网站维护的基本概念,那些网站hr可以做兼职,做网站怎么接私活,网站建设 网站优化#x1f496;作者#xff1a;小树苗渴望变成参天大树#x1f388; #x1f389;作者宣言#xff1a;认真写好每一篇博客#x1f4a4; #x1f38a;作者gitee:gitee✨ #x1f49e;作者专栏#xff1a;C语言,数据结构初阶,Linux,C 动态规划算法#x1f384; 如 果 你 … 作者小树苗渴望变成参天大树 作者宣言认真写好每一篇博客 作者gitee:gitee✨ 作者专栏C语言,数据结构初阶,Linux,C 动态规划算法 如 果 你 喜 欢 作 者 的 文 章 就 给 作 者 点 点 关 注 吧 文章目录 前言一、认识硬件1.1磁盘是什么1.2磁盘的具体存储细节二、文件系统 三、软硬链接3.1软硬链接效果的展示3.2 概念讲解 四、补充知识 前言
今天我们开始讲解文件系统上一篇我们通过文件操作解决了一系列我们之前只停留在表面的操作例如文件操作重定向缓冲区这些但是我们还是不知道什么是文件系统因为我们上一片讲解的被打开的文件加载到内存不在文件系统管理范围的了今天我们要说的是没有被打开的文件此时是放在硬盘里面的那么硬盘怎么讲我们这些没有被打开的文件给存储起来的呢。这篇带大家来理解一下让我们对文件系统有重新认识了一下。 本章讲解顺序 1.认识硬件 2.在谈文件系统
一、认识硬件
大家应该都知道我们的硬盘是储存计算机数据的以为内存是一个有电设备断电后上面的数据都没有了所以需要一个在断电后存储数据的硬件那就是硬盘我们现代的硬盘几乎都是SSD了但是在以前我们使用的都是磁盘今天博主给大家讲解的硬件设备就是磁盘因为磁盘的样貌适合我们去讲解的现代的SSD和磁盘原理都是一样的只是集成了不便于我们去了解他的原理博主讲通过图片的方式一一给大家进行讲解。 1.1磁盘是什么
磁盘是唯一的一个是机械设备的外设让我们一起来看看。 我们打开看看磁盘里面的结构非常的光亮里面有许多结构主要的是磁头和盘片数据就存储在盘片上在盘片运作的时候磁头会移到盘片上来扫描盘片里面的数据盘片的个数是按照磁盘的存储数据量的大小而决定的数据越多盘片就越多这是在出厂的时候就设定好了的而这些盘片都是由一个马达一起带着转动的同事旋转转动速度都是一样的。我们的每一片盘片都有两面每一面都可以存储数据所以都必须有磁头磁头是盘片的两本而这些磁头也是另一个马达同时控制转动的这些磁头俯视来看都是重叠在一起的我们找数据必须在盘片上进行寻找而这些都是通过磁头转到那个位置去定位到我们要找到的数据此时就要知道是哪个磁头就可以对应到哪个盘片在通过磁头转动的角度来读取数据 盘片转动的速度可以达到每秒几万转大家看图磁头和盘片很近但是不会接触这样就不会导致盘片刮花导致数据读取失败我们最好不要开始的来回拌匀电脑开机状态磁盘会转到盘片上震动有可能使磁头上面抖动挂到盘片我们的一个磁盘在生产的时候都会在一个无尘的地方用封胶防止灰尘对盘片有影响拆开后的磁盘一般都报废了
有了上面的介绍我们大致知道磁盘是怎么工作的但是里面的细节我们不知道只知道磁头同时转盘片同时转磁头在盘片上就可以读取数据了关于怎么存储我们是不知道的接下来解决这个问题
1.2磁盘的具体存储细节
我们来看一下更内部的结构 博主拿一面过来介绍。 按照上面的 盘面我们划分成四个区域每一个都是同心圆而这每个圆叫做磁道这四个区域中的其中一个里面的黄色部分就是扇区他是一条有弧度的线里面都是二进制位类似于这样 磁头会发射电流使得这上面的数据0/1之间来回变化的。大家看到垌一个区域上扇区的长度是不一样的这样就导致不均匀但是现在已经几乎均匀了是通过盘片不同位置的密度所控制的来圆心近一点的二进制位离得近一些则反之.扇区是我们磁盘最基本的单位–512字节/4kb为什么是这个大小呢这是一些数学家算出来这样的大小有利于提高整机效率具体的博主也不清楚磁盘可以看成是无数个扇区组成的存储介质 我们是通过磁头来将数据写入盘片此时第一个要解决的问题就是定位一个扇区就是先定位时哪个盘面这是通过哪个磁头决定的再定位到哪个磁道最后就可以定位到是哪个扇区。 解决上面的问题对磁盘进行逻辑结构分析 相信在我们这个年纪的人在小时候应该都见过磁带博主经常在英语听力的时候看到。 我们的磁带也是存储数据的把他扯出来就是一个长长的直线为什么磁带要设计成圆形因为这样可以更多的增加磁带的长度增加磁带的存储容量磁带扯出来以后整体就想一个数组此时我们的磁盘就也可以抽象成数组假设我们磁盘有三个盘片就有六个磁头把每个盘片分成10个磁道每个磁道分成5个扇区我们的数组就可以划分成如下图 此时我们就把磁盘的物理结构就变成了逻辑结构只要给我一个数组下标就可以计算出对应的盘片磁头磁道。 假设每个盘片2W个扇区每个盘片有50个磁道这样就可以算出每个磁道有400个扇区。外部传进来数组下标是28888 逻辑地址又叫LBA地址这样我们就可以通过LBA地址计算出来磁盘的CHS地址反过来计算也可以。 再次回归到硬件我们之前说过不止CPU有寄存器其他外设也有当然这也包括磁盘 所以大家应该知道我们是怎么让磁盘获得数组下标在进行转化的吧。 二、文件系统
