文件系统的认识

news2025/11/4 8:34:13

文件系统

- 磁盘
- - 磁盘的物理结构
  - 磁盘的存储结构
  - 磁盘的逻辑抽象结构
  - 对磁盘组进行管理
- 创建和删除文件时，`os`做了什么？
- - 创建一个文件时，`os`做了什么？
  - 删除一个文件，`os`做了什么？
- 制作软硬链接
- - 软连接和硬链接区别
- 制作静、动态库
- 使用动静态库
- - 使用静态库
  - 使用动态库

磁盘

文件打开后，会加载到内存中，那么没有又打开的文件在哪里呢？

大量的文件，就在磁盘上

磁盘的物理结构

磁盘中有若干个光盘，磁头，在光盘中间有一个马达，每一个磁盘面都有一个磁头，我们的文件数据就在磁盘面上存储，访问磁盘上的文件，就是通过马达的旋转，和磁头的摆动进行寻址

磁盘的存储结构

在一个磁盘面上有若干个磁道，一个磁道有若干个扇区，数据就是存储在一个个扇区中，每一个扇区的存储容量为512字节

读写磁盘时，磁头找的是某一个面的某一磁道的某一个扇区，就能找到文件对应的数据

磁盘的基本单位是一个扇区，但我们访问以8个扇面（4kb）访问

磁盘的逻辑抽象结构

对磁盘进行管理，就是要先描述后组织，那么我们把磁盘上每一个扇面抽象成数组的一个单元，因为一般是以8个扇面来访问的，所以我们把磁盘抽象成数组，每一个单元大小是4kb

我们管理磁盘时，要对磁盘进行分区，在对每一个分区进行分组，分而治之，管理每一个磁盘组

对磁盘组进行管理

上图是一个磁盘的一个分区，Block group是这个分区的一个磁盘组

在linux中文件的属性和数据是分开存储的

Data blocks：存储文件的数据（以块为单位（一个单位容量为4kb），存储文件的数据，一个文件可能使用多个块）

Block Bitmap：通过位图标识Data bLocks每一个块的使用情况

比如：00001001 表示第0个块，第3个块已被使用

inode Table：以128字节为单位，存储的是文件的属性，也是数组的形式，每一个块存储一个文件的文件属性（每个文件属性中都有一个inode来标识文件的唯一性（inode在分区内唯一））

inode Bitmap：inode Table块的使用情况

Group Descriptor Table:有多少inode，起始的inode编号，有多少个inode被使用，有多少block被使用，还剩多少

SB(super block)：文件系统的等层数据结构，存储这个分区的相关属性（在多个磁盘组中都有，为了恢复数据使用）

一个文件只有一个inode，但是一个文件可能使用多个数据块，如何标识那些数据块属于这一个文件？

在inode Table中每一个块，存储一个文件的属性，在一个块中有一个数组block[15]：在这个数组的[0,11]中直接保存存放该文件数据的数据块的编号，在[12,15]中也指向数据块，但是这个数据块中不存储该文件的数据，而是存储该文件对应的其他存储该文件数据的数据块编号（一级索引）

创建和删除文件时，`os`做了什么？

首先，我们需要知道，目录也是文件，文件=内容+属性，目录文件的inode就存储目录的属性，而目录的数据块存储的是在该目录下的文件和inode编号的映射关系（linux标识文件是通过inode编号，而不是通过文件名）

创建一个文件时，`os`做了什么？

创建文件时，首先会在inode bitmap 中寻找为0的inode编号，将它置为1，在inode Table中找到对应的inode，把文件的属性写入，为该文件分配数据块，建立inode和Data blocks的映射关系，将block bitmap中对应的标志位置为1，我们会得到文件的inode编号，找到自己所处的目录，根据目录的inode找到目录的数据块，将文件名和inode编号映射关系写入到目录的数据块中。

删除一个文件，`os`做了什么？

通过文件名在该目录的数据块中查找文件名和inode编号的映射关系，得到inode编号将inode Bitmap中该inode编号对应置为0，将block Bitmap中该文件对应的数据块置为0。

制作软硬链接

软连接和硬链接区别

由上图可知，软链接是一个独立的文件，inode编号不同（就相当于电脑桌面快捷方式，软链接文件中存放这个文件所在路径），而硬链接就是在目录下，给指定文件添加inode和文件名的映射关系

删除软硬连接使用unlink

这个数表示的就是文件的硬链接数，就是有多少个文件和这个inode映射

为什么创建一个普通文件的硬链接数是1，而一个目录文件的硬链接数是2

如上图，在test中的.表示当前路径，映射test目录的inode，该inode就映射两个文件，

制作静、动态库

静态库（.a）

动态库（.so）

.PHONY:all 
all: libmythod.a libmythod.so 

libmythod.a:add.o hello.o
	ar -rc libmythod.a add.o hello.o		//生成静态库
add.o:myadd.c
	gcc -c myadd.c -o add.o
hello.o:myhello.c
	gcc -c myhello.c -o hello.o



libmythod.so:add_s.o hello_s.o
	gcc -shared -o libmythod.so add_s.o hello_s.o		//生成动态库
add_s.o:myadd.c
	gcc -fPIC -c  myadd.c -o add_s.o				//-fPIC 生成与地址无关的.o文件
hello_s.o:myhello.c
	gcc -fPIC -c  myhello.c -o hello_s.o

.PHONY:lib 
lib:
	mkdir -p lib-static/include 
	mkdir -p lib-static/lib
	cp *.h lib-static/include  
	cp *.a lib-static/lib 
	mkdir -p lib-dyl/include 
	mkdir -p lib-dyl/lib 
	cp *.h lib-dyl/include 
	cp *.so lib-dyl/lib 

.PHONY:clean
clean:
	rm -f *.o *.a *.so

使用动静态库

使用静态库

静态链接使用静态库，就是将静态库拷贝到程序当中

直接#include“myadd.h”，找不到头文件,头文件的搜索路径是在1、当前路径下2、系统的头文件路径下

解决：
将自己的库文件和头文件拷贝到系统路径下（系统路径：头文件（usr/include/）库文件（lib64/））（找到头文件）

usr/include/

lib64/
指定使用哪一个库 （gcc -l 第三方库）
gcc mytest.c -lmythod