操作系统 — 文件系统

秒速五厘米 2022-06-02 12:52 355阅读 0赞

# 文件系统 #

在unix文件系统是unix系统的心脏部分，提供了层次结构的目录和文件.文件系统将磁盘空间划分为每1024个字节为一组，称为块(也有用

512字节) 为一块的.编号从0到整个磁盘空间的最大块数.

在unix当中，之前我们在[文件描述符 文件表项 v节点表项符][_ v]当中多次提到了i节点，但是我们想了解i节点就必须了解磁盘空间当中的文件

系统，所 以 我们来介绍unix文件系统的基本结构. 同时了解i节点和指向i节点的目录之间的区别是非常重要的.  我们可以把一个磁盘分

为一个或多个分区， 每个分区可以包含一个文件系统. i节点是固定长度的记录项，它包括有关文件的大部分信息.

![SouthEast][]

我们可以看到图上每个分区都是一个文件系统,其实在磁盘当中分的更细，分区中每个柱面其实都是一个小的文件系统，这里的文件系统分为:

**>超级块**: 文件系统当中的第一块被称为超级块，这个块存放文件系统本身的结构信息，比如每个区域的大小，未被使用的磁盘块的信息.

**>i节点**: 超级块的下一部分就是i节点表，文件系统中的每一个文件都在该表中都对应一个i节点. i节点是固定长度的记录项，它包含有关文件的

大部分信息. Linux文件系统使用 索引节点i 来记录文件信息，索引节点是一个结构，用固定长度. 它包含了一个文件的长度，创建以及修改时间

，权限，所述关系，找到磁盘存储位置的指针等等信息.

**>数据区**: 文件的内容保存在这个区域中，磁盘上所有块的大小都相同，如果文件所包含了超过一个快的内容，则文件内容存放在多个磁盘块中，

并把磁盘块的分配情况记录在文件的i节点中的磁盘序列表中.

一个文件系统当中分有许许多多的柱面题，如果我们仔细观察每一个柱面题当中的i节点和数据库 部分，那么它的结构就是下图这样的结构:

![SouthEast 1][]

记住unix/Linux下一切皆文件，目录也是文件！ 我们来分析这个结构: 每一个目录块和数据块都有自己唯一指定的i节点. 但是一个i节

点可能接受 多个文件或者多个目录(同一个i节点不可能有文件和目录共同指向). 所以一个i节点里面存储关于自己对应文件或者目录的相

应信息.你只需要知道 你的i节点编号就能找到相应的文件信息. 一个i节点只能存储一个文件或者目录的信息. 并且不能多个目录公用一个

i节点，因为这样可能会导致环 形链接，导致文件遍历出错.  还 有一个 问题，看下图:

![SouthEast 2][]

在图中有两个目录块当中的文件指向同一个i节点.每一个i节点中都有一个链接计数，其值是指向该i节点的目录项数(或者文件计数).只

有当链接计 数减少至0时， 才可删除文 件. 这就是为什么"解除对一个文件的链接"操作并不总是意味着"释放该文件占用的磁盘块"的原因.

这也是为什么删除一 个目录项的函数 被称之为 unlink而不是delete的原因. 在stat结构中，链接计数包含在st\_nlink成员中，其基本系

统 数据类型为nlink\_t，这种链 接类型称为 **硬链** **接**. 其中 POSIX.1常量LINK\_MAX指定了一个文件链接数的最大值.

另一种链接类型称为符号链接，符号链接文件的实际内容包含了该符号链接所指向的文件的名字. 在下面的例子中，目录项中的文件名是

三个字符 字符串lib,而在该文件中包含了7个字节的数据user/lib:

1rwxrwxrwx   1  root  7 sep 25 07:14 lib->urs/lib

该i节点中的文件类型是S\_IFLNK，于是系统知道这是一个符号链接(软连接).

i节点中包含了文件有关的所有信息:文件类型，文件访问权限位，文件长度和指向文件数据块的指针等. stat结构中的大多数信息都是取

自i节点。 只有两项重要数据存放在目录项中:文件名和i节点编号.i节点编号的数据类型是ino\_t.

因为目录项中的i节点编号指向同一文件系统中的相应i节点，一个目录项不能指向另外一个文件系统的i节点. 这也就是为什么in命令，

不能跨越文 件系统的原因. 我们说明了普通文件的链接计数概念，但是对于目录文件的链接计数字段又如何呢？ 假定我们再工作目录

中构造了一个新目录:

$mkdir testdir

![SouthEast 3][]

我们现在观察这个图，该图显式的显示出了.(当前目录)和..(上层目录)项. 编号2549的i节点，其类型字段表示它是一个目录，链接计数

为2.任 何一个叶目录的链接的链接计数总为2,数值2来自于命名该目录(testdir)的目录项以及该目录的.项. 编号为1267的i节点，我

们就叫他hehedir,其 类型字段表示它是一 个目录，链接计数大于或等于3. 它大于或等于3的原因是，至少有三个目录项指向他. **第一个**是

命名hehedir的目录，这个很容 易 理解，当你创建了testdir之后，hehedir就会有一项链接testdir，同理创建hehedir的上层目录肯定也

会链接hehedir的. **第二个** 是在 该目录中的. 项，**第三个**是在其子目录testdir中的..项. 注意，在父目录中的每一个子目录都使该父目录的

链 接计数增加1. 如上所述，任何一个文件可以有多 个目录项指向其i节点.

创建一个指向现有文件的链接的方法是使用link函数或者linkat函数.

int link(const char* oldpath,const char* newpath);

int linkat(int efd,const char *oldpath,int nfd,const char* newpath,int flag);

两个都是成功返回0，出错返回-1. 创建新目录项和增加链接计数应该是一个原子操作的 虽然POSIX.1允许实现支持跨越文件系统的链接，

但是大多 数实现要求现有的和新建的两个路径名在同一个文件系统中.如果实现支持创建指向一个目录的硬链接，那么也极限于超级用户

其理由是这样做可 能会在文件系统中形成循环.大多数处理文件系统的实用程序，大多数处理文件系统的实用程序都不能出路这种情况.

因此很多文件系统不允许对目 录的硬链接. 为了删除一个现有的目录项，可以调用unlink函数.

int unlink(const char* pathname);
    int unlinkat(int fd,const char* pathname,int flag)

这两个函数会删除目录项，并且将由pathname所引用文件的链接计数减一. 如果对该文件还有其他链接，则仍可通过其他链接访问该文件

的数据. 如果出错对文件不进行任何更改. 我们前面已经提到过，为了解除对文件的链接，必须对包含该目录项的目录具有写和执行权限.

如果对该目录设 置了粘着位，则对该目录必须拥有写权限，并且具备下面三个条件之一:

1.拥有该文件

2.拥有该目录

3.具有超级用户.

只有当链接计数为0的时候，该文件内容才可以被删除. 还有就是当一个进程打开这个文件，其内容也不能删除. 关闭一个文件时，内核首

先检查打 开该文件的进程个数; 如果这个技术达到0，内核再去检查其链接计数； 如果链接计数也为0，那么就删除该文件的内容.

[_ v]: http://blog.csdn.net/dawn_sf/article/details/78952674
[SouthEast]: /images/20220602/f9b0db40d011490d8221800b8743b49b.png
[SouthEast 1]: /images/20220602/c2badbcc9bda4d7abafe2c44944f9a2d.png
[SouthEast 2]: /images/20220602/41a95d7d496f42db8b9aedf7b7e9b5b4.png
[SouthEast 3]: /images/20220602/f8f2b2eeb89b49b692c613b2d240d791.png

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