操作系统原理（三）——文件系统（File system）

文件系统（File system）

1. 文件

　　首先要说文件的定义，文件是进程创建的信息逻辑单元。

　　由于磁带和光盘的性能较低，磁盘使用的较多。这里讨论文件储存在磁盘中的情况。磁盘可被认为是固定块儿大小的线性序列。

　　在操作系统看来，文件就是一个个字节流，操作系统不管这个文件的内容（不管它是.mp3音频文件，或者.jpg图片文件，在应用程序看来才有这种区分）。文件在操作系统眼中只有3种：普通文件、目录文件、特殊文件。

　　文件的命名：

　　　　在Linux中，文件名大小写敏感；目录分隔符“/”绝对不能出现在文件名中。

　　　　在Windows中，文件名大小写不敏感；盘符“：”绝对不能出现在文件名中（其实还有很多符号不能出现在文件名中...Linux不清楚其他限制）。

　　应用程序识别文件类型：

　　　　Windows：扩展名；

　　　　Linux：文件头部。

 

2. inode

　　文件系统中，有一个叫inode的结构，它与真实的文件一一对应，用来记录这个文件的各种属性：权限、所有者、创建时间、最近修改时间等等。

 

2.1 inode的作用

　　已经提过inode用来记录文件属性，更用来记录文件在磁盘中的位置，要找到文件必须通过它的inode。每一个inode都有唯一的编号。目录文件的内容就是文件名和其对应的inode。没错，文件名是储存在它的上层目录中的，所以对文件夹有写权限的用户可以任意删除此文件夹中的内容，即使这个用户对被删除的文件没有任何权限。

　　inode中还保存着文件的大小，以及文件在系统中的储存位置，那么它怎么储存文件在磁盘上的位置呢？进一步看inode的结构。

 

2.2 inode的结构

　　一个文件的可能会占一个、多个或很多很多的块儿。在ext2文件系统中，一个磁盘块儿的大小为1K，一个inode占用128Bytes，其中60个字节用来存指针，指向文件在磁盘中的位置。每个指针需要4个字节，共15个指针。文件可能占用很多很多的块儿，15个指针被设计为：

　　前12个指针：直接指针，指向文件在磁盘中的位置，可表示最大12K的文件；

　　第13个指针：间接指针，指向一个磁盘块，这个内存块中储存着1024 / 4 = 256个直接指针，容量256K；

　　第14个指针：二级间接指针，指向一个磁盘块，这个内存块中储存着1024 / 4 = 256个间接指针，容量256 * 256K = 64M；

　　第15个指针：三级间接指针，指向一个磁盘块，这个内存块中储存着1024 / 4 = 256个二级间接指针，容量256 * 256 * 256K = 16G；

　　故ext2文件系统最大支持12K + 256K + 64M + 16G ≈ 16G的文件。

 

3. 硬连接（Hard links）和软连接（Soft links）

　　连接用于文件共享。连接分为硬连接和软连接。

　　硬连接，多个文件名对应同一个inode。当一个inode对应的文件名个数为0时，这个inode和对应的文件才会被真正删除。即若文件a和b指向同一个inode，这时删除文件a，这个文件并不会被真正删除，因为还有文件名b指向这个inode。硬链接不能跨磁盘，不能跨文件系统。

　　软连接，又叫符号连接（symbolic link），创建一个文件，这个文件包含了另一个文件的路径名，这个文件对应一个inode。即文件a指向一个inode，创建一个软连接b指向a。这时删除a，文件会被真正删除。b依然存在，但是已经失效。符号连接只是一个引用，或者一个快捷方式。符号连接可以跨磁盘，可以跨文件系统。