本文来自微信公众号：低并发编程 （ID：dibingfa），原文标题：《图解 | 你管这破玩意叫文献系统？》女同 t，作家：闪客
你手里有一块硬盘，大小为 1T
你还有一堆文献
这些文献在硬盘看来，等于一堆二进制数据良友
你准备把这些文献存储在硬盘上，并在需要的时代读取出来。
要假想若何的软件，才气更简短地在硬盘中读写这些文献呢？
1当先我不想和复杂的扇区，建树驱动等细节打交说念，因此我先终深刻一个大概的功能，将硬盘按逻辑分红一个个的块，并不错以块为单元进行读写。
每个块就界说为两个物理扇区的大小，即 1024 字节，等于 1KB 啦。
硬盘太大不好分析，咱们就假定你的硬盘唯有 1MB，那么这块硬盘则有 1024 个块。
OK，咱们开动存文献啦！
准备一个文献
敷衍选个块放进去，3 号块吧！
收效！首战收效！
2再存一个文献！
诶？发现问题了，万一这个文献也存到了 3 号块，不是把正本的文献掩盖了么？不行，得有一个场所记载，咫尺可使用的块有哪些，像这样。
块 0：未使用
块 1：未使用
块 2：未使用
块 3：已使用
块 4：未使用
...
块 1023：未使用
那咱们就用 0 号块，来记载所有块的使用情况吧！若何记载呢？
位图！
那咱们给块 0 起个名字，叫块位图，之后这个块 0 就挑升用来记载所有块的使用情况，不再用来存具体文献了。
当咱们再存入一个新文献时，只需要在块位图中找到第一个为 0 的位，就不错找到第一个还未被使用的块，将文献存入。同期，别忘了把块位图中的相应位置 1。
完满！
3底下，咱们尝试读取刚刚的文献。
咦？又遭受问题了，我若何找到刚刚的文献呢？凭证块号么？这也太蠢了，就像你去书店找书，伴计让你提供书的编号，而不是书名，显著不对理。
因此咱们给每个文献起一个名字，叫文献名，通过它来寻找这个文献。
那势必就要有一个场所，记载文献名与块号的对应干系，像这样。
葵花宝典.txt：3 号块
数学期末温习贵寓.mp4：5 号块
低并发编程的心事.pdf：10 号块
...
别急，既然王人要选一个场所记载文献称号了，不妨多记载小数咱们关爱的信息吧，比如文献大小、文献创建时分、文献权限等。
这些东西当然也要保存在硬盘上，咱们取舍用一个固定大小的空间，来示意这些信息，多大空间呢？128 字节吧。
为啥是 128 字节呢？我乐意。
咱们将这 128 字节的结构体，叫作念一个 inode。
之后，咱们每存入一个新的文献，不但要占用一个块来存放这个文献自己，还要占用一个 inode 来存放文献的这些元信息，况且这个 inode 的所在块号这个字段，就指向这个文献所在的块号。
如果一个 inode 为 128 字节，那么一个块就不错容纳 8 个 inode，咱们不错将这些 inode 编上号。
如果你以为 inode 数不够，也不错用两个或者多个块来存放 inode 信息，但这样用于存放数据的块就少了，这就看你我方的均衡了。
一样，和块位图惩办块的使用情况一样，咱们也需要一个 inode 位图，来惩办 inode 的使用情况。咱们就把 inode 位图，放在 1 号块吧！
同期，咱们把 inode 信息，放在 2 号块，一共存 8 条 inode，这样咱们的 2 号块就叫作念 inode 表。
咫尺，咱们的文献系统结构女同 t，酿成了底下这个样式。
慎重：块位图是惩办可用的块，每一位代表一个块的使用与否。inode 位图惩办的是一条一条的 inode，并不是 inode 所占用的块，比如上图中有 8 条 inode，则 inode 位图中就有 8 位是惩办他们的使用与否。
4咫尺，咱们的文献很小，一个块就能容下。
但如果需要两个块、三个块、四个块呢？
很大概，咱们只需要聘用一语气存储法，而 inode 则只记载文献的第一个块，西西人体摄影以及后头还需要些许块，即可。
这种见解的缺点等于：容易留住万里长征的虚浮，新的文献到来以后，难以找到顺应的空缺块，空间会被铺张。
