linux文件系统底层原理

Linux文件系统中的文件是数据的集合，文件系统不仅包含着文件中的数据而且还有文件系统的结构，所有Linux 用户和程序看到的文件、目录、软连接及文件保护信息等都存储在其中。

底层原理图：

在讲解各个block前，先介绍下inode

inode简介

要理解inode，就先要理解文件的存储方式。我们都知道，文件是存储在硬盘上的。硬盘的最小单位是扇区，每个扇区的大小为512字节。
如果系统在读取硬盘数据的时候按扇区一个一个来读取，那效率就太低了，而是一次连续性读取多个扇区，所以设计者又将多个扇区整合成一个块（block），所以，块就是文件存取的最小单位。一个块的大小为4k。
我们现在已经有了块的概念，文件数据就是存放在块中。但光有数据还是不行啊？为了方便管理文件，我们还需要文件的元信息，比如文件的属性，创建时间，权限，所占的块大小，数量等等。这些信息就是inode信息。所以硬盘在分区的时候会分为两个区域，一个区域存放数据，一个区域存放inode信息。
每一个文件都有一个对应的inode。

inode信息

使用stat指令可查看对应文件的inode信息：

具体内容如下：
文件名
inode编号
文件拥有者uid
文件的所属用户组 gid
文件的可读，可写，可执行权限 ：Access: (0755/drwxr-xr-x)
文件的时间戳：

• access time : 文件上一次打开的时间
• modify time：文件内容上一次修改的时间
• change time ：文件的inode信息上一改变的时间

硬链接数：links
文件数据的所占用的块：blocks
文件所占用的字节数 size
等等。
Linux下一切皆文件，每个文件都有对应的inode信息。

关于inode编号，这里多说以下，每个文件都对应一个inode编号，操作系统用inode号码来识别文件，对于系统来说，文件名知识inode编号便于识别的别称或绰号。
表面上，打开文件是通过文件名，实际上要执行下面三个步骤：
1、查找文件的inode编号
2、根据inode编号，找到inode信息
3、根据inode信息找到文件对于所在的block，进行数据的读写。

inode大小

一个inode节点的大小一般为128字节或者256字节。inode节点的数量在硬盘格式化的时候就已经给定了。所以当Linux上创建文件过多时，就可能发生inode用光，无法创建新文件的问题。

查看inode信息指令

查看每一个目录下每个文件的inode号
ls -i

查看对应文件的inode信息
stat [file]

查看硬盘上的inode总数和适用情况
df -i

查看硬盘上块（1k-blocks）的总数和使用情况
df -k

 

super block：负责掌控全局，即管理所有的inode编号

inode block：负责存储文件的元信息

directory block：负责存储目录下的文件信息，即一条条记录，包括文件名和inode编号

data block(即剩余的block)：负责存储文件的内容

查看文件示意图：

删除文件的示意图：

-----文件并没有真正的删除，只有覆盖才有可能真正的删除(即新建的文件恰好使用该块存储数据即把原来的数据覆盖了)

-----格式化：即重新构建这些block块