Linux檔案系統

檔案描述符fd:

檔案描述符是乙個非負整數。當我們開啟乙個現有檔案或者建立乙個新檔案時，核心會想程序返回乙個檔案描述符。

當我們開啟檔案時，作業系統在記憶體中要建立相應的資料結構來描述目標檔案，即file結構體，來表示已經開啟的檔案。程序執行open系統呼叫時必須讓程序和檔案關聯起來。每個程序都有乙個*file指標，指向一張表files_struct,這張表包含乙個檔案指標陣列，每個元素都是乙個指向開啟檔案的指標。所以，

檔案描述符本質上是檔案指標陣列的下標。

只要拿著fd，就可以找到對應的檔案。

file結構體：

file 結構如下所示：

struct file f_u;

struct path f_path; 包含dentry和mnt兩個成員，用於確定檔案路徑

#define f_dentry f_path.dentry f_path的成員之一，當前檔案的dentry結構

#define f_vfsmnt f_path.mnt 表示當前檔案所在檔案系統的掛載根目錄

const struct file_operations *f_op; 與該檔案相關聯的操作函式

atomic_t f_count; 檔案的引用計數(有多少程序開啟該檔案)

unsigned int f_flags; 對應於open時指定的flag

mode_t f_mode; 讀寫模式：open的mod_t mode引數

off_t f_pos; 該檔案在當前程序中的檔案偏移量

struct fown_struct f_owner; 該結構的作用是通過訊號進行i/o時間通知的資料。

unsigned int f_uid, f_gid; 檔案所有者id，所有者組id

struct file_ra_state f_ra; 在linux/include/linux/fs.h中定義，檔案預讀相關

unsigned long f_version;

#ifdef config_security

void *f_security;

#endif

void *private_data;

#ifdef config_epoll

struct list_head f_ep_links;

spinlock_t f_ep_lock;

#endif };

大部分的linux檔案系統規定，乙個檔案是由目錄項，inode和資料塊組成。

inode

理解inode，要從檔案儲存說起。檔案儲存在硬碟上，硬碟的最小儲存單位叫做"扇區"（sector），每個扇區儲存512位元組（相當於0.5kb）。

作業系統讀取硬碟的時候，不會乙個扇區乙個扇區地讀取，這樣效率太低，而是一次性連續讀取多個扇區，即一次性讀取乙個"塊"（block）。這種由多個扇區組成的"塊"，是檔案訪問的最小單位。"塊"的大小，最常見的是4kb，即連續八個 sector「扇區」組成乙個 block。

檔案都儲存在「塊」中，那麼，要找乙個地方儲存的檔案的元資訊，包括檔案的創造者，檔案的創造日期，檔案的大小

inode包含檔案的元資訊，具體來說有以下內容：

可以用stat命令來檢視檔案的inode資訊。

請看檔案儲存結構示意圖：

inode號碼

每個inode都有乙個號碼，作業系統用inode號碼來識別不同的檔案。

這裡值得重複一遍，linux系統內部不使用檔名，而使用inode號碼來識別檔案。對於系統來說，檔名只是inode號碼便於識別的別稱或者綽號。

表面上，使用者通過檔名，打

開檔案。實際上，系統內部這個過程分成三步：首先，系統找到這個檔名對應的inode號碼；其次，通過inode號碼，獲取inode資訊；最後，根據inode資訊，找到檔案資料所在的block，讀出資料。

使用ls -i命令，可以看到檔名對應的inode號碼，例如：

ls -i demo.txt

硬鏈結和軟鏈結

硬鏈結

一般情況下，檔名和inode號碼是"一一對應"關係，每個inode號碼對應乙個檔名。但是，linux系統允許，多個檔名指向同乙個inode號碼。這意味著，可以用不同的檔名訪問同樣的內容；對檔案內容進行修改，會影響到所有檔名；但是，刪除乙個檔名，不影響另乙個檔名的訪問。這種情況就被稱為"硬鏈結"（hard link）。

ln source_file target_file

執行上面這條命令以後，原始檔與目標檔案的inode號碼相同，都指向同乙個inode。inode資訊中有一項叫做"鏈結數"，記錄指向該inode的檔名總數，這時就會增加1。反過來，刪除乙個檔名，就會使得inode節點中的"鏈結數"減1。當這個值減到0，表明沒有檔名指向這個inode，系統就會**這個inode號碼，以及其所對應block區域。

這裡順便說一下目錄檔案的"鏈結數"。建立目錄時，缺省會生成兩個目錄項："."和".."。前者的inode號碼就是當前目錄的inode號碼，等同於當前目錄的"硬鏈結"；後者的inode號碼就是當前目錄的父目錄的inode號碼，等同於父目錄的"硬鏈結"。所以，任何乙個目錄的"硬鏈結"總數，總是等於2加上它的子目錄總數（含隱藏目錄）,這裡的2是父目錄對其的「硬鏈結」和當前目錄下的".硬鏈結「。

軟鏈結除了硬鏈結以外，還有一種特殊情況。檔案a和檔案b的inode號碼雖然不一樣，但是檔案a的內容是檔案b的路徑。讀取檔案a時，系統會自動將訪問者導向檔案b。因此，無論開啟哪乙個檔案，最終讀取的都是檔案b。這時，檔案a就稱為檔案b的"軟鏈結"（soft link）或者"符號鏈結（symbolic link）。

這意味著，檔案a依賴於檔案b而存在，如果刪除了檔案b，開啟檔案a就會報錯："no such file or directory"。這是軟鏈結與硬鏈結最大的不同：檔案a指向檔案b的檔名，而不是檔案b的inode號碼，檔案b的inode"鏈結數"不會因此發生變化。

ln -s source_file target_file

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