Linux 文件系统

Linux 文件系统中的文件是数据的集合，文件系统不仅包含着文件中的数据而且还有文件系统的结构，所有 Linux 用户和程序看到的文件、目录、软连接及文件保护信息等都存储在其中。

挂载

在 linux 操作系统中， 挂载是指将一个设备（通常是存储设备）挂接到一个已存在的目录上。 我们要访问存储设备中的文件，必须将文件所在的分区挂载到一个已存在的目录上， 然后通过访问这个目录来访问存储设备。

在安装 Linux 时，会让选择系统的安装位置。比如 “/” ，你要把他投放到哪块硬盘哪个分区下。当系统装完了后，你在 “/” 下读写文件，其实就是读写的那块物理硬盘的那个分区下的数据了。此时 “/” 被称作挂载点。

目录结构

Linux 中的目录结构是一个树状的，"/" 为最根节点，其下面的所有目录均是由 “/” 根目录所衍生出来的。

文件系统

Linux 中使用的最普遍的文件系统是 Extended filesystem。

当安装完 Linux 之后，那个安装的分区就被格式化成了这种文件系统。在这种文件系统里面，每个文件是使用 inode 与 block 来承载的。

inode 负责记录文件的属性，比如名称 大小 权限 之类的东西。还记录了 block 的号码。

block 则是负责记录文件的数据了。

当我要读取某一个文件的内容的时候，那么步骤应该是：

1. 先从 inode 中取出文件权限，然后与你的权限对比，如果有权限进行下一步；
2. 继而从 inode 中得到 block 号码，然后通过这个号码去找到对应的 block 读取数据。

再来详细说下 block。每个 block 的大小都是固定的，这个大小一般可以在格式化的时候指定的，比如这里拿 4K 来举例。我们说，文件数据是储存在 block 中的，但是此时我有一个 5K 的文件该怎么存？因为 block 的大小是 4K，而我们的数据要多出 1K 去，那这 1K 难道不要了？这时会再多分配出一个 4K 的 block 来存放那剩余的 1K 数据。（剩余 3K 浪费掉）

现在的情况是，一个 5K 的文件，使用 2 个 4K 的 block 来存储，虽然我们解决了存储 5K 文件的问题。但是这里就又有了一个新的问题。

在 inode 中记录的是 block 的号码，但是此时我们使用了 2 个 block 来存储的 5K 数据，那么在 inode 中记录的 block 号码，该记这 2 个 block 中的哪个呢？

当然是要全都记录下来，不然岂不是 5K 的文件在读取时只能得到 4K 。在 ext3 文件系统中，最多可以记录 12 个 block 号码，这里叫 直接块 。也就是最多可以存储 12 * 4K = 48K 。但是这也太少了吧？这意味着在 ext3 文件系统中每个块大小设置为 4K，单文件最大容量才 48K 呢。

所以在这时候，可以使用 一级间址 的形式来记录更大文件的 block 号码，首先先在 一级间址 中记录 一个 block 的号码，再由这一个 block 去记录整个文件的 block 的号码。因此 一级间址 形式最大存储文件大小是：

(4K / 4Byte) * 4K = 4M   # 4Byte 是每个 block 号码占用的大小

但是这样能够储存的文件还是很小，所以就有了 二级间址、三级间址 ，和 一级间址 的原理是一样的，具体可以参考下面的这张图：

还是按照 4K 的 block 大小，来计算一下单个文件最大大小是多少：

 ​ 12 * 4K                # 直接块(48K)
+ (4K / 4Byte) * 4K      # 一级间址(4M)
+ (4K / 4Byte) ^ 2 * 4K  # 二级间址(4G)
+ (4K / 4Byte) ^ 3 * 4K  # 三级间址(4T)
≈ 4T

虽然算出来的是 4T ，但是由于一些限制，实际达不到 4T。

在目前最新的 ext4 文件系统中，支持了使用 extent 树的形式存储数据块的映射结构，这意味着可以不再使用上面的 一级间址/二级间址/三级间址 这种繁琐且效率低下的方法了。

目录内容

现在已经知道了文件是如何存储的，但是目录又是怎么存储的呢？如何判定一个目录下面有哪些文件呢？

每个目录也对应于一个或多个 block ，而这个 block 就是记录文件名和文件的 inode 号码的关系对照表。例如下面这样：

至于目录对应多少 block ，则是由目录文件数量决定的，如果文件多所分到的 block 数也就大。

现在我们应该能发现了，如果要读取 /a.mp4 ，那么要首先去读取 / 这个目录的 block （因为不读取的话你没法得到 a.mp4 这个文件的 inode 号码吧？）。等有了 inode 号码，再去根据 inode 对应的文件 block 读到文件内容。

所以，读取一个文件的步骤应该在前面再加上两条：

1. 得到 / 的 inode (每个目录都有自己的 inode 号码，根目录的一般是 2 )；
2. 通过 / 的 inode 得到 / 的 block；
3. 从 / 的 block 中得到文件的 inode 号；
4. 从 inode 中取出文件权限，然后与你的权限对比，如果有权限进行下一步；
5. 最后从 inode 中得到 block 号码，然后通过这个号码去找到对应的 block 读取数据。