这是我参与「第五届青训营 」伴学笔记创作活动的第4天，今天学习整理了一部分计算机系统文件系统的内容，简单做个总结。
文件系统
文件系统的基本组成
文件系统的基本单位是文件
一切皆文件，包括设备管道，socket
linux为每个文件分配索引节点（inode）和目录项（dentry）两个数据结构
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inode记录文件元信息，包括文件大小，编号等
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inode是文件的唯一标识，储存在硬盘中，占用磁盘空间
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dentry记录文件名，inode指针以及与其他目录项的层级关联。
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目录项由内核维护，存放在内存中
目录也是文件，普通文件存文件数据，目录文件存子目录或文件
目录项与目录不同，目录为磁盘的文件，目录项为内核的数据结构，在内存中。
目录如果频繁读取，内核会把已读目录存在内核的目录项中，下次读写直接从内存读取。
目录项不仅表示目录，同样可以表示文件
文件数据的存储
磁盘读写的最小单位是扇区，512B，文件系统把多个组成逻辑块（数据块），Linux逻辑块大小为4KB，即8个扇区。
总结，如图
为加速访问，硬盘的索引节点通常会加载到内存中。
另外格式化内存时，磁盘分成三个区域，超级块，索引节点区和数据块区。
- 超级块，用来存储文件系统的详细信息，比如块个数、块大小、空闲块等等。
- 索引节点区，用来存储索引节点；
- 数据块区，用来存储文件或目录数据
系统不会把超级块和索引节点全部加载到内存，只有需要的时候才会，其时机各不相同。
- 超级块：当文件系统挂载时进入内存；
- 索引节点区：当文件被访问时进入内存；
虚拟文件系统
文件系统种类多，Linux操作系统为给用户提供一个统一接口，把虚拟文件系统（VFS）作为中间层注入用户层和文件系统层之间
VFS 定义了一组所有文件系统都支持的数据结构和标准接口，这样程序员不需要了解文件系统的工作原理，只需要了解 VFS 提供的统一接口即可。
Linux系统中各部件关系如下：
linux支持的文件系统分为三类：
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磁盘的文件系统，它是直接把数据存储在磁盘中，比如 Ext 2/3/4、XFS 等都是这类文件系统。
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内存的文件系统，这类文件系统的数据存储在内存空间，我们经常用到的 /proc 和 /sys 文件系统都属于这一类，读写这类文件，实际上是读写内核中相关的数据。
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网络的文件系统，用来访问其他计算机主机数据的文件系统，比如 NFS、SMB 等等。
文件的使用
- 读取一个文件的过程，通过open系统调用打开文件
- write操作时使用open返回的文件描述符，而不是文件名做参数。
- 通过close系统调用关闭文件
打开了一个文件后，操作系统会跟踪进程打开的所有文件.
跟踪就是操作系统为每个进程维护一个打开文件表，文件表里的每一项代表「文件描述符」
所以说文件描述符是打开文件的标识
操作系统在打开文件表中维护着打开文件的状态和信息：
- 文件指针：系统跟踪上次读写位置作为当前文件位置指针，这种指针对打开文件的某个进程来说是唯一的；
- 文件打开计数器：文件关闭时，操作系统必须重用其打开文件表条目，否则表内空间不够用。因为多个进程可能打开同一个文件，所以系统在删除打开文件条目之前，必须等待最后一个进程关闭文件，该计数器跟踪打开和关闭的数量，当该计数为 0 时，系统关闭文件，删除该条目；
- 文件磁盘位置：绝大多数文件操作都要求系统修改文件数据，该信息保存在内存中，以免每个操作都从磁盘中读取；
- 访问权限：每个进程打开文件都需要有一个访问模式（创建、只读、读写、添加等），该信息保存在进程的打开文件表中，以便操作系统能允许或拒绝之后的 I/O 请求；
文件的存储
- 文件数据存在磁盘的方式有两种
连续存放方式
空间，效率高
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必须知道文件大小
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inode需要指定起始块的位置和长度
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缺点：磁盘空间有碎片，文件长度难拓展
非连续存放方式
链表方法
1.隐式链表
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实现方式
文件头inode包含第一块与最后一块的位置，每个数据块留出一个指针指向下一个数据块
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缺点
无法直接访问数据块，指针消耗一定空间，稳定性差，指针损坏导致文件数据丢失
2.显式链表
- 实现方式
把用于链接文件各数据块的指针，显式地存放在内存的一张链接表中，整个磁盘仅设置一张
内存中这样一个表格称为文件分配表（FAT）
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缺点
不适合大磁盘，越大磁盘，FAT方案的表占有越大，200g硬盘可达800MB.
索引方式
