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探索文件系统:高效、可靠的文件管理与访问机制

内存就像是一个书包,容量有限,只能带着一部分东西。而图书馆则是一个专门存储和管理文件的地方,拥有更大的容量,并且可以永久保存文件。为了能够快速找到需要的文件,我们需要有一个书单来记录每本书放在哪里,这个书单就相当于文件系统的索引区,记录着文件的位置和相关信息。同时,为了提高访问效率,热门借阅的书会放在最前面供大家选择,避免每次都要去远处找书。通过良好的文件系统规划,我们可以提高数据管理的效率和安全性,本文将通过类似于图书馆的组织和管理方式再一步一步的讲解文件是如何放入磁盘的、索引节点等这些知识点。

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磁盘文件系统二

但是,如果一个文件比较大,inode的块号不足以标识所有的数据块,就会使用间接块。文件系统会在硬盘上分配一个数据块,不存储文件数据,专门用来存储块号。该块被称为间接块。inode的长度是固定的。间接块占用的空间对于大文件来说是必要的。但是对于小文件不会带来额外的开销。当我们用到 i_block[12]的时候,就不能直接放数据块的位置了,要不然 i_block 很快就会用完了。这该怎么办呢?我们需要想个办法。我们可以让 i_block[12]指向间接块。也就是说,我们在 i_block[12]里面放间接块的位置,通过 i_block[12]找到间接块后,间接块里面放数据块的位置,通过间接块可以找到数据块。如果文件再大一些,i_block[13]会指向一个块,我们可以用二次间接块。二次间接块里面存放了间接块的位置,间接块里面存放了数据块的位置,数据块里面存放的是真正的数据。如果文件再大一些,i_block[14]会指向三次间接块。

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干货!大话EXT4文件系统完整版

我们知道SSD是一场存储革命,设计和制造一个好的SSD固然重要,但如何正确使用以充分发挥SSD性能同样重要。SSD内在的并行性和先擦再写的特性决定了它不同于机械硬盘简单的LBA和存储块一一对应,要充分挖掘SSD的并行性,提升性能,延长寿命,缩短延迟,就必须在上层应用做出改动。很多SSD的使用大户都作出了这种尝试,从国外的Google,Microsoft,Facebook,到国内的Baidu,Alibaba等,本站就曾经介绍过百度的软件定义闪存,把对象存储和SSD内部结构统一起来使用。但对大部分企业来讲,这种结构还是太独特了,我们还是要关注通用的架构,首先来了解离硬盘最近的软件:文件系统。本系列文章将以Linux系统最常见的EXT4文件系统为例,从SSD爱好者的角度来揭开文件系统的庐山真面目。

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Linux索引节点inode

理解inode,要从文件储存说起。文件储存在硬盘上,硬盘的最小存储单位叫做”扇区”(Sector)。每个扇区储存512字节(相当于0.5KB)。操作系统读取硬盘的时候,不会一个个扇区地读取,这样效率太低,而是一次性连续读取多个扇区,即一次性读取一个”块”(block)。这种由多个扇区组成的”块”,是文件存取的最小单位。”块”的大小,最常见的是4KB,即连续八个 sector组成一个 block。文件数据都储存在”块”中,那么很显然,我们还必须找到一个地方储存文件的元信息,比如文件的创建者、文件的创建日期、文件的大小等等。这种储存文件元信息的区域就叫做inode,中文译名为”索引节点” 。

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