我们知道可以从逻辑结构专程物理结构那么我们接下来就在逻辑地址上进行讲解因为逻辑结构是我们所熟悉的结构。 Linux下一切皆文件这个大家都知道了我们磁盘里面也存储了许多没有被打开的文件那么这些文件不可能在磁盘里面里面随便放着从进程开始我们就开始讲解管理方便我们去操作所以我们磁盘里面的文件也需要管理这样读取文件的时候就方便。假设我们的磁盘有800G的容量这太大了管理起来太麻烦所以我们要进行划分将它划分成200G左右的但是也太大了在瓜分成10G的把这10G管理好其余区域复制粘贴过去较好来看划分图所以分区就是我们电脑上的C盘D盘 此时我们的重点就来到最底下的一幅图大家应该都不理解接下来博主就来给大家一一介绍 最底下的一幅图就是我们的文件系统
**1**启动块Boot Block这个大小是设定好的 **2**Block Groupext2文件系统会根据分区的大小划分为数个Block Group。而每个Block Group都有着相同的结构组成。 将着10个g的空间瓜分成n个block group接下来我们介绍其中一个block group **3**datablocks:这是数据块里面有很多小块大小都是4kb,里面存放的都是内容所以存文件内容的区域以块的形式呈现。 **4**inode table:这是属性数据块里面存放单个文件的所有属性一般而言一个文件一个inode,inode是一个结构体大小是128字节这个结构体里面还有一个inode编号。 大家应该看到博主把里面的其中三个属性标红了吗这是我们今天所讲的重点。第一个标红的属性是唯一标识文件的只有找到他才能找到我们的文件所存储的位置第二个标红的属性等到讲解软硬件链接的时候再说第三个标红的属性是找对应的数据块在上面我们说过datablock被分成很多小块每个小块大小为4kb,我们给这些小块设置下标一个文件可能占用的不止一个小块而是多个而第三个属性是一个数组大小一般为15他里面的内容就是小块的下标这样就形成了映射了有的人会说一个小块4kb数组才15个这才可以对应60kb大小的文件啊当文件特别大的时候数组就不够难道会扩容答案是不会扩容我们的数组前12个位置是直接映射关系里面存放的是小块对应的编号后面三位是间接映射关系我们数据块里面规定好了不止可以存放文件的数据也可以存放其他小块的编号后三位的前两位是两级索引里面存放的也是小块的编号只不过这个小块里面的内容是其他小块的编号4kb的大小为4512字节一个编号是一个整型大小是4字节所以两个小块可以存放1024个编号大小变成了4096kb4MB,最后一位是三级索引里面存放的是小块的编号里面的内容依旧存储编号可以存储512个小块的编号在继续往下面的小块里面存储编号每个小块又可以存储512个小块编号此时就有512512262144个小块每个小块存储的数据大小为4kb,可以存储4*2621441048576kb1GB来看图解理解一下 通过上面的讲解我们的文件是怎么存储了的吧还有一个重要点的就是文件系统里面的文件属性和文件内容是分开存储的 5block bitmap:用来标识我们数据块有没有被使用比特位的位置和块号映射起来比特位的内容就是表示该块有没有被使用所以我们删除一个文件的时候不需要讲数据块里面的内容清空只需要将对应的比特位置0就可以了下次在使用此位置就直接覆盖就行了所以大家有没有发现下载很大的文件时间很长但是删除一个文件的时候速度很快原因就在这里。大家如果误删一个文件后其实可以恢复蛋需要专业的软件和技术人员将比特位置1就可以了但是此时你这块位置没有被使用过不然内容就被覆盖了所以误删最好就是什么都不要动交给专业的人。
6 inode bitmap:用来标识我们的inode有没有被使用比特位的位置和inode的标号映射起来这个inode的个数是在分区的时候就划分好的个数是确定好的当inode使用完了而数据块还有也是创建不了文件的数据块没有inode还有也创建不了文件。所以接下来就有了我们super block 7 super block文件系统的基本信息 里面包含了整个分区的基本使用情况一共多少个组每个组的大小每个组的inode数量每个组的block数量每个组的起始inode,文件系统的类型与名称等这是每个分区里面的属性不会在每个分组里面都有的一般只在开头。所以在每个分区使用前都必须提前将部分文件系统属性的信息提前设置进对应的分区中方便我们后续使用这个分区或者分组这也叫格式化
