Linux檔案系統結構

檔案系統結構

磁碟是由若干磁區組成，每個磁區有512B(將磁碟儲存區磁區化是為了更好的管理磁碟)。又由若干個磁區組成一個塊(ext2預設是由8個磁區組成一個塊，即4kb，這裡為了簡化說明，就把2個磁區組成一個塊，即1kb)。由圖知，將磁碟分成若干個分割區，每個分割區由若干個塊組成。

• 自舉塊(boot block)：占用1 block；主要儲存分割區的作業系統型別、分割區起始地址；pc聯盟規定的大小，和各個檔案系統無關；每個分割區只有一個；
• 超級塊：占用1 block；儲存分割區作業系統版本、塊大小、檔案系統；
• 塊組描述表(GDT)：占用3 block；儲存一個塊組的描述資訊；
• 塊點陣圖(block bitmap)：占用1 block;每個位元位表示一個資料塊是否被標記使用；1：已使用，0：未使用；
• inode 點陣圖(inode bitmap)：占用1 block;每一個位元位表示一個inode節點。1：已使用，0：未使用；
• inode節點：占用128B；分為檔案屬性部分和資料指標部分；資料指標占用60B，長度為15的指標陣列；每個資料塊的大小是1 block，那麼15個指標最多只能維護15*1K個檔案大小，顯然，檔案大小的上限太小了。所以檔案系統通過三級間接定址的方式來提高檔案大小的上限。塊大小若以1 block計算，檔案大小的上限為16G，若以4 block為塊大小，那檔案大小的上限超過了1T；ext4檔案系統中，資料指標有256B，那檔案大小上限就非常大了；
• 資料塊：儲存檔案的內容；

三級間接定址策略

三級間接定址圖

將資料指標陣列命名為data陣列。檔案系統中，將data[12]進行一級間接定址。即：將data[12] 指標指向的資料塊，轉化為一個更大的指標陣列，長度為1024/4=256。在將這個更大的指標陣列的分別數指向256個資料塊；data[13]進行二級間接定址，data[14] 進行三級間接定址。都和一級間接定址同理。

目錄檔案

資料塊儲存內容

資料塊中儲存的是一條一條的記錄項，每條記錄項都由檔名、indoe編號、記錄長度(該記錄項首地址到下一條記錄項的首地址的長度)。每一個記錄項就是該目錄下“ls -a”的結果。

普通檔案結構

由圖可以看出，每個inode節點可以對應多個資料塊，和上文在分析inode節點的內容一致。然後，若干個目錄塊中的記錄項指向每個inode節點，通過inode節點中連結數這個資料成員來標識指向其的記錄項個數，這就是硬連結。當然，這些目錄塊都是目錄檔案的資料塊；

目錄檔案結構

由上圖知，inode節點在檔案系統中被維護成了結構體陣列，inode編號為陣列的下標；2549號i節點是1267號i節點的子目錄，因為1267號i節點的資料塊中有2549號i節點的記錄項；“.”目錄檔案和 “..”目錄檔案都是硬連結。

從以上分析能夠得出結論：所有的目錄塊都是不同目錄檔案的資料塊。

檔案建立和查詢過程

執行命令：mkdir /home/aaron/a.c

（1）通過塊點陣圖區找到空閒的資料塊，存放a.c中的內容
（2）通過inode點陣圖區找到空閒的inode節點塊，生成相應的inode節點
（3）在aaron目錄檔案的資料塊中新增一條a.c的記錄項

執行命令：vim /home/aaron/a.c

（1）找到inode編號為2的inode節點，
（2）遍歷根目錄檔案的資料塊中的記錄項，匹配aaron記錄項，獲取其inode編號
（3）通過aaron目錄檔案的inode編號，找到aaron檔案對應的資料塊
（4）遍歷aaron檔案的資料塊中的記錄項，匹配a.c記錄項。同理，找到對應的a.c的資料塊。用vim開啟相應檔案

• unix和Linux系統是通過檔名來對應inode節點號，從而找到對應的資料塊，完成檔案查詢的過程
• inode節點中沒有檔名就是因為基於這種定位檔案位置的機制

本文永久更新連結地址：http://www.linuxidc.com/Linux/2017-09/146740.htm