文件的基本概念
文本文件和二进制文件
- 文件可分为文本文件（Text File）和二进制文件（Binary File）两种，源文件是文本文件，而目标文件、可执行文件和库文件是二进制文件。
- 文本文件是用来保存字符的，文件中的字节都是字符的某种编码（例如ASCII或UTF-8），用cat命令可以查看其中的字符，用vi可以编辑其中的字符 文本文件是一个模糊的概念。有些时候说文本文件是指用vi可以编辑出来的文件，例如/etc目录下的各种配置文件，这些文件中只包含ASCII码中的可见字符，而不包含像'\0'这种不可见字符，也不包含最高位是1的非ASCII码字节。从广义上来说，只要是专门保存字符的文件都算文本文件，包含不可见字符的也算，采用其它字符编码（例如UTF-8编码）的也算。
- 二进制文件不是用来保存字符的，文件中的字节表示其它含义，例如可执行文件中有些字节表示指令，有些字节表示各Section和Segment在文件中的位置，有些字节表示各Segment的加载地址。
vi编辑一个文件textfile，在其中输入5678然后保存退出，用ls -l命令可以看到它的长度是5：
$ ls -l textfile
-rw-r--r-- 1 akaedu akaedu 5 2009-03-20 10:58 textfile
5678四个字符各占一个字节，vi会自动在文件末尾加一个换行符，所以文件长度是5。用od命令查看该文件的内容：
$ od -tx1 -tc -Ax textfile
000000 35 36 37 38 0a
5 6 7 8 \n
000005
-tx1选项表示将文件中的字节以十六进制的形式列出来，每组一个字节 -tc选项表示将文件中的ASCII码以字符形式列出来。 -Ax选项要求以十六进制显示文件中的地址，输出结果最左边的一列是文件中的地址，默认以八进制显示 这样我们看到，这个文件中保存了5个字符，以ASCII码保存。ASCII码的范围是0~127，所以ASCII码文本文件中每个字节只用到低7位，最高位都是0。
$ hexdump -C textfile
00000000 35 36 37 38 0a |5678.|
00000005
文件系统结构
- 用户空间包含一些应用程序（例如，文件系统的使用者）和 GNU C 库（glibc），它们为文件系统调用（打开、读取、写和关闭）提供用户接口。
- 系统调用接口的作用就像是交换器，它将系统调用从用户空间发送到内核空间中的适当端点。
- VFS 是底层文件系统的主要接口，它是 Linux 内核中的一个软件抽象层。这个组件导出一组接口，然后将它们抽象到各个文件系统，各个文件系统的行为可能差异很大。有两个针对文件系统对象的缓存（inode 和 dentry）。它们缓存最近使用过的文件系统对象。
- 因为有 VFS 存在，Linux 允许众多不同的文件系统共存，并支持跨文件系统的文件操作。它通过一些数据结构及其方法向实际的文件系统如 ext2，vfat 提供接口机制。 每个文件系统实现（比如 ext2、JFS 等等）导出一组通用接口，供 VFS 使用。
- 缓冲区缓存会缓存文件系统和相关块设备之间的请求。例如，对底层设备驱动程序的读写请求会通过缓冲区缓存来传递。这就允许在其中缓存请求，减少访问物理设备的次数，加快访问速度。可以使用 sync 命令将缓冲区缓存中的请求发送到存储媒体（迫使所有未写的数据发送到设备驱动程序，进而发送到存储设备）。
cache和buffer
cache
在内存管理中，cache指的是：page cache。page cache即页面高速缓存，是针对文件系统的，存储的是文件的文件数据(文件分为元数据和文件数据)。
buffer
在内存管理中，buffer指的是：buffer cache。buffer cache是是块设备的读写缓冲区。操作系统是以块的概念操作磁盘的，一个块会包含一个或者多个扇区，但是不会超过一个页面大小。 buffers主要用于缓存文件系统中的元数据信息(dentries、inodes)，和另外一些不是文件数据的块，例如metadata和raw block I/O，因此还是需要单独用buffer cache来缓存。
两者之间的关系
在内核2.6以后，两者结构进行统一，都是page cache，page中含有一个个的buffer结构，所以我们的free命令中，也将两者进行统一。 两者是配合使用的，当我们对一个文件进行写操作时候，page cache的内容会被改变，而buffer cache则可以将page标记不同的缓冲区(buffer)，并记录哪个块被修改，这样，脏数据回写时候，就不用回写整个page，而只要回写修改的块。
总结
在 Linux 中，文件 Cache 分为两层，一是 Page Cache，另一个 Buffer Cache，每一个 Page Cache 包含若干 Buffer Cache。 内存管理系统和 VFS 只与 Page Cache 交互，内存管理系统负责维护每项 Page Cache 的分配和回收，同时在使用 memory map 方式访问时负责建立映射；VFS 负责 Page Cache 与用户空间的数据交换。 具体文件系统则一般只与 Buffer Cache 交互，它们负责在外围存储设备和 Buffer Cache 之间交换数据。读缓存以Page Cache为单位，每次读取若干个Page Cache，回写磁盘以Buffer Cache为单位，每次回写若干个Buffer Cache。 Page Cache、Buffer Cache、文件以及磁盘之间的关系如下图所示。
Page 结构和 buffer_head 数据结构的关系如下图所示。Page指向一组Buffer的头指针，Buffer的头指针指向磁盘块。在这两个图中，假定了 Page 的大小是 4K，磁盘块的大小是 1K。
