作業系統原理（三）——檔案系統（File system）

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檔案系統（File system）

1. 檔案

　　首先要說檔案的定義，檔案是進程建立的資訊邏輯單元。

　　由於磁帶和光碟片的效能較低，磁碟使用的較多。這裡討論檔案儲存在磁碟中的情況。磁碟可被認為是固定塊兒大小的線性序列。

　　在作業系統看來，檔案就是一個個位元組流，作業系統不管這個檔案的內容（不管它是.mp3音頻檔案，或者.jpg圖片檔案，在應用程式看來才有這種區分）。檔案在作業系統眼中只有3種：普通檔案、目錄檔案、特殊檔案。

　　檔案的命名：

　　　　在Linux中，檔案名稱大小寫敏感；目錄分隔字元“/”絕對不能出現在檔案名稱中。

　　　　在Windows中，檔案名稱大小寫不敏感；盤符“：”絕對不能出現在檔案名稱中（其實還有很多符號不能出現在檔案名稱中...Linux不清楚其他限制）。

　　應用程式識別檔案類型：

　　　　Windows：副檔名；

　　　　Linux：檔案頭部。

 

2. inode

　　檔案系統中，有一個叫inode的結構，它與真實的檔案一一對應，用來記錄這個檔案的各種屬性：許可權、所有者、建立時間、最近修改時間等等。

 

2.1 inode的作用

　　已經提過inode用來記錄檔案屬性，更用來記錄檔案在磁碟中的位置，要找到檔案必須通過它的inode。每一個inode都有唯一的編號。目錄檔案的內容就是檔案名稱和其對應的inode。沒錯，檔案名稱是儲存在它的上層目錄中的，所以對檔案夾有寫入權限的使用者可以任意刪除此檔案夾中的內容，即使這個使用者對被刪除的檔案沒有任何許可權。

　　inode中還儲存著檔案的大小，以及檔案在系統中的儲存位置，那麼它怎麼儲存檔案在磁碟上的位置呢？進一步看inode的結構。

 

2.2 inode的結構

　　一個檔案的可能會佔一個、多個或很多很多的塊兒。在ext2檔案系統中，一個磁碟塊兒的大小為1K，一個inode佔用128Bytes，其中60個位元組用來存指標，指向檔案在磁碟中的位置。每個指標需要4個位元組，共15個指標。檔案可能佔用很多很多的塊兒，15個指標被設計為：

　　前12個指標：直接指標，指向檔案在磁碟中的位置，可表示最大12K的檔案；

　　第13個指標：間接指標，指向一個磁碟塊，這個記憶體塊中儲存著1024 / 4 = 256個直接指標，容量256K；

　　第14個指標：二級間接指標，指向一個磁碟塊，這個記憶體塊中儲存著1024 / 4 = 256個間接指標，容量256 * 256K = 64M；

　　第15個指標：三級間接指標，指向一個磁碟塊，這個記憶體塊中儲存著1024 / 4 = 256個二級間接指標，容量256 * 256 * 256K = 16G；

　　故ext2檔案系統最大支援12K + 256K + 64M + 16G ≈ 16G的檔案。

 

3. 硬串連（Hard links）和軟串連（Soft links）

　　串連用於檔案分享權限設定。串連分為硬串連和軟串連。

　　硬串連，多個檔案名稱對應同一個inode。當一個inode對應的檔案名稱個數為0時，這個inode和對應的檔案才會被真正刪除。即若檔案a和b指向同一個inode，這時刪除檔案a，這個檔案並不會被真正刪除，因為還有檔案名稱b指向這個inode。永久連結不能跨磁碟，不能跨檔案系統。

　　軟串連，又叫符號串連（symbolic link），建立一個檔案，這個檔案包含了另一個檔案的路徑名，這個檔案對應一個inode。即檔案a指向一個inode，建立一個軟串連b指向a。這時刪除a，檔案會被真正刪除。b依然存在，但是已經失效。符號串連只是一個引用，或者一個捷徑。符號串連可以跨磁碟，可以跨檔案系統。

　　

　　

作業系統原理（三）——檔案系統（File system）