假如让你设计文件系统

我是cloud3

本文是图解系列之文件系统

简单来讲文件系统就是用来管理文件和磁盘的，是用户文件和磁盘之间的一个桥梁。

文件系统要管理磁盘就要有管理的规则，所有的管理都要先分组，或者说要条带化，然后按组进行组织管理。

那按照什么粒度划分呢？通常是以4KB为单位的对磁盘进行逻辑上的划分，一个4k称为一个block。文件系统就按照block为最小的管理单位进行磁盘管理。

划分好了最小管理单元后就要对他们进行再分组，哪些block分到一个组里专门干一件事，也有可能一个组里就只有一个block。

这些组分别要做什么呢？想先想到的就是要有一个组用来放文件，那这个组就被称为datablock。

除了存放文件，还要有一个组存放文件的大小、创建时间、文件存放在哪个block中等信息，这些信息被称为meta data，而这个组被称为inodes。

另外还要有一个组来记录磁盘的整体情况，例如磁盘的大小、inodes的大小等，这个组被称为superblock。

磁盘抽象化

于是就有了这么几个组:bootblock，superblock，inodes，datablock。bootblock和引导有关，这里文件系统关系不大，下面首先看看superblock。

超级块

superblock中包含了文件系统的meta data，文件系统中有多少个inodes和data blocks，标明是何种文件系统类型的magic number等都记录在superblock中。

如何找到文件

要找到存放在datablock中的文件，就需要有个地方记录文件的位置，这个记录文件位置的东西叫做index node（索引节点），所有的indes node放到一个地方这个地方就是inodes。

所以inodes中就是存放了一条条的数据，每条数据都对应datablock中的一个文件。除了具有指向文件所在block的指针外，还包括文件的mode、size、timestamps等。

如何找到目录

通过index node可以找到文件，同样可以找到目录，index node中如果mode是目录，那么所指向的block中就记录的是一个目录项（目录数据块）。

目录项中就记录了目录中的所有文件名称以及文件所在的index node编号。这样就可以再去通过inodes中的index node去查询文件以及下一级目录了。

总结

现在文件系统的种类繁多，ext3、ext4、xfs等，他们的实现复杂，但是文件系统的原理很简单，就是本文所讲的几个基本元素：文件data，查找文件的inode以及管理整个文件系统的superblock。

现在复杂的文件系统就是在这么一个设计思想上衍生出来的。关于文件系统的设计细节我们后面再具体介绍。

关于文件系统最基本原理就讨论到这里。

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