1.理解硬件
1.1磁盘
机械磁盘是计算机中唯⼀的⼀个机械设备
磁盘---外设
慢
容量⼤，价格便宜
1.2磁盘的物理结构
1.3磁盘的存储结构
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
⽂件=内容+属性都是数据，⽆⾮就是占据那⼏个扇区的问题！能定位⼀个扇区了，能不能定位多个扇 区呢？
1.4磁盘的逻辑结构
那么磁盘本质上虽然是硬质的，但是逻辑上我们可以把磁盘想象成为卷在⼀起的磁带，那么磁盘的逻 辑存储结构我们也可以类似于：
1.5 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
所以：从此往后，在磁盘使⽤者看来，根本就不关⼼CHS地址，⽽是直接使⽤LBA地址，磁盘内部⾃⼰ 转换。所以： 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.引入文件系统
2.1块的概念
其实硬盘是典型的“块”设备，操作系统读取硬盘数据的时候，其实是不会⼀个个扇区地读取，这样 效率太低，⽽是⼀次性连续读取多个扇区，即⼀次性读取⼀个”块”（block）。
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，最常⻅的是4KB，即连续⼋个扇区组成⼀个”块”。”块”是⽂件存取的最⼩单位。
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分区的概念
其实磁盘是可以被分成多个分区（partition）的，以Windows观点来看，你可能会有⼀块磁盘并且将 它分区成C,D,E盘。那个C,D,E就是分区。分区从实质上说就是对硬盘的⼀种格式化。但是Linux的设备 都是以⽂件形式存在，那是怎么分区的呢？
柱⾯是分区的最⼩单位，我们可以利⽤参考柱⾯号码的⽅式来进⾏分区，其本质就是设置每个区的起 始柱⾯和结束柱⾯号码。此时我们可以将硬盘上的柱⾯（分区）进⾏平铺，将其想象成⼀个⼤的平 ⾯，如下图所⽰：
2.3 inode概念
之前我们说过 ⽂件=数据+属性 ，我们使⽤ ls -l 的时候看到的除了看到⽂件名，还能看到⽂件元 数据（属性）。
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”。
每⼀个⽂件都有对应的inode，⾥⾯包含了与该⽂件有关的⼀些信息。为了能解释清楚inode，我们需 要是深⼊了解⼀下⽂件系统。
⽂件名属性并未纳⼊到inode数据结构内部
inode的⼤⼩⼀般是128字节或者256，我们后⾯统⼀128字节
任何⽂件的内容⼤⼩可以不同，但是属性⼤⼩⼀定是相同的
3.ext2文件系统
3.1宏观认识
所有的准备⼯作都已经做完，是时候认识下⽂件系统了。我们想要在硬盘上储⽂件，必须先把硬盘格 式化为某种格式的⽂件系统，才能存储⽂件。⽂件系统的⽬的就是组织和管理硬盘中的⽂件。在Linux系统中，最常⻅的是ext2系列的⽂件系统。其早期版本为ext2，后来⼜发展出ext3和ext4。 ext3和ext4虽然对ext2进⾏了增强，但是其核⼼设计并没有发⽣变化，我们仍是以较⽼的ext2作为 演⽰对象。
ext2⽂件系统将整个分区划分成若⼲个同样⼤⼩的块组(Block Group)，如下图所⽰。只要能管理⼀个 分区就能管理所有分区，也就能管理所有磁盘⽂件。
3.2 Block Group
ext2⽂件系统会根据分区的⼤⼩划分为数个Block Group。⽽每个Block Group都有着相同的结构组 成。
3.3块组内部构成
3.3.1超级快(Super Block)
存放⽂件系统本⾝的结构信息，描述整个分区的⽂件系统信息。记录的信息主要有：bolck和inode的 总量，未使⽤的block和inode的数量，⼀个block和inode的⼤⼩，最近⼀次挂载的时间，最近⼀次写 ⼊数据的时间，最近⼀次检验磁盘的时间等其他⽂件系统的相关信息。Super Block的信息被破坏，可 以说整个⽂件系统结构就被破坏了
3.3.2GDT(Group Descriptor Table)
块组描述符表，描述块组属性信息，整个分区分成多个块组就对应有多少个块组描述符。每个块组描 述符存储⼀个块组的描述信息，如在这个块组中从哪⾥开始是inodeTable，从哪⾥开始是Data Blocks，空闲的inode和数据块还有多少个等等。块组描述符在每个块组的开头都有⼀份拷⻉。
3.3.3块位图（Block Bitmap）
BlockBitmap中记录着Data Block中哪个数据块已经被占⽤，哪个数据块没有被占⽤
3.3.4inode位图（Inode Bitmap）
每个bit表⽰⼀个inode是否空闲可⽤。
3.3.5 i节点表(Inode Table)
存放⽂件属性如⽂件⼤⼩，所有者，最近修改时间等
当前分组所有Inode属性的集合
inode编号以分区为单位，整体划分，不可跨分区
3.3.6Data Block
数据区：存放⽂件内容，也就是⼀个⼀个的Block。根据不同的⽂件类型有以下⼏种情况：
对于普通⽂件，⽂件的数据存储在数据块中.