看来这种方式不行，那若何办呢？
既然在 inode 中记载了文献所在的块号，为什么不膨大一下，多记载几块呢？
正本在 inode 中只记载了一个块号，咫尺膨大一下，记载 8 个块号！而且这些块不需要一语气。
嗯，这是个可行的见解！
然而这也只是能示意 8 个块，能记载的最大文献是 8K（记着，一个块是 1K）， 咫尺的文献放松就跳跃这个截止了，这若何办？
很大概，咱们不错让其中一个块，行为辗转索引。
这样片刻就有 263 个块（多了 256 -1 个块）可用了，这种索引叫一级辗转索引。
如果还嫌不够，就再弄一个块作念一级辗转索引，或者作念二级辗转索引（二级辗转索引则不错多出 256 * 256 - 1 个块）。
咱们的文献系统，暂且先只弄一个一级辗转索引。硬盘一共才 1024 个块，一个文献 263 个块够大了。再大了不允许，就这样落拓，爱用无谓。
好了，咫尺咱们仍是不错保存很大的文献了，况且不错通过文献名和文献大小，将它们准确读取出来啦！
5但咱们得诚心诚意，咱们再想想看这个文献系统有什么间隙。
比如，inode 数目不够时，咱们是若何得知的呢？是不是需要在 inode 位图中找，找不到了才知说念不够用了？
一样，关于块数目不够时，亦然如斯。
成人网游如若有个全局的场所，来记载这一切，就好了，也简短随时休养，比如这样
inode 数目
优游 inode 数目
块数目
优游块数目
那咱们就再占用一个块来存储这些数据吧！由于他们看起来像是站在天主视角来描摹这个文献系统的，是以咱们把它放在最开动的块上，日本女优电影并把它叫作念超等块，咫尺的布局如下。
咱们延续诚心诚意。
咫尺，块位图、inode 位图、inode 表，王人是是固定地占据这块 1、块 2、块 3 这三个位置。
假如之后 inode 的数目好多，使得 inode 表或者 inode 位图需要占据多个块，若何办？
或者，块的数目增多（硬盘自己大了，或者每个块变小了），块位图需要占据多个块，若何办？
步调是死的，你不告诉它哪个块示意什么，它可不会我方猜。
很大概，与超等块记载信息一样，这些信息也取舍一个块来记载，就不怕了。那咱们就取舍紧跟在超等块后头的 1 号块来记载这些信息吧，并把它称之为块描摹符。
固然，这些所在块号只是记载肇端块号，块位图、inode 位图、inode 表分别王人不错占用多个块。
好了，大功奏凯！
6咫尺，咱们再尝试存入一批文献。
葵花宝典.txt
数学期末温习贵寓.mp4
赘婿 1.mp4
赘婿 2.mp4
赘婿 3.mp4
赘婿 4.mp4
低并发编程的心事.pdf
诶？这看着好不爽，所有的文献王人是平铺开的，能不可领有层级干系呢？比如这样
葵花宝典.txt
数学期末温习贵寓.mp4
赘婿
赘婿 1.mp4
赘婿 2.mp4
赘婿 3.mp4
赘婿 4.mp4
低并发编程的心事.pdf
咱们将葵花宝典.txt 这种称为宽广文献，将赘婿这种称为目次文献，如果要打听赘婿 1.mp4，那全文献名要写成
赘婿 / 赘婿 1.mp4。
如何作念到这小数呢？那咱们又得把 inode 结构拿出来说事了。
此时需要一个属性来差别这个文献是宽广文献，照旧目次文献。
缺什么就补什么嘛，咱们仍是很熟谙了，挑升加一个 4 字节，来示意文献类型。
如果是宽广文献，则这个 inode 所指向的数据块仍然和之前一样，等于文献自己稳如泰山的本体。
但如果是目次文献，则这个 inode 所指向的数据块，就需要重新打算了。
这个数据块里应该是什么样式呢？不错是一个一个指向不同 inode 的紧挨着的结构体，比如这样。
这样先通过 赘婿 这个目次文献，找到所在的数据块。再凭证这个数据块里的一个个带有 inode 信息的结构体，找到这个目次下的所有文献。
完满！
7不外这样的话，你想想看，如果想要检察一下赘婿这个目次下的所有文献（比如 ll 号召），将文献名和文献类型王人展示出来，若何办呢？
