linux文件系統基礎知識

這兩天看了一本fedora 6的實踐教程，下面是有關linux文件系統知識的學習筆記：

1、linux文件系統分配策略：

塊分配( block allocation ) 和 擴展分配 ( extent allocation )

塊分配：磁盤上的文件塊根據需要分配給文件，避免了存儲空間的浪費。但當文件擴充時，會造成文件中文件塊的不連續，從而導致過多的磁盤尋道時間。

每一次文件擴展時，塊分配算法就需要寫入文件塊的結構信息，也就是 meta-dada 。meta-data總是與文件一起寫入存儲設備，改變文件的操作要等到所有meta-data的操作都完成后才能進行，

因此，meta-data的操作會明顯降低整個文件系統的性能。

擴展分配： 文件創建時，一次性分配一連串連續的塊，當文件擴展時，也一次分配很多塊。meta-data在文件創建時寫入，當文件大小沒有超過所有已分配文件塊大小時，就不用寫入meta-data，直到需要再分配文件塊的時候。

擴展分配采用成組分配塊的方式，減少了SCSI設備寫數據的時間，在讀取順序文件時具有良好的性能，但隨機讀取文件時，就和塊分配類似了。

文件塊的組或塊簇 ( block cluster) 的大小是在編譯時確定的。簇的大小對文件系統的性能有很大的影響。

注： meta-data 元信息：和文件有關的信息，比如權限、所有者以及創建、訪問或更改時間等。

2、文件的記錄形式

linux文家系統使用索引節點(inode)來記錄文件信息。索引節點是一種數據結構，它包含了一個文件的長度、創建及修改時間、權限、所屬關系、磁盤中的位置等信息。

一個文件系統維護了一個索引節點的數組，每個文件或目錄都與索引節點數組中的唯一的元素對應。每個索引節點在數組中的索引號，稱為索引節點號。

linux文件系統將文件索引節點號和文件名同時保存在目錄中，所以，目錄只是將文件的名稱和它的索引節點號結合在一起的一張表，目錄中每一對文件名稱和索引節點號稱為一個連接。

對于一個文件來說，有一個索引節點號與之對應;而對于一個索引節點號，卻可以對應多個文件名。

連接分為軟連接和硬連接，其中軟連接又叫符號連接。

硬連接： 原文件名和連接文件名都指向相同的物理地址。目錄不能有硬連接;硬連接不能跨文件系統(不能跨越不同的分區)，文件在磁盤中只有一個拷貝。

由于刪除文件要在同一個索引節點屬于唯一的連接時才能成功，因此硬連接可以防止不必要的誤刪除。

軟連接： 用 ln -s 命令建立文件的符號連接。符號連接是linux特殊文件的一種，作為一個文件，它的數據是它所連接的文件的路徑名。沒有防止誤刪除的功能。

3、文件系統類型：

ext2 ： 早期linux中常用的文件系統

ext3 ： ext2的升級版，帶日志功能

RAMFS ： 內存文件系統，速度很快

NFS ： 網絡文件系統，由SUN發明，主要用于遠程文件共享

MS-DOS ： MS-DOS文件系統

VFAT ： Windows 95/98 操作系統采用的文件系統

FAT ： Windows XP 操作系統采用的文件系統

NTFS ： Windows NT/XP 操作系統采用的文件系統

HPFS ： OS/2 操作系統采用的文件系統

PROC : 虛擬的進程文件系統

ISO9660 ： 大部分光盤所采用的文件系統

ufsSun : OS 所采用的文件系統

NCPFS ： Novell 服務器所采用的文件系統

SMBFS ： Samba 的共享文件系統

XFS ： 由SGI開發的先進的日志文件系統，支持超大容量文件

JFS ：IBM的AIX使用的日志文件系統

ReiserFS : 基于平衡樹結構的文件系統

udf: 可擦寫的數據光盤文件系統

4、虛擬文件系統VFS

linux支持的所有文件系統稱為邏輯文件系統，而linux在傳統的邏輯文件系統的基礎上增加料一個蓄念文件系統( Vitual File System ,VFS) 的接口層。

虛擬文件系統(VFS) 位于文件系統的最上層，管理各種邏輯文件系統，并可以屏蔽各種邏輯文件系統之間的差異，提供統一文件和設備的訪問接口。

5、文件的邏輯結構

文件的邏輯結構可分為兩大類： 字節流式的無結構文件 和 記錄式的有結構文件。

由字節流(字節序列)組成的文件是一種無結構文件或流式文件 ，不考慮文件內部的邏輯結構，只是簡單地看作是一系列字節的序列，便于在文件的任意位置添加內容。

由記錄組成的文件稱為記錄式文件 ，記錄是這種文件類型的基本信息單位，記錄式文件通用于信息管理。

6、文件類型

普通文件 ： 通常是流式文件

目錄文件 ： 用于表示和管理系統中的全部文件

連接文件 ： 用于不同目錄下文件的共享

設備文件 ： 包括塊設備文件和字符設備文件，塊設備文件表示磁盤文件、光盤等，字符設備文件按照字符操作終端、鍵盤等設備。

管道(FIFO)文件 : 提供進程建通信的一種方式

套接字(socket) 文件： 該文件類型與網絡通信有關

7、文件結構： 包括索引節點和數據

索引節點 ： 又稱 I 節點，在文件系統結構中，包含有關相應文件的信息的一個記錄，這些信息包括文件權限、文件名、文件大小、存放位置、建立日期等。文件系統中所有文件的索引節點保存在索引節點表中。

數據 ： 文件的實際內容。可以是空的，也可以非常大，并且擁有自己的結構。

8、ext2文件系統

ext2文件系統的數據塊大小一般為 1024B、2048B 或 4096B

ext2文件系統采用的索引節點(inode)：

索引節點采用了多重索引結構，主要體現在直接指針和3個間接指針。直接指針包含12個直接指針塊，它們直接指向包含文件數據的數據塊，緊接在后面的3個間接指針是為了適應文件的大小變化而設計的。

e.g： 假設數據塊大小為1024B ，利用12個直接指針，可以保存最大為12KB的文件，當文件超過12KB時，則要利用單級間接指針，該指針指向的數據塊保存有一組數據塊指針，這些指針依次指向包含有實際數據的數據塊，

假如每個指針占用4B，則每個單級指針數據塊可保存 1024/4=256 個數據指針，因此利用直接指針和單級間接指針可保存 1024*12+1024*256=268 KB的文件。當文件超過268KB時，再利用二級間接指針，直到使用三級間接指針。