一、檔案系統層次分析
由上而下主要分為使用者層、vfs層、檔案系統層、快取層、塊裝置層、磁碟驅動層、磁碟物理層
使用者層：最上面使用者層就是我們日常使用的各種程式，需要的介面主要是檔案的建立、刪除、開啟、關閉、寫、讀等。
vfs層：我們知道linux分為使用者態和核心態，使用者態請求硬體資源需要呼叫system call通過核心態去實現。使用者的這些檔案相關操作都有對應的system call函式介面，介面呼叫 vfs對應的函式。
檔案系統層：不同的檔案系統實現了vfs的這些函式，通過指標註冊到vfs裡面。所以，使用者的操作通過vfs轉到各種檔案系統。檔案系統把檔案讀寫命令轉化為對磁碟lba的操作，起了乙個翻譯和磁碟管理的作用。
快取層：檔案系統底下有快取，page cache，加速效能。對磁碟lba的讀寫資料快取到這裡。
塊裝置層：塊裝置介面block device是用來訪問磁碟lba的層級，讀寫命令組合之後插入到命令佇列，磁碟的驅動從佇列讀命令執行。linux設計了電梯演算法等對很多lba的讀寫進行優化排序，盡量把連續位址放在一起。
磁碟驅動層：磁碟的驅動程式把對lba的讀寫命令轉化為各自的協議，比如變成ata命令，scsi命令，或者是自己硬體可以識別的自定義命令，傳送給磁碟控制器。host based ssd甚至在塊裝置層和磁碟驅動層實現了ftl，變成對flash晶元的操作。
磁碟物理層：讀寫物理資料到磁碟介質。
二、檔案系統結構與工作原理（主要以ext4為例）
我們都知道，windows檔案系統主要有fat、ntfs等，而linux檔案系統則種類多的很，主要有vfs做了乙個軟體抽象層，向上提供檔案操作介面，向下提供標準介面供不同檔案系統對接，下面主要就以ext4檔案系統為例，講解下檔案系統結構與工作原理：
上面兩個圖大體呈現了ext4檔案系統的結構，從中也相信能夠初步的領悟到檔案系統讀寫的邏輯過程。下面對上圖裡邊的構成元素做個簡單的講解：
引導塊：為磁碟分割槽的第乙個塊，記錄檔案系統分割槽的一些資訊，，引導載入當前分割槽的程式和資料被儲存在這個塊中。一般占用2kb，
超級塊：
超級塊用於儲存檔案系統全域性的配置引數(譬如：塊大小，總的塊數和inode數)和動態資訊(譬如：當前空閒塊數和inode數)，其處於檔案系統開始位置的1k處，所佔大小為1k。為了系統的健壯性，最初每個塊組都有超級塊和組描述符表(以下將用gdt)的乙個拷貝，但是當檔案系統很大時，這樣浪費了很多塊(尤其是gdt占用的塊多)，後來採用了一種稀疏的方式來儲存這些拷貝，只有塊組號是3, 5 ,7的冪的塊組(譬如說1,3,5,7,9,25,49…)才備份這個拷貝。通常情況下，只有主拷貝(第0塊塊組)的超級塊資訊被檔案系統使用，其它拷貝只有在主拷貝被破壞的情況下才使用。
塊組描述符：
gdt用於儲存塊組描述符，其占用乙個或者多個資料塊，具體取決於檔案系統的大小。它主要包含塊點陣圖，inode點陣圖和inode表位置，當前空閒塊數，inode數以及使用的目錄數(用於平衡各個塊組目錄數)，具體定義可以參見ext3_fs.h檔案中struct ext3_group_desc。每個塊組都對應這樣乙個描述符，目前該結構占用32個位元組，因此對於塊大小為4k的檔案系統來說，每個塊可以儲存128個塊組描述符。由於gdt對於定位檔案系統的元資料非常重要，因此和超級塊一樣，也對其進行了備份。gdt在每個塊組(如果有備份)中內容都是一樣的，其所佔塊數也是相同的。從上面的介紹可以看出塊組中的元資料譬如塊點陣圖，inode點陣圖,inode表其位置不是固定的，當然預設情況下，檔案系統在建立時其位置在每個塊組中都是一樣的，如圖2所示(假設按照稀疏方式儲存，且n不是3,5,7的冪)
塊組：
每個塊組包含乙個塊位圖塊，乙個 inode 位圖塊，乙個或多個塊用於描述 inode 表和用於儲存檔案資料的資料塊，除此之外，還有可能包含超級塊和所有塊組描述符表(取決於塊組號和檔案系統建立時使用的引數)。下面將對這些元資料作一些簡要介紹。
塊點陣圖：
塊點陣圖用於描述該塊組所管理的塊的分配狀態。如果某個塊對應的位未置位，那麼代表該塊未分配，可以用於儲存資料；否則，代表該塊已經用於儲存資料或者該塊不能夠使用(譬如該塊物理上不存在)。由於塊位圖僅佔乙個塊，因此這也就決定了塊組的大小。
inode點陣圖：
inode點陣圖用於描述該塊組所管理的inode的分配狀態。我們知道inode是用於描述檔案的元資料，每個inode對應檔案系統中唯一的乙個號，如果inode點陣圖中相應位置位，那麼代表該inode已經分配出去；否則可以使用。由於其僅占用乙個塊，因此這也限制了乙個塊組中所能夠使用的最大inode數量。
inode表：
inode表用於儲存inode資訊。它占用乙個或多個塊(為了有效的利用空間，多個inode儲存在乙個塊中)，其大小取決於檔案系統建立時的引數，由於inode點陣圖的限制，決定了其最大所占用的空間。
以上這幾個構成元素所處的磁碟塊成為檔案系統的元資料塊，剩餘的部分則用來儲存真正的檔案內容，稱為資料塊，而資料塊其實也包含資料和目錄。
了解了檔案系統的結構後，接下來我們來看看作業系統是如何讀取乙個檔案的：
大體過程如下：
1、根據檔案所在目錄的inode資訊，找到目錄檔案對應資料塊
2、根據檔名從資料塊中找到對應的inode節點資訊
3、從檔案inode節點資訊中找到檔案內容所在資料塊塊號
4、讀取資料塊內容
到這裡，相信很多人會有乙個疑問，我們知道乙個檔案只有乙個inode節點來存放它的屬性資訊，那麼你可能會想如果乙個大檔案，那它的block一定是多個的，且可能不連續的，那麼inode怎麼來表示呢,下面的圖告訴你答案:
也就是說，如果檔案內容太大，對應資料塊數量過多，inode節點本身提供的儲存空間不夠，會使用其他的間接資料塊來儲存資料塊位置資訊，最多可以有**定址結構。
到這裡，應該都已經非常清楚檔案讀取的過程了，那麼下面再丟擲兩個疑問：
1、檔案的拷貝、剪下的底層過程是怎樣的？
2、軟連線和硬連線分別是如何實現的？
下面來結合stat命令動手操作一下，便知真相：
linux基礎命令 檔案系統
檔案系統 作業系統是通過檔案系統區操作檔案，磁碟或分割槽需要建立檔案系歐諾統後才能被作業系統使用，建立檔案系統的過程叫做格式化 常見檔案系統 fat32,ntfs window的主流檔案系統 ext2,ext3 紅帽4的主要的檔案系統 ext4 紅帽5的主要檔案系統 其中ext3,ext4都是日誌型...
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