文件系统理解——磁盘文件

news2024/11/16 2:49:19

磁盘文件

1. 问题提出
2. 了解磁盘的物理结构
- 2.1 磁盘大体结构
- 2.2 磁盘的具体物理结构
3.对磁盘结构逻辑抽象
- 3.1 OS是通过CSH方法进行扇区的管理的吗？
- 3.2 磁盘逻辑过程
4.文件系统
- 4.1 管理思想
- 4.2 区结构
- - Boot Block
  - Super Block
  - Group Descriptor Table
  - inode Table & iNode bitmap
  - Data Blocks & Blockbitmap
- 4.3 重新理解文件名
- 4.4 如何理解文件的增删改查
- - 查 & 删除
  - 增
- 4.5 面试题
5.软硬连接
- 5.1 制作软硬连接，对比差别
- 5.2 软硬连接的应用场景

1. 问题提出

在语言操作的文件，都是内存级文件，都是被打开的！如果文件没有被打开呢？在哪里？一定不在内存中！只能在磁盘外设等中静静的等待。

磁盘文件，如果没有被打开，如何理解这些文件？没有被打开的文件，有什么问题？

1.如何合理存储文件的问题
2.存储结构主要是为了解决：快速定位，快速读写——磁盘文件也是如此

问题：
a.如何表示一个文件？
b.如何定位一个文件？
c.如何对文件进行写入？

2. 了解磁盘的物理结构

2.1 磁盘大体结构

磁盘是我们计算机上唯一的机械设备！同时它还是外设。
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盘片：一个盘片有两个盘面，有一摞盘片叠在一起——存储数据区。
磁头：一个盘面一个磁头，一个磁头负责一个盘面的读取！磁头在马达的控制下前后移动，它们是共进退的。
磁头和盘片之间的距离无限靠近，但没有接触。距离数量级为μm——作用：防止接触，在高速移动的时候摩擦生热，使得数据丢失！

盘片对数据的读取与写入的本质是对盘片每个极小的单元的磁化，用N，S级表示0，1！
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2.2 磁盘的具体物理结构

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磁盘中存储的基本单元：扇区，512字节或者 4kb字节；一般所有的磁盘扇区都是512字节

如何定位一个扇区？
CSH法：
首先是确定是哪一个面：对磁头进行编号，编号代表就是哪一个面
接着就是定义磁道：通过磁头的前后移动来改变半径的大小
最后根据扇区的编号确定准确的扇区！

定位完扇区之后就可对该扇区进行管理（0，1读写）——存储数据！
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3.对磁盘结构逻辑抽象

3.1 OS是通过CSH方法进行扇区的管理的吗？

如果OS得到任意一个CSH的值，就可以访问任意一个扇区，所以OS同过CSH方法管理磁盘的吗？答案：否！

为什么呢？
①OS是软件，磁盘是硬件，硬件定位一个地址，CSH，但是如果OS使用CSH来管理，万一磁盘的物理结构改变了呢？OS也需要改变——显然这会复杂，所以OS要和硬件之间解耦合！
②一个扇区，512字节，单位IO的基本量也是很小的！硬件：512字节，OS实际进行IO，基本单位是4KB（可以调整）——所以，OS需要有一套新的地址，来进行块结构的管理。

3.2 磁盘逻辑过程

将圆盘展开，就可得到一个线性结构！
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将几个扇区合并成4KB的数据块，OS就可以通过结构体数组，对这些数据块进行管理！
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4.文件系统

4.1 管理思想

512G的磁盘很大，要怎么管理呢？答案：分而治之！分区，管理好一个区，通过复制粘贴管理剩下的区。区中在分成若干各组！
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4.2 区结构

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注：Linux ext2文件系统

Boot Block

为开机时，加载操作系统数据的存储块

Super Block

【作用】
存储文件系统所有的属性信息
①文件系统的类型；②整个分组情况。
【注】
Super Block在各个分组之中基本都会存在，而且是统一更新的。
意义：Super Block如果只存储一次，一旦该区域的数据丢失，对导致整个512G文件信息无法使用。多个地方存储，防止数据丢失，多个备份，相互之间恢复！

Group Descriptor Table

组描述符：该组内详细统计的属性信息

inode Table & iNode bitmap

一般而言，一个文件，内部所有属性的集合，存储到一个iNode结点（128字节），一个文件对应一个iNode。其中，即便是一个分区，内部也会存在大量的文件即会存在大量的iNode结点，一个group中，需要有一个区域，来专门保存该group内的所有文件的iNode结点–iNode Table，iNode表。
分组内部，可能会存在多个iNode，需要将iNode区分开来，每一个iNode都会有自己的iNode编号，iNode编号，也属于对应的文件属性ID

iNode bitmap来管理这些iNode结点。0表示没有使用，1表示使用了。

Linux查找文件，需要更据iNode编号，来进行文件查找，包括读取数据！一个iNode对应一个文件，而该文件iNode属性和文件对应的文件数据吗，存在映射关系！
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