什么是文件系统，以Linux中的Ext4为例细聊一下

      非结构化的数据大多通过文件系统管理。我们使用的手机或者个人电脑上面存储着大量的文件，比如视频文件、音乐文件或者照片等。这些文件都是通过文件系统来管理的。在文件系统中有两个非常基础的概念，也就是文件和文件夹（又称为目录）。

我们以Windows的资源管理器为例进行一个简要的介绍。左侧是各种文件夹，然后文件夹里面又有各种文件和文件夹，这些东东就是文件系统的表象。那本质是什么呢？我们知道这些东西其实都是存在磁盘上的，具体磁盘空间是什么样的我们并不知道，但文件系统软件给我们呈现出来了一个层级结构的、逻辑清晰的表象。我们可以基于文件系统创建、删除和复制这些文件。

任何技术的出现是为了解决问题，文件系统也是为了解决某些问题。那文件系统是为了解决什么问题呢？

我们有了一个相对形象的概念，文件系统管理着很多文件。而这些文件其实就是数据，这些数据又是存储在磁盘上的。因此，实质上文件系统是管理硬盘的软件系统，它简化了用户对硬盘空间的使用方法，并降低了硬盘空间的使用难度，通过更加形象的方式将硬盘中的数据展示给用户。

可以将硬盘空间类比成上图中的大房间。如果对空间的使用缺乏规划，那么使用的最终结果可能是下图这个样子的。空间的利用率非常低，想找东西也非常费劲。

如果对空间进行合理的规划，如下图这样通过货架对空间进行规划和编排，这样根据编号可以方便的找到具体的货物。

硬盘与仓库类似，也是一个非常大的空间。硬盘的内部虽然非常复杂，但硬盘生产厂商做了很多工作，将硬盘的复杂性掩盖起来了。对于普通用户来说，硬盘就是一个线性空间，就好像C语言中的数组一样，通过偏移就可以访问其空间（读写数据）。

文件系统与仓库管理类似，将硬盘空间进行规划和编号处理，这样通过文件路径和文件名就可以找到具体的数据，而不用关心数据到底是怎么存储的。

以Ext4文件系统为例，它将硬盘空间进行划分，并通过元数据实现对硬盘空间的管理，具体如下图所示。这样，用户对文件的操作就转化为文件系统对硬盘空间的操作。在用户层面就是目录树的结构，而在文件系统的内容则进行着非常复杂的管理操作。

    、Ext4文件系统本身是非常复杂的，很难通过一篇文章介绍清楚，我们这里介绍一下其核心的内容。文件系统基础功能有两个，一个是管理整个硬盘逻辑空间，另外一个是为用户提供方便使用的接口。

       在管理硬盘空间方面，Ext4通过数据块位图来实现的。硬盘的空间被划分为一个一个等大小的逻辑块，每个逻辑块对应着位图中的一位。如果位图的某一位比置位，说明这块空间是被使用。如果没有被置位，说明空间是可用的。

       在接口方面，文件系统提供了两个非常基本功能，一个是文件，用于存储数据；一个是目录，用于组织数据。目录中可以容纳文件或者目录，由于这种组织关系，可以将数据形成一个树状的结构，称为目录树。

       如上图所示，文件系统实现了目录树结构与硬盘线性空间的一个转换的过程。在具体实现方面，Ext4是用过inode来实现文件和目录的。一个inode对应着一个文件或者一个目录，具体视类型而定。文件和目录中的数据就是通过inode来管理的。这个过程似乎不是特别容易理解，我们举一个具体的例子。