图解Linux文件系统

在Linux中，文件是最重要的一部分，很多的接口都是通过文件的方式展现出来。

文件有很多种：

最常见的是普通文件，例如文本文件，二进制文件等。

文件夹其实也是一种文件，你可以vim一个文件夹的内容，可以看到文件夹下面的。

还有一种Char Dev也是一种文件，例如从/dev/random里面，可以读取随机数。

还有一种Block Dev也是一种文件，例如/dev/vda就代表着一块硬盘。

还有一种称为symbolic link文件，指向其他的文件，例如/etc/systemd/system/multi-user.target.wants中的文件指向/lib/systemd/system/中的相应的文件。

还有一种socket文件，用于两个进程之间通信，例如/var/run/docker.sock，就是docker客户端和daemon通信的文件。

一个普通的文件看起来是连续的，但是是分成很多的Block存放在硬盘上的不同的位置，如何知道一个文件包含哪些文件块呢，需要一种称为inode的数据结构。

mode是对权限的控制

uid和gid是属于哪个用户哪个组

atime是文件最后一次被访问的时间

mtime是文件的内容被修改的时间

ctime是inode被修改的时间

dtime是inode被删除的时间

最最重要的是block数组，保存着这个文件保护哪些数据块，数据块里面才是真正的文件内容。

这个数组是怎么组织的呢？

在ext3中的组织方式是这样的。

这是一个层次的结构，前12项(第0到11项)直接指向的就是数据块，当文件太大的时候，第12项则变成了两层的，先指向一个中间块，然后中间块里面再保存指向真正数据块的指针。第13项则变成了三层的，第14项则变成了四层的。

在ext4中这个结构发生了变化，变成了属性架构，称为extend

组织结构如下

在 extent 树中，节点一共有两类：叶子节点和索引节点。

保存文件数据的磁盘块信息全部记录在叶子节点中；而索引节点中则存储了叶子节点的位置和相对顺序。

不管是叶子节点还是索引节点，最开始的 12 个字节总是一个 ext4_extent_header 结构，用来标识该数据块中有效项（ext4_extent 或 ext4_extent_idx 结构）的个数（eh_entries 域的值），其中 eh_depth 域用来表示它在 extent 树中的位置：对于叶子节点来说，该值为 0，之上每层索引节点依次加 1。

extent 树的根节点保存在索引节点结构中的 i_block 域中，我们知道它是一个大小为 60 字节的数组，最多可以保存一个 ext4_extent_header 结构以及 4 个 ext4_extent 结构。

上面我们看到的inode都是在内核代码中的，也即是内核的数据结构，在文件系统上，同样有这样的inode。

对于ext3，有以下的文件系统结构。

里面会有一个Inode Table，里面顺序保存着一系列inode，inode指向的数据块在Data Blocks里面，那么Inode Table中随着添加和删除文件，哪个位置有文件，哪个位置是空的，则Inode Bit Map中有flag表示。

在Ext4中有些变化，但是Inode Bitmap和Inode Table的部分不变。

好了，说完了基本的文件，下面说说文件夹。

文件夹也是个文件，也有inode，inode也指向数据块，数据块里面是一个列表，每一项是文件名和文件的Inode号码，如果要访问这个文件，需要在文件系统里面找这个inode，然后通过这个inode找到数据块。

文件夹的数据块是如何组织的呢？

如图所示

最后我们解释一下Hard Link和Symbolic Link的区别。

Hard Link是不能跨文件系统的，他们指向的是同一个Inode的号码。

Symbolic Link是可以跨文件系统的，因为是在文件内容里面保存着指向的文件的路径。