文件系统
# 文件系统（9章）
本文为《现代操作系统：原理与实现》（陈海波著）的阅读笔记。
块设备：操作系统将存储设备抽象为”块设备“。
块与块号：块设备上的存储单元被划分为”块“，一个”块“通常为512字节或者4KB。而且每个块都拥有自己的地址，称为”块号“。
虚拟文件系统：负责管理具体的文件系统，并提供一系列服务，如页缓存，inode缓存，目录项缓存等。
本章主要涉及的重点：
- 基于inode的文件系统
- 文件系统中的重要概念
- Linux的虚拟文件系统
- FAT与NTFS文件系统
# 1 关于inode
inode的作用：由于一个”块“很小，因此需要很多块才能组成一个我们通常意义上的文件。那就需要一个东西去记录都用到了哪些块，这就是inode的作用。inode = index node，即”索引节点“，记录了一个文件所对应的所有存储块号。
inode采用分级的方法来组织存储块号，这也影响着一个文件系统所能支持的最大文件大小。
inode除了上述记录”块号“以外，还记录着该文件相关的其他”元数据“，包括文件模式，文件链接数，文件拥有着，用户组，文件大小等。
一个文件系统会支持多种文件，linux系统所支持文件类型，除了“常规文件”以外，还包括目录文件，符号链接文件，FIFO文件，套接字文件，字符设备文件，块设备文件。其中比较重要的事“常规文件”，“目录文件”，“符号链接文件”。
# 1.1 文件名与目录
文件名是便于用户使用的形式，文件系统中也加入了这一表示方式。文件名可以直接映射到inode号，进而映射到块号。
文件名的存储位置：文件名并不存储于inode元数据中，而是存放在“目录”中。
具体的目录结构如书上的图9-3。每个目录项有四个结构：
- inode号：用于找到文件名对应的inode结构
- 目录项长度：记录整个目录项的长度
- 文件名长度：记录后面保存的文件名的有效长度
- 文件名：即一个连续的字符序列
# 1.2 硬链接与符号链接
文件名并不是文件的元数据，因此多个文件名可以对应同一个文件。
硬链接就是创建一个新的名字link，链接到已有的文件。这个过程只是增加了目录项中的记录，并不改变文件的块数据。
硬链接创建的文件和原文件一致，地位也没有任何区别。只有所有的硬链接全部删除时，这个文件的块数据才会被删除。
在文件inode元数据中，存储着一项nlink，即一个计数器，记录着当前硬链接的数量。
符号链接又称为软链接。其符号链接文件中保存着的是一个字符串，表示一个文件路径。
硬链接与符号链接的比较：
相同之处：都允许应用程序使用一个新的路径访问一个已有的文件。
区别：
- 应用访问符号链接时，会根据其保存的路径进行解析，进而最终找到目标文件。应用访问硬链接时，会直接读取其自己的inode结构，找到对应的块。
- 符号链接可以链接到不存在的目录，只有在访问时才会报错。硬链接则在链接时就会报错，因为其创建之初就会查找目标文件的inode文件。
- 符号链接可以跨文件系统操作，而硬链接只能与目标文件应用于同一文件系统中。
# 1.3 存储布局
文件系统会将存储空间划分成不同的区域：
- 超级块
- 块分配信息
- inode分配信息
- inode表
- 文件数据块
主要是以上五部分。
超级块记录了整个文件系统的全局元数据。保存着魔法数字（影响操作系统判断文件系统的类型和存储布局），文件系统的版本，所管理的空间大小，最后挂载时间和其他统计信息。
块分配信息和inode分配信息：使用位图标记每个数据块的使用情况。’
inode表即以数组的形式保存了整个文件系统中所有的inode结构。通常使用inode的索引对不同的inode进行区分。
剩余的文件数据块是真正保存数据的位置。
# 2. 虚拟文件系统
虚拟文件系统（Virtual File System，VFS）的目的：对多种文件系统进行管理和协调，允许它们在同一操作系统上共同工作。虚拟操作系统可以为底层不同文件系统提供不同的方法，在将这些方法转换为VFS的数据，最终抽象出统一的文件系统服务。
可以说，虚拟文件系统存在于操作系统与底层的文件系统之间，关系是：
文件系统（如FAT，NTFS，AFS） --- 虚拟文件系统 --- 操作系统