据从内核空间拷贝到用户进程缓冲区过程。

阻塞IO会阻塞在过程1和过程2。非阻塞IO和多路复用IO只会阻塞在过程2。这三者都是同步IO。

异步IO则不同，过程1和过程2都不会阻塞。