8 Group Descriptor Table这是描述一个分组里面的情况有多少数据使用还剩多少有多少inode被使用还剩多少一些属性的。 inode vs 文件名
我们的一切根源都是通过inode去操作的找到文件inode编号-分区特定的分组-inode-属性-内容。在Linux系统中一个文件一个inode,每个inode都有自己的inode编号inode的设置是以分区为单位的不能跨分区inode标识文件的所有属性文件名并不属于inode这个结构体里面的属性那我们怎么知道一个文件的inode编号的呢我们用户从来没有使用过inode,我们一直使用的是文件名所以这两者肯定有一种联系。这就要依托于我们的目录结构我们的目录也是文件有自己的inode, 就可以找到对应的数据块那数据块里面存储的是什么内容呢但是就是文件名和inode的映射关系两者互为key值。这样我们操作文件名就间接操作了inode了。因为inode是唯一的所以统一目录下不能有同名文件 此时大家理解一下 目录下没有w,我们就无法创建文件目录下没有r,我们就无法查看文件目录下没有x,我们就无法进入文件 在思考一下 新建文件删除文件查找文件修改文件系统要做什么这个问题博主交给读者相信学习了上面的内容我认为聪明的你肯定知道思考题的答案。 三、软硬链接
3.1软硬链接效果的展示
在讲解软硬件链接的时候先不讲概念先让大家看到软硬件链接怎么去操作长什么样才能更好的给大家讲解就好比先给大家看看磁盘结构在讲原理大家才能更好的理解。 我们来看操作结果。 我们的第一个是建立文件的硬连接第二个是建立文件的软链接在ls上加一个-i选项就可以查看到文件的inode对于软硬件链接我们看到最明显的区别就是硬连接和原文件是同一个inode,所以说明硬连接没有创建新的文件而软链接有一个属于自己的inode.两者的删除使用unlink可能使用rm kennel不行但是删除后都不会影响原文件。 3.2 概念讲解
通过上面的演示我们看到两者出现了不同的效果 1软链接的理解 软链接有自己独立的inode,也就是一个独立的文件有自己的inode编号和数据块里面的内容存储的是指向原文件的路径上面的演示是在同一目录下建立的软链接看不出来优势接下来给大家展示一下不同目录下建立软链接文件。 软链接的应用场景 我们通过软链接把深路径的程序在浅路径执行出来了大家有没有发现这就是我们windows下的桌面快捷方式相信大家小时候卸载软件都是直接把桌面的图标给删除了就认为都删除了但实际上只是删除掉快捷方式的文件真正的可执行程序在你安装目录下存在着呢。
注意我们软链接文件里面存储的是指向原文件的路径所以只删除软链接文件么有问题但是只删除原文件就会出现问题
2硬连接的理解 硬连接文件和原文件是同一个inode可以理解为硬连接是我们原文件的一个别名其实可以理解为互为别名删除任意一个其他的都不受影响大家还记得我们在介绍inode结构体的时候说第二个标红的属性引用计数后面来讲此时就是讲解他的最好时机。 这一串数字表示的就是硬连接数当删除一个文件的时候只有等到硬连接数减到0的时候才会删除不然只会计数减减他家有没有发现技术有时候是相同这个引用计数在智能指针文件描述符表和硬连接数都出现了所以系统方面的知识连贯性很大。 硬连接具体做了什么就是在指定目录下(可以不在同一个目录下)建立文件名和指定inode的映射关系–仅此而已 硬连接的应用场景 他的应用场景不是很多但是运用在广泛的是进行目录间的切换。 我们先来创建一个目录文件 普通文件的默认硬连接数是1目录文件的默认的硬链接数是2 我们来看一下此目录文件的inode 我们看到目录文件在一开始就要两个隐藏文件 点点代表当前路径点点代表上一路径所以点文件和当前文件的inode是同一个。 硬链接不允许给目录软链接可以。 为什么硬链接不允许给目录呢 这样会造成环路问题我们的操作文件的前提是查找到这个文件所以路径是方便我们查找的所以查找回在路径文件里面去查找如果在一个目录里面有硬链接后的路径文件就要可能往回找了 所以我们才可以使用相对路径去进行操作那点和点点不就是对目录进行硬链接而且点和点也是存在环路问题啊为什么可以呢原因是这是系统自带的人家可以我们用户不可以所以可以进行硬链接而我们搜索路径的时候不去点和点点里面进行搜索这样就避免了环路。 四、补充知识
先发布晚点再来补充各位读者们。
