一、文件系统

理解文件系统前首先我们要来先了解一下磁盘结构。

接下来我们看看以水平、垂直角度来看看磁盘结构，并将其区域进行划分。

磁盘的垂直分布 (此图最上面的一面和最下面的一面无磁头，则不存储数据)：

 

• 磁头数：磁头就是在盘片上进行读/写的设备，有几个磁头就表示该磁盘有几个记录面用于存储数据。
• 柱面数：因为磁盘是垂直叠加盘片的，磁盘上的磁道可以看作垂直的圆柱，磁道即半径逐渐缩小的圆，柱面数表示该磁盘一个盘片上有几圈磁道。
• 扇区数：扇区则是将一个盘片进行等比例切分成扇形区域，表示每一条磁道上的扇区数。

所以当我们想读取到一块扇区中的数据，我们的步骤是

• 先寻找在哪个面上(对应是哪一个磁头)
• 在该面哪一圈磁道上
• 位于该磁道的哪一块扇区中
• 然后进行寻道、旋转、读取(传输)

以上是我们在磁盘上进行物理寻址的过程，但是对于操作系统而已，其内部还要进行逻辑寻址的过程。

操作系统将磁盘抽象为数组的形式：​​​​​​

此时系统对数据管理方式就会从物理管理方式转变为逻辑管理方式

• 将数据存储到磁盘----> 将数据存储到该数组
• 找到磁盘特定扇区的位置----> 找到数组特定的位置
• 对磁盘的管理----> 对该数组的管理

 但是100GB的空间仍然不好管理，此时操作系统再进行划分。如下：

虽然磁盘的基本单位是扇区(512字节)，但操作系统(文件系统)和磁盘进行IO的基本单位是：4KB（8*512byte），此4KB被称为block大小，所以磁盘被称为块设备。

为什么不用512字节为单位作为IO的基本单位呢？

1.因为512太小了，有可能会导致多次IO，进而导致效率的降低！

2.硬件与软件的IO访问大小不同，可以将硬件和软件(OS)之间的关系解耦合。比如磁盘的规格后序会不断变化，但是不影响系统的IO访问大小。

Super Block：文件系统的整体的属性信息，整个分区，有多少个快组，哪些快组已经存满，哪些数据块可以被写，inode的使用数量、未使用的数量。

Data blocks：多个4KB大小的集合，保存的都是特定文件的内容。

inode Table：inode 是一个一般大小为128字节的空间，用来保存对应文件的属性。

                该快组内，所有文件的inode空间的集合，需要标识唯一性，每一个inode块，都有一个inode编号。

一般而言，一个文件，一个inode，有一个inode编号

Block Bitmap：假设该分组中有1w+个blocks，则有10000+个比特位，

比特位和特定的block是一一对应的，其中比特位为1，代表block被占用，反之表示可用。

Inode Bitmap：假设有1w+个inode节点，则有1w+个比特位，比特位和特定的inode是一一对应的，其后bitmap中比特位为1，代表该inode被占用，反之表示可用。

Group Descriptor Table：快组描述符，用来描述这个快组有多大、使用了多少个inode、使用了多少block

分区中有了这些描述信息，我们能让一个文件的信息可追溯，可管理！

此时将块组分割成为上面的内容，并且写入相关的管理数据，每一个块组都进行这样的操作，此时整个分区就被写入至了文件系统，这种行为就叫做格式化。