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Linux_Ext系列文件系统基本认识（一）

news 2025/7/23 10:07:18

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1. 硬件认识

机械磁盘作为计算机中唯一的一个机械设备，虽然他的访问速度慢于机械硬盘，但因其容量大，价格便宜，被服务器所选中。

1.1 磁盘物理结构

扇区：是磁盘存储数据的基本单位，512字节，块设备

如何定位一个扇区呢？

可以先定位磁头 (header)
确定磁头要访问哪一个柱面(磁道）(cylinder)
定位一个扇区(sector)
CHS地址定位

扇区是从磁盘读出和写入信息的最小单位，通常大小为512字节。
磁头（head）数：每个盘片一般有上下两面，分别对应1个磁头，共2个磁头
磁道（track）数：磁道是从盘片外圈往内圈编号0磁道，1磁道...，靠近主轴的同心圆用于停靠磁头，不存储数据
柱面（cylinder）数：磁道构成柱面，数量上等同于磁道个数
扇区（sector）数：每个磁道都被切分成很多扇形区域，每道的扇区数量相同
圆盘（platter）数：就是盘片的数量
磁盘容量=磁头数×磁道（柱面)数×每道扇区数×每扇区字节数

1.2 磁盘的逻辑结构

磁带上面可以存储数据，我们可以把磁带“拉直”，形成线性结构

逻辑上我们可以把磁盘想象成一卷磁带

这样每一个扇区，就有了一个线性地址（其实就是数组下标)，这种地址叫做LBA

某一磁道展开，如一维数组

当我们将磁道展开，如二维数组

在柱面上的磁道，扇区个数是一样的

当柱面展开，就组成了多维数组

寻址一个扇区：先找到哪一个柱面(Cylinder),在确定柱面内哪一个磁道(其实就是磁头位置，
Head)，在确定扇区（Sector），所以就有了CHS。

我们之前学过C/C++的数组，在我们看来，其实全部都是一维数组：

每一个扇区都有一个下标，我们叫做LBA(LogicalBlockAddress)地址，其实就是线性地址。

那我们如何找到LBA地址呢，我们需要通过CHS地址转化成LBA，CHS转换LBA地址，这是有硬件本身磁盘来做的

1.3 CHS&&LBA地址

CHS转成LBA：

磁头数*每磁道扇区数=单个柱面的扇区总数
LBA=柱面号C*单个柱面的扇区总数+磁头号H*每磁道扇区数+扇区号S-1
即：LBA=柱面号C*(磁头数*每磁道扇区数）+磁头号H*每磁道扇区数+扇区号S-1
扇区号通常是从1开始的，而在LBA中，地址是从0开始的
柱面和磁道都是从0开始编号的
总柱面，磁道个数，扇区总数等信息，在磁盘内部会自动维护，上层开机的时候，会获取到这些参数。

LBA转成CHS：

柱面号C=LBA//（磁头数*每磁道扇区数）【就是单个柱面的扇区总数】
磁头号H=(LBA%(磁头数*每磁道扇区数))//每磁道扇区数
扇区号S=(LBA%每磁道扇区数)+1
"//":表示除取整

从现在开始，磁盘就是一个元素为扇区的一维数组，数组的下标就是每一个扇区的LBA地址。OS使用磁盘，就可以用一个数字访问磁盘扇区了。

2.文件系统

2.1 "块"概念

当操作系统读取硬盘数据，并不会一个个扇区读取，这样效率太低，而是通过连续读取多个扇区，即被称为“快”

硬盘的每个分区是被划分为一个个的”块”。一个”块”的大小是由格式化的时候确定的，并且不可
以更改，最常见的是4KB，即连续八个扇区组成一个”块”。”块”是文件存取的最小单位。

注意：

磁盘就是一个三维数组，我们把它看待成为一个"一维数组"，数组下标就是LBA，每个元素都是扇区
每个扇区都有LBA，那么8个扇区一个块，每一个块的地址我们也能算出来。
知道LBA：块号=LBA/8
知道块号：LAB=块号*8+n.(n是块内第几个扇区)

2.2 “inode”概念

文件=数据+属性，当我们用ls -l 除了能看到文件名，还能看到文件属性

-rwxr-xr-x. 1 root root 7438 "9⽉ 13 14:56" a.out
-rw-r--r--. 1 root root 654 "9⽉ 13 14:56" test.c

每行包含7列：

模式
硬链接数
文件所有者
组
大小
最后修改时间
文件名

ls -l 读取存储在磁盘上的文件信息，然后显示出来

其实这个信息除了通过这种方式来读取，还有一个stat命令能够看到更多信息

[root@localhost linux]# stat test.cFile: "test.c"Size: 654 Blocks: 8 IO Block: 4096 普通⽂件
Device: 802h/2050d Inode: 263715 Links: 1
Access: (0644/-rw-r--r--) Uid: ( 0/ root) Gid: ( 0/ root)
Access: 2017-09-13 14:56:57.059012947 +0800
Modify: 2017-09-13 14:56:40.067012944 +0800
Change: 2017-09-13 14:56:40.069012948 +0800

到这我们要思考一个问题，文件数据都储存在”块”中，那么很显然，我们还必须找到一个地方储存
文件的元信息（属性信息），比如文件的创建者、文件的创建日期、文件的大小等等。这种储存文件元信息的区域就叫做inode，中文译名为”索引节点”。