就需要把一个个结构体指向的 inode 从 inode 表中取出，再把文献名和文献类型取出，这额外铺张时分。
而让用户看到一个目次下的所有文献，又是一个极其常见的操作。
是以，不如把文献名和文献类型这种常见的信息，放在数据块中的结构体里吧。
同期，inode 结构中的文献名，好像就没啥用了，这种变长的东西放在这种定长的结构中自己就很沮丧，早就想给它去掉了。而且还能给其他信息省下空间，比如文献所在块的数组，就能再多几个了。
太好了，去掉它！
OK，大功奏凯，咫尺咱们就不错给文献目别汇分放进不同目次下了，还不错在目次下创建目次，无穷套娃！
8咫尺的文献系统，仍是相比完善了，只是还有小数不太爽。
咱们打听到一个目次下，不错很镇定性看到目次里的文献，然后再凭证称号打听这个目次下的文献或者目次，通盘经过王人是一个套路。
然而，最表层的目次下的所有文献，即根目次，咫尺仍然需要通过遍历所有的 inode 来得到，能不可和上头的套路合股呢？
谜底相等大概，咱们划定，inode 表中的 0 号 inode，就示意根目次，一切的打听，就从这个根目次开动！
好了，这回莫得然后了！
咱们最其后观赏下咱们的文献系统架构。
你是不是以为这没啥了不得的。
但这个破玩意，它就叫文献系统
跋文这个文献系统，和 linux 上的经典文献系统 ext2 基本琢磨。
底下是我画的 ext2 文献系统的结构（字段部分只画了中枢字段）
测度你是看不清了，我说下主要异同点：
1. 超等块前边是启动块，这个是 PC 定约给硬盘划定的 1KB 专属空间，任何文献系统王人不可用它。
2. ext2 文献系统当先将通盘硬盘分为好多块组，但如果唯有一个块组的话，和咱们的文献系统举座结构就全王人一样了，分别是超等块、块描摹符、块位图、inode 位图、inode 表、数据块。
3. ext2 文献系统的 inode 表顶用 15 个块来定位文献，其中第 13 个块为一级辗转索引、14 个为二级辗转索引、15 个为三级辗转索引。
4. ext2 文献系统的文献类型分得更多，还有常见的如块建树文献、字符建树文献、管说念文献、socket 文献等。
5. ext2 文献系统的超等块、块描摹符、inode 表中记载的信息更多，但中枢的和咱们的文献系合股样，而且这些字段在后续的 ext3 和 ext4 中不断加多，保握上前兼容。
6. ext2 文献系统的 2 号 inode 为根目次，而咱们的系统是 0 号 inode 为根目次，这个很平缓，你假想一个文献系统定一个 187 号 inode 为根目次也没东说念主拦着你。
如果你想了解 ext2 文献系统的一齐细节，有三种方式。
1. 看源码，linux1.0 后的源码王人有 ext2 文献系统的终了，源码是最准确的。
2. 看官方文档，这里有个 pdf 汇集。
https://www.nongnu.org/ext2-doc/ext2.pdf
3. 看优质博客，这里我推选一个。
&CPP/c/ch29s02.html
4. 用 linux 的 mke2fs 号召生成一个 ext2 文献系统的磁盘镜像，然后一个字节一个字节分析其口头，不错在公众号 低并发编程 回应 ext2 得到我的镜像分析文献。
如果看源码和官方文档绝不英勇，我固然主推这两个，因为毕竟是一手贵寓。
但大大王人东说念主可能无法作念到，巧合也没大必要，因此也不错看一些优质的博客。
先容念念想的，我以为我这一篇就算是很优质的一篇了，它会带你从假想者角度了解为什么这样来假想文献系统。
先容细节的，那些连文献系统的口头和字段王人写不对的，就别看了，是以我这里良心推选一篇，等于上头的方式三，不错宽心斗胆，一字一板地食用。
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