我们来看一下，关于文件系统的一些知识

首先，我们来看一下磁盘的内部结构：

磁盘是由盘面+读写磁头+主轴+组合臂+磁臂组成，我们忽略机械组件，主要研究读写磁头（读取和写入数据）和盘面两（存储数据）

然后，我们再来了解一下关于磁盘的一些名词：

磁道：我们可以把盘面当成是由无数个大小不一样的圆圈组成，盘面上一圈一圈的就叫磁道

柱面：所有的盘面上同一位置的磁道会形成一个圆柱体，我们把它叫做柱面

扇区：每个磁道上面，可以分成一个一个的扇区，扇区是存储数据的最小单元

 

 之后，我们来看一下磁盘是如何工作的：

旋转：磁盘运行的时候，是由主轴带着盘面飞速旋转，转速越快的磁盘，读写的速度就会越快

寻道时间：当我们从磁盘上读数据的时候，我们会告诉磁头，我要取x盘面y磁道z扇区上面的数据（或者叫x柱面y磁头z扇区），然后对应的磁头就会指到该磁道上面，我们把这个过程叫做”寻道时间”

旋转时间：磁头找到该磁道以后，再由主轴带动旋转道对应的扇面，我们把这个过程叫做”旋转时间“

读取时间：所有磁盘读取数据的时间就是寻道时间加旋转时间

下面，我们再来看一下什么是”块“：

为了使我们告知磁盘去寻找磁盘位置的时候更加方便，我们发明了LBA（Logical Block Address）的寻址方式，把磁盘逻辑上分成一个个”块“，给这些块依次编号，比如：1、2、3...，n；我们在寻找磁盘位置的时候，只需要把”块“的编号告诉磁盘，然后磁盘会在内部将”块“编号转换成盘面+磁道+扇区来读取写入数据，格式化的过程就是将磁盘进行分”块“

接下来，我们来看一下扇区和块之间的关系：

扇区是磁盘存储数据的最小单位，磁盘本身并没有块的概念，我们可以把块看成是逻辑上的磁盘单位，不同的文件系统中，块的大小是不同的

在linux系统中，我们通过下面的命令，可以查看扇区的大小：fdisk -l | grep Sector， 查看块的大小：tune2fs -l https://img.qb5200.com/download-x/dev/vda1 | grep "Block size"，ext4文件系统中，block的大小是4096byte（4k），则一个block包含8个扇区

下面，我们来思考一下，当我们想存一张48k大小的照片，流程会是什么样的呢：

有一种方法是这样的：

我们命令硬盘 ，我需要12个块来存数据，你把块的编号返回我，之后磁盘返回空闲块的编号给我，分别是3，9，11，24，33...,我们根据磁盘返回给我们的编号，将数据存入磁盘，然后记下这些块的编号，以便在下次需要读取图片的时候使用

用这个方法，一两条数据还好，要是成千上万条，那还不崩溃了。

实际上我们现在使用的方法是这个样子的：

找到一个目录,然后把图片放进去就可以了，就这么方便，我们下一次读取的时候，只需要记住文件的目录和文件名就好了，剩下的工作就交给操作系统来完成了，操作系统在这个过程中，都做了哪些事情呢

我们接着来看，当我们读取写入文件的时候，操作系统帮我做了哪些事情呢：

我们创建一个文件以后，操作系统记录文件对应的块编号，比如文件img.jpg占据磁盘块1~12，但是操作系统具体是如何管理文件对应的块的呢，它也想了很多办法。

方法一：采用连续的块来存储文件，这样做的好处是，访问文件的效率会很好，但是不连续的块无法使用，会造成磁盘严重的浪费。

方法二：采用链式的方法存储文件，文件从第一块磁盘开始，形成一条链，这样就解决了磁盘浪费的情况，但是读取的效率又慢了很多。

方法三：专门在磁盘中划分出一些特殊的磁盘块，这些块不存储真实的数据，专门存放文件对应的存放数据块的编号，我们把这样的磁盘块叫做inode索引块，这样，当我们读取文件的时候，先去inode索引块中查找对应的数据块，然后再去取数据。这个方法是不是好了很多呢

 

 

我们接受了方法三的方式，那么我们来看一下inode节点里面都放了些什么东西：

每一个文件都对应了一个inode块：inode块里面不仅存储了真实数据存放的数据块的编号，还记录了文件的权限，所有者，创建时间等等信息。

接下来，我们来看一下inode块可能会带来什么问题：

我们来举个栗子：假设我们的inode的大小是4096byte，存放非数据块信息用掉了512byte，剩下的3584byte可以用来存放数据块对应的信息，每个数据块编号的存储需要32byte，也就是这个inode可以存储3584/32=112个编号，及112个数据块，112个数据块可以存放112*4096byte大小的数据，但是文件大小要是超出这个大小怎么办呢，那inode岂不是放不下这些信息了吗

针对上面的问题，我们来看一下什么是间接块：

间接块的诞生，就是解决大文件的inode问题，如下图，我们使用一个位置，来记录指向另一个存放文件信息的块，这个叫做一次间接块，还可以以同样的方式做出二次、三次间接块，这样就解决了大文件存储的问题。

 

知道了文件的索引块，我们来看一下目录的inode索引块：

目录同样有inode索引块，但是目录里面指向的磁盘块里面存放的是子目录和文件对应的文件inode索引块的编号。

 

 

我们来看一个例子,如果我们要查看/tmp/test.log文件流程是什么样的呢：

首先我们找到/目录的inode---找到/目录磁盘块---找到tmp目录inode----找到tmp磁盘块---找到test.log的inode---找到对应的数据块

 

 

我们来看一下，如果要删除/tmp/test.log，我们需要做些什么呢：

在目录的磁盘块中删除文件指向记录，删除test.log的inode，删除数据盘中的数据

下面，我们来看一下文件时如何管理空闲块的：

我们在写入数据的时候需要知道哪些块时空闲可用的，怎么样来管理这些空闲的块呢，位图法出来了，我们找一个块，每一位都代表一个块编号，1表示使用，0表示空闲。

接下来，我们来看一下ext2文件系统对磁盘的布局组成：

MBR:主要由引导代码和磁盘分区表组成，分区表里面记录的每个分区的起始位置和结束位置

块组：每个分区又会被分成多个快组，快组的结构都是一样的，由超级块、快组描述、块位图、inode位图、inode块、数据块组成

超级块：超级块里面存着快组的一些信息，如：磁盘的块数、每个磁盘块的大小、空闲的inode和磁盘块个数等

磁盘块位图、inode位图、inode块、数据块这些不用介绍我们也知道是干什么的了。

 

至此，整个文件系统初略的架构我们大致就梳理清楚了。