文件系统学习2——文件系统的布局

喜欢ヅ旅行 2022-03-14 21:10 323阅读 0赞

说到文件系统的布局，就需要先从磁盘的逻辑结构说起。

#### 1、磁盘的逻辑结构 ####

这里说的磁盘逻辑结构不是指磁盘的物理结构，诸如磁道、磁臂和旋转这一类，这里的逻辑结构是指，磁盘给了一段物理空间，那么用户总要对这个物理空间进行划分，即所谓的逻辑空间，那么一块磁盘在逻辑空间上布局如下图所示：  
![在这里插入图片描述][20190228201630900.png]  
从图上我们可以总结出，一块磁盘的开始区域是主引导记录又称为MBR表，它由三个部分组成：硬盘主引导程序(BootLoader)、硬盘分区表DPT（Disk Partition table）和魔数(Magic Number)，记录硬盘的一些最基本的信息，如果MBR表一旦损坏无法修复，硬盘的将难以修改。

其次则是分区表，分区我们都经常听说，也就是按照硬盘的逻辑空间将硬盘分为不同的区域，类似我们windows系统上的C盘，D盘这些。分区分为主分区和扩展分区，扩展分区又可以继续分区。由于分区表的大小限制，主分区和扩展分区不能超过4个，超过4个的分区右扩展分区进行扩展。

如果想更加了解硬盘的一些组织结构，参考此博客[硬盘的结构和介绍，硬盘MBR详细介绍（超详细彩图）][MBR]

#### 2、文件系统与硬盘分区的关系 ####

在了解了硬盘的逻辑结构之后，下面我们来看下文件系统的逻辑结构，签名分析了文件系统是在硬盘之上建立的，那么二者又有何关系呢？？

一般来说，**一个分区就是只能被格式化成为一个文件系统**，格式化指的就是挂载步骤。具体来说，由于文件系统的类型不同，磁盘在逻辑上划分了不同的分区，那么各个分区是可以独立挂载各自的文件系统的，例如windows系统上，已经分区了CDEF盘，他们使用的是windows自带的文件系统，此时我们挂载一个U盘上去，U盘成功显示的是G盘，此时G盘使用的是U盘自带的fat32的文件系统。

更深入的探讨，如果想在某块硬盘上挂文件系统，那么首先需要将此文件系统格式化成为想要的文件系统，然后将此文件系统进行挂载，注意挂载到指定的目录下，后序会将挂载步骤需要注意什么？

#### 3、文件系统的布局 ####

文件系统的布局如博客[linux文件系统详解][linux]插图所示：  
![在这里插入图片描述][watermark_type_ZmFuZ3poZW5naGVpdGk_shadow_10_text_aHR0cHM6Ly9ibG9nLmNzZG4ubmV0L3UwMTI0MTQxODk_size_16_color_FFFFFF_t_70]  
一个文件系统挂载在某一个分区上，那么文件系统格式化就有自己的逻辑空间大小，将此逻辑空间按照上述进行布局。  
整体上看分为两个部分：一个部分是引导块、一个部分是数据块组  
**引导块**：为磁盘分区的第一个块，记录文件系统分区的一些信息，，引导加载当前分区的程序和数据被保存在这个块中。一般占用2kB，

**数据块组**：由于文件中块的大小很小，那么如果去整个分区中管理数据组块，那么会消耗大量的元数据管理，操作起来也即为复杂。因此，文件系统提出了数据块组的概念，实际是一个多层的概念，便于管理。将分区数据再次划分为不同的数据块组，每个数据块组单元地位相同，数据写入先选定数据块组，在选取数据块组内部的数据块的位置。

#### 4、数据块组的布局 ####

![在这里插入图片描述][watermark_type_ZmFuZ3poZW5naGVpdGk_shadow_10_text_aHR0cHM6Ly9ibG9nLmNzZG4ubmV0L3UwMTI0MTQxODk_size_16_color_FFFFFF_t_70]  
同样是这张图，一个数据块组中分为图上的7个部分。  
**超级块：** 记录此文件系统的整体信息，包括inode/block的总量、使用量、剩余量， 以及文件系统的格式与相关信息等；由于super block很重要 ，在每个 block group都会存一份进行备份，一般来说，第一个数据块中是原始超级块，其它数据块组中都是超级块的备份。

**块组描述符表：** 块组描述符（Group Descriptor）存储一个块组的描述信息，例如在这个块组中从哪里开始是inode表，从哪里开始是数据块，空闲的inode和数据块还有多少个等等。和超级块类似，块组描述符表在每个块组的开头也都有一份拷贝

\*\*预留块组描述符表：\*\*和快组描述符是一样的，只不过是预留的，值得注意的是块组描述符表由很多块组描述符组成，整个分区分成多少个块组就对应有多少块组描述符，在每个快组上都有保存，和超级块一样的备份策略。

\*\*块位图：\*\*块位图就是用来描述整个块组中哪些块已用哪些块空闲的，它本身占一个块，其中的每个bit代表本块组中的一个块，这个bit为1表示该块已用，这个bit为0表示该块空闲可用。

**innode节点位图**： 和块位图类似，本身占一个块，其中每个bit表示一个inode是否空闲可用。

**innode节点表**：一个文件除了数据需要存储之外，一些描述信息也需要存储，例如文件类型（常规、目录、符号链接等），权限，文件大小，创建/修改/访问时间等，这些信息存在inode中而不是数据块中，而是由innode来存储。每个文件都有一个inode，一个块组中的所有inode组成了inode表，inode表占多少个块在格式化时就要决定并写入块组描述符中。值得注意的是，innode存放数据的描述信息，但是文件的目录信息是由数据块存放的。

\*\*数据块：\*\*对于常规文件，文件的数据存储在数据块中，对于目录，该目录下的所有文件名和目录名存储在数据块中，文件名保存在它所在目录的数据块中，除文件名之外，ls -l命令看到的其它信息都保存在该文件的inode中，**目录也是一种文件，是一种特殊类型的文件**。其实文件名和文件类型都是在目录中存放，而文件的其他元数据信息则是在Inode中存放。

#### 5、一个文件的查找过程 ####

大体如下表所示：  
![在这里插入图片描述][watermark_type_ZmFuZ3poZW5naGVpdGk_shadow_10_text_aHR0cHM6Ly9ibG9nLmNzZG4ubmV0L3UwMTI0MTQxODk_size_16_color_FFFFFF_t_70 1]  
读取过程如下，例如读取路径为/etc/profile/pid.sh

*  首先找到/etc/profile/目录文件对应的inode文件，找到目录文件的innode之后，就可以找到目录文件存放的数据块，该数据块中存放有各种文件名，以及对应文件存放innode的位置信息。
 *  根据文件名pid.sh找到其数据块对应的innode的地方
 *  通过读取innode块的相关信息，找到该文件内容所在的数据块号
 *  最后根据数据块号读取数据块的内容

[20190228201630900.png]: /images/20220315/ab0e194814c34296979c5caabf9dcbd5.png
[MBR]: https://www.cnblogs.com/findumars/p/7011245.html
[linux]: https://blog.csdn.net/freeking101/article/details/78223455?locationNum=3&fps=1
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