乘桴

文件系统基本的数据结构#

一个文件系统基本的数据接口，首先一般会将磁盘划分为多个固定大小的Region，这个Region你可以认为是页，理所当然，页的大小就是4k（内存页）。

然后，我们看下文件系统包含哪些数据结构类以及他们的作用

和文中顺序一样吧，我们倒着来，方便理解。

• D：D表示数据区域，就是实际保存数据的数据节点，里面存的就是实际需要保存的用户数据
• I（Inodes）：Inodes就是文件的源信息（metadata）保存的节点，里面保存的数据是一个个Inode，每个Inode里面保存了文件的源信息，包括文件的名称、创建时间、所有者、权限、以及实际对应的文件的Data Region信息。
• Inodes前面的i、d：这实际上是2个bitmap，就是inode和Data Region的2个bitmap，用来记录Inode和Data Region的使用情况，bitmap中第n位表示第n个Inode或者Data Region是未使用的
• S： 记录了整个文件系统的源数据，比如Inodes的数量，Data Region的数量，还有他们这两个区域起始的位置，还会用一个魔法数的枚举来表明文件系统的类型（fat32，NTFS）。

Inodes对于Data Region的记录#

Inodes中需要记录的就是文件的源信息，以及这个文件对应的Data Region，那么如何支持大文件就会成为一个问题，当一个Inode表示一个文件时，他至少需要一个数组来表明这个文件使用了哪些Data Region，比如使用了（8,9,10,11），但是当这个场景扩展到大文件时，这个数组就会过大。

解决思路其实很简单，和内存的解决思路相似，使用间接指针。Inode中改为只指向一个Data Region，但是那个Data Region中保存的多层树结构（是不是很像多级页表？），这些树上的结点就是那些Data Region的信息。实际上就是把线性的表达转移到用户存储的Data Reigon中，并且使用树这种更高效的数据结构来存储。

另一种思路也是类似于内存的表达，就是段表达，即通过记录文件保存在哪些连续的Data Region段中，比如（8,20），（30,31）。段表达在大部分数据是连续时具有更好的性能。并且，因为连续的文件对于读写性能的提升很大，所以操作系统在分配文件空间时，往往也会选择将一个文件分配在连续的Data Region中，段表达在这种背景下，会是一个非常好的选择。

目录的保存#

这里其实很简单，目录作为一个树状结构，也是保存在用户数据Data Region中的一颗树，其中每个节点保存的就是对应的那个文件的Inode。

杂项#

后面的内容和东西很杂，毕竟这一章整章也只是为了开阔思路带你思考文件系统实现的要点，所以这边比较零散的总结一些点。