对于⽬录，该⽬录下的所有⽂件名和⽬录名存储在所在⽬录的数据块中，除了⽂件名外，ls-l命令 看到的其它信息保存在该⽂件的inode中。
Block号按照分区划分，不可跨分区
3.4目录与文件名
问题：
我们访问⽂件，都是⽤的⽂件名，没⽤过inode号啊？
⽬录是⽂件吗？如何理解
答案：
⽬录也是⽂件，但是磁盘上没有⽬录的概念，只有⽂件属性+⽂件内容的概念。
⽬录的属性不⽤多说，内容保存的是：⽂件名和Inode号的映射关系
所以，访问⽂件，必须打开当前⽬录，根据⽂件名，获得对应的inode号，然后进⾏⽂件访问
所以，访问⽂件必须要知道当前⼯作⽬录，本质是必须能打开当前⼯作⽬录⽂件，查看⽬录⽂件的 内容！
3.5路径解析
问题：打开当前⼯作⽬录⽂件，查看当前⼯作⽬录⽂件的内容?当前⼯作⽬录不也是⽂件吗？我们访问 当前⼯作⽬录不也是只知道当前⼯作⽬录的⽂件名吗？要访问它，不也得知道当前⼯作⽬录的inode 吗？
答案1：所以也要打开：当前⼯作⽬录的上级⽬录，额....，上级⽬录不也是⽬录吗？？不还是上⾯的问 题吗？
答案2：所以类似"递归"，需要把路径中所有的⽬录全部解析，出⼝是"/"根⽬录。 最终答案3：⽽实际上，任何⽂件，都有路径，访问⽬标⽂件，⽐如:
/home/whb/code/test/test/test.c
都要从根⽬录开始，依次打开每⼀个⽬录，根据⽬录名，依次访问每个⽬录下指定的⽬录，直到访问 到test.c。这个过程叫做Linux路径解析。
所以，我们知道了：访问⽂件必须要有⽬录+⽂件名=路径的原因
根⽬录固定⽂件名，inode号，⽆需查找，系统开机之后就必须知道
可是路径谁提供？
你访问⽂件，都是指令/⼯具访问，本质是进程访问，进程有CWD！进程提供路径。
你open⽂件，提供了路径
可是最开始的路径从哪⾥来？
所以Linux为什么要有根⽬录,根⽬录下为什么要有那么多缺省⽬录？
你为什么要有家⽬录，你⾃⼰可以新建⽬录？
上⾯所有⾏为：本质就是在磁盘⽂件系统中，新建⽬录⽂件。⽽你新建的任何⽂件，都在你或者系 统指定的⽬录下新建，这不就是天然就有路径了嘛！
系统+⽤⼾共同构建Linux路径结构.
3.6路径缓存
问题1：Linux磁盘中，存在真正的⽬录吗？
答案：不存在，只有⽂件。只保存⽂件属性+⽂件内容
问题2：访问任何⽂件，都要从/⽬录开始进⾏路径解析？
答案：原则上是，但是这样太慢，所以Linux会缓存历史路径结构
问题2：Linux⽬录的概念，怎么产⽣的？
答案：打开的⽂件是⽬录的话，由OS⾃⼰在内存中进⾏路径维护
Linux中，在内核中维护树状路径结构的内核结构体叫做： struct dentry
注意：
1.每个⽂件其实都要有对应的dentry结构，包括普通⽂件。这样所有被打开的⽂件，就可以在内存中 形成整个树形结构
2.整个树形节点也同时会⾪属于LRU(Least Recently Used，最近最少使⽤)结构中，进⾏节点淘汰
3.整个树形节点也同时会⾪属于Hash，⽅便快速查找
4.更重要的是，这个树形结构，整体构成了Linux的路径缓存结构，打开访问任何⽂件，都在先在这 棵树下根据路径进⾏查找，找到就返回属性inode和内容，没找到就从磁盘加载路径，添加dentry 结构，缓存新路径
3.7挂载分区
分区写⼊⽂件系统，⽆法直接使⽤，需要和指定的⽬录关联，进⾏挂载才能使⽤。
所以，可以根据访问⽬标⽂件的"路径前缀"准确判断我在哪⼀个分区。
3.8文件系统总结
4.软硬链接
4.1硬链接
我们看到，真正找到磁盘上⽂件的并不是⽂件名，⽽是inode。其实在linux中可以让多个⽂件名对应 于同⼀个inode。
4.2软连接
硬链接是通过inode引⽤另外⼀个⽂件，软链接是通过名字引⽤另外⼀个⽂件，但实际上，新的⽂件和 被引⽤的⽂件的inode不同，应⽤常⻅上可以想象成⼀个快捷⽅式。在shell中的做法
acm：
下⾯解释⼀下⽂件的三个时间：
Access 最后访问时间
Modify ⽂件内容最后修改时间
Change 属性最后修改时间
4.3软硬链接对比
软连接是独⽴⽂件
硬链接只是⽂件名和⽬标⽂件inode的映射关系
4.4软硬链接的用途
硬链接：
.和.. 就是硬链接
⽂件备份
软连接：
类似快捷⽅式