文件系统

文件系统组成

每个文件分配：索引节点inode和目录项dentry，用来记录文件元信息和目录层次结构。

索引节点inode：记录文件元信息：inode 编号、文件大小、访问权限、创建时间、修改时间、数据在磁盘的位置等。inode是文件唯一标识，存磁盘，所以inode同样占用磁盘空间
目录项dentry：记录文件名、inode指针以及与其他目录项的层级关联关系。多个目录项关联就会形成目录结构，与inode不同的是目录项由内核维护，不存磁盘，缓存在内存

文件数据如何存磁盘

磁盘读写最小单位是扇区，扇区大小只有 512B ，如果每次读写都以扇区为单位，那读写效率会非常低。所以文件系统把8个扇区组成一个逻辑块，大小为 4KB，每次读写最小单位就是逻辑块

磁盘分成三个存储区域：

超级块：存储文件系统详细信息，比如块个数、块大小、空闲块等
inode区：存储inode
数据块区：存储文件或目录数据

软链接和硬链接

硬链接：多个目录项中的inode指向一个文件，也就是指向同一个 inode，但是 inode 是不可能跨越文件系统的，每个文件系统都有各自的 inode 数据结构和列表，所以硬链接不可用于跨文件系统。由于多个目录项都是指向一个 inode，那么只有删除文件的所有硬链接以及源文件时，系统才会彻底删除该文件

软链接：相当于重创一个文件，这个文件有独立的 inode，但文件内容是另一个文件的路径，所以访问软链接时，实际上相当于访问了另一个文件，所以软链接是可以跨文件系统的，目标文件被删除了，链接文件还是在的，只不过指向的文件找不到而已

文件IO

I/O分两个过程：

数据准备过程
数据从内核空间拷贝到用户进程缓冲区的过程

阻塞 I/O会阻塞在1和2，而非阻塞 I/O 和基于非阻塞 I/O 的多路复用只会阻塞在2，所以这三个都可以认为是同步 I/O。异步 I/O 1和2都不会阻塞

调用read后内核会干哪些操作

Linux系统通过int80号中断实现系统调用。调系统调用后，会通过寄存器保存fd参数，触发int80号中断，在内核栈保存用户上文信息，然后在TSS里找到内核栈，由用户态切换到内核态。内核通过int80中断得知这是一个系统调用，然后通过系统调用号去系统调用表中找到对应的系统调用函数sys_read并跳转去执行。

进程PCB中有一个进程描述符表file_table，sys_read先通过参数fd在这个表里找到对应的文件实例file，file中包括很多信息比如文件读写偏移量、文件大小等，通过偏移量和inode中的块描述符表确定要读写文件的位置。

确定位置后，接下来会先去内核page cache页高速缓存中查看要读的页是否有缓存命中，有就直接返回read信息，没有则通知硬件设备DMA和磁盘准备数据，此时该进程会陷入阻塞，当磁盘准备好数据后，DMA会将数据从磁盘缓冲区拷贝到page cache中，然后唤醒进程，随后进程把数据从内核page cache中拷贝到用户态buffer里。

随后进程通过IRET从内核态切换到用户态，然后恢复上下文信息