馮航 武漢學院信息及傳播學院信息系

Linux操作系統(tǒng)文件管理概論

馮航 武漢學院信息及傳播學院信息系

1 、Linux文件系統(tǒng)概述

文件系統(tǒng)是操作系統(tǒng)用來明確存儲設備（常見的為磁盤，也有基于分區(qū)上的文件的方法以及數(shù)據(jù)結構；即是在存儲設備上組織文件的方法。操作系統(tǒng)中負責管理和存儲文件信息的軟件機構稱之為文件管理系統(tǒng)，簡稱為文件系統(tǒng)。文件系統(tǒng)是由三部分組成：文件系統(tǒng)的接口，對于對象操縱和管理的軟件集合，對象以及屬性。從系統(tǒng)的角度來看，文件系統(tǒng)是對于文件存儲設備的空間進行組織和分配，負責文件存儲并對存入的文件進行保護和檢索的系統(tǒng)。具體點說，它主要負責為用戶建立文件，存入、讀出、修改、轉儲文件，控制文件的存取，當用戶不再使用時撤銷文件等功能。

2 、Inode（i節(jié)點）

2.1 Indoe的定義

inode中文譯為索引節(jié)點，它是用來存放檔案及目錄的基本信息，包含時間、檔名、使用者及群組等。

2.2 Indoe的分類及其具體含義

inode分為內存中的inode和文件系統(tǒng)中的inode，為了避免混淆，我們稱前者為VFSinode，而后者以EXT2為代表，我們稱為Ext2inode。下面分別對VFSinodee與Ext2inode做一下簡單的描述：

VFSinode里包含文件訪問權限、屬主、組、大小、生成時間、訪問時間、最后修改時間等信息。VFSinode是linux管理文件系統(tǒng)的最基本單位，同時也是文件系統(tǒng)連接任何子目錄、文件的橋梁。inode結構中的靜態(tài)信息取自物理設備上的文件系統(tǒng)，由文件系統(tǒng)指定的函數(shù)填寫，它只存在于內存中，可以通過inode緩存訪問。雖然每個文件都有相應的inode結點，但是只有在需要的時候系統(tǒng)才會在內存中為其建立相應的inode數(shù)據(jù)結構，建立的inode結構將形成一個鏈表，我們可以通過遍歷這個鏈表去得到我們需要的文件結點，VFS也為已分配的inode構造緩存和哈希表，以提高系統(tǒng)性能。

EXT2inode是用來定義文件系統(tǒng)的結構以及描述系統(tǒng)中每個文件的管理信息，每個文件都只有一個inode，即使文件中沒有數(shù)據(jù)，它的索引結點也是存在的。每個文件用一個單獨的Ext2inode結構來描述，而且每一個inode都有唯一的標志號。Ext2inode為內存中的inode結構提供了文件的基本信息，隨著內存中inode結構的變化，系統(tǒng)也將隨之更新Ext2inode中相應的內容。

所以從以上結構的定義中可以看出來inode(VFSinode)與ext2_inode的差別是很大的，它們都包含動態(tài)信息和靜態(tài)信息，通過union指定的內容一定是動態(tài)的。inode結構中的unionu實際上反映了VFS支持的文件系統(tǒng)。

2.3 inode的分配(對于ext2 inode)

每個inode的大小為128個字節(jié)，下面具體介紹哪幾個字節(jié)代表的內容：0～1表示文件的類型和屬性

2～3表示文件的長度

4～7表示文件宿主用戶id

8～19表示三個時間屬性，每4個字節(jié)代表一個時間

20～23表示Deletion Time即刪除的時間

24～25表示用戶組id

26～27表示硬鏈接的個數(shù)

28～31表示Blockcount的大小

3 、日志文件系統(tǒng)

為了防止由于系統(tǒng)崩潰或電源突然中斷而導致正在進行的文件操作中斷所造成的數(shù)據(jù)丟失，ext2文件系統(tǒng)就必須在每個數(shù)據(jù)塊創(chuàng)建或修改后即刻寫入磁盤。磁盤的尋道操作對于cpu來講是如此的之長，為了提高性能，所以寫操作數(shù)據(jù)被緩存，寫操作被延遲。但這樣也帶來了數(shù)據(jù)丟失的風險，假如數(shù)據(jù)還沒來得及寫入磁盤，電源突然中斷，數(shù)據(jù)將會丟失。為了解決這個問題，所以產(chǎn)生了ext3文件系統(tǒng)。

日志文件系統(tǒng)（ext3）如今已經(jīng)成為Linux的缺省文件系統(tǒng)。日志文件系統(tǒng)就是專門為了那些厭倦了一直盯著啟動時fsck（即文件系統(tǒng)一致性檢查）的人而設計的（日志文件系統(tǒng)同樣適用于希望文件系統(tǒng)具有故障恢復能力的群體）。如果系統(tǒng)采用傳統(tǒng)的未提供日志功能的文件系統(tǒng)，那么操作系統(tǒng)在檢測到系統(tǒng)為非正常關機時，會使用fsck應用程序來執(zhí)行一致性檢驗。這個應用程序會掃描文件系統(tǒng)，并且修復任何可以安全修復的問題。而且在一些情況下，當文件系統(tǒng)損壞嚴重時，操作系統(tǒng)就會啟動到單客戶模式，由用戶進行修復。

4 、網(wǎng)絡文件系統(tǒng)(NFS)

網(wǎng)絡文件系統(tǒng)，英文名為NetworkFileSystem(NFS)。它是由SUN公司研制出的UNIX表示層協(xié)議(pressentationlayerprotocol)，它可以使使用者訪問網(wǎng)絡上別處的文件，就像是在使用自己的計算機一樣。NFS是基于UDP/IP協(xié)議的應用，它的實現(xiàn)主要是采用遠程過程調用RPC機制，RPC提供了一組與機器、操作系統(tǒng)以及低層傳送協(xié)議無關的存取遠程文件的操作。而RPC則采用了XDR的支持。XDR則是一種與機器無關的數(shù)據(jù)描述編碼的協(xié)議，它以獨立與任意機器體系結構的格式對網(wǎng)上傳送的數(shù)據(jù)進行編碼和解碼，支持在異構系統(tǒng)之間數(shù)據(jù)的傳送。

NFS的主要特點有：提供透明文件訪問以及文件傳輸、不需要改變現(xiàn)有的工作環(huán)境便可以擴充新的資源或軟件、高性能，可靈活配置等特點。

NFS允許計算的客戶-服務器模型。服務器實施共享文件系統(tǒng)，以及客戶端所連接的存儲。客戶端實施用戶接口來共享文件系統(tǒng)，并加載到本地文件空間當中。

5 、總結

綜合一學期的Linux操作系統(tǒng)的課程學習，對于Linux操作系統(tǒng)有了一定的了解和掌握。知道了Linux是一個性能穩(wěn)定、功能強大、效率高的操作系統(tǒng)。它在功能特性方面與Unix系統(tǒng)相似，同時又具有多任務、多用戶、多平臺等若干特性。Linux的源代碼是開放的，閱讀Linux源代碼，無疑是深入學習Linux的最好方法。