Linux Filesystem

摘要: Linux 文件系统的简单理解

前言

我们知道操作系统有管理文件的功能，管理文件的过程就是，用户通过应用程序访问（适当的权限和不同的访问方法）目录和文件，文件会通过不同的结构存储在存储设备中（比如磁盘）。

而IO更多的是怎样快速存储和读取（磁盘调度，缓冲，文件分配等）。

分区

为什么要分区？

我们开机的时候首先要通过MBR (MASTER BOOT RECORD，512bytes，包含引导加载程序), 磁盘的第一个扇区去寻找其他所需程序的位置，而这个位置就是对硬盘进行分区来实现的（分区的最小单位为柱面cylinder），因为第一扇区的分区表只有（64bytes）只能存储四个分区的数据（起始位置）。另外分区也有助于数据的安全和性能（比如查询定位）。

扩展分区就是将一个分区来纪录分区信息（此时不可被格式化），然后将扩展分区的那个区用来进行逻辑分区。另外扩展分区最多只能有一个（操作系统限制）。

根目录

根目录的设计是为了唯一的定位一个文件。

文件系统

磁盘分区完之后要进行格式化，为什么要进行格式化呢？

每种操作系统支持的文件权限和属性都不一样，所以需要格式化成操作系统需要的格式。

Linux 使用的Ext2,包括以下内容：

super block：纪录此文件系统的整体信息，总量，使用量等

block group：分组

inode: 纪录文件的属性以及数据的block号码。大量block号码使用（inodetable）

block：实际存放数据的内容或者叫记录，1k，2k，4k

与目录树的关系？

每个目录至少包含一个inode（目录的权限和属性） 和 block（目录下文件名以及它的inode号码）。
所以访问数据的过程会先从 /开始，不断向下寻找。

挂载

将文件系统挂载至目录，然后就可以访问了。

mount

VFS

Virtual Filesystem Switch，管理所有文件系统，提供统一调用接口。

LVM

传统文件系统与分区的情况如上面所讲，一个分区格式化成制定的格式，然后挂载文件系统，所以基本上一个文件系统就对应一个分区。
LVM 提供更自由的文件系统管理与动态分区
LVM

RAID

磁盘阵列（并行读取）
RAID
数据出错可恢复性较高。

数据库文件系统

数据库文件系统也和我们上面看到的lLinux ext2 一样，需要将数据库的访问逻辑映射到磁盘上具体的一个块，我们这里以关系型数据库来描述。

在关系型数据库中，我们需要存储记录 （account_number, branch_name, balance ）, 一条数据一个记录。

第一种情况：记录是定长的，那么每一条记录大小固定，删除的位置可以由插入的位置填充 O(1)。
只需要多一个文件头来记录删除位置即可。

第二种：变长记录，通过分槽的页结构来记录。

第三种：大对象（超过一个块的记录），使用B+树组织文件结构

而关系型数据库中，关系就是记录的集合，我们通过文件来组织这些记录来实现数据库的需求。

顺序文件组织
按顺序存储。

多表聚类文件组织
将有关系的两个表存储至统一文件中，比如，外键的表。

这些组织方式都是为了减少磁盘访问次数（IO瓶颈）。

分布式文件系统

可以参考下面两个来理解

Hadoop HDFS

alibaba tfs