文件数据结构：索引节点，目录项
索引节点（inode）：记录文件元信息（...），是文件唯一标识符，一一对应存储在磁盘空间
目录项（dentry）：记录文件名字，索引节点指针，与其他目录项的层级关联关系。由内核维护缓存在内存中。
目录与目录项
目录是文件在磁盘，避免每次去磁盘查询，内核将维护一个目录项。
文件是如何存储在磁盘的？
磁盘读写单位：扇区：512B
文件系统组和扇区成一个逻辑块，linux中逻辑块大小为4KB
为了加速文件访问，将索引节点加载到内存中
磁盘被分为三大区
超级块：头部存储文件系统详细信息（块数，大小，空闲块等）
索引节点区：存储索引节点
数据块区：存储文件或目录数据
文件系统缓存到内存的时机
超级块：当文件系统挂载时
索引节点：当文件系统被访问时
文件系统众多,用虚拟文件系统管理
操作系统希望对用户提高统一的接口，引入中间层：虚拟文件系统
文件系统分为三类
磁盘文件系统：直接存储在磁盘：Ext ，XFS
内存文件系统：占用内存空间存储：/proc，/sys
网络文件系统：访问其他计算机主机数据文件系统
文件系统先要挂载才能使用
文件的使用
open（）打开一个文件，返回一个文件描述符：
操作系统会跟踪进程打开的所有文件，操作系统为每一个进程维护一个打开文件表，文件表里的每一项代表文件描述符，所以文件描述符就是打开文件的标识。
文件指针：保存上次读写位置，对单个进程来说是唯一的
文件打开计数器：多个进程可能打开同一个文件，需要等计数器为0，才能删除
文件磁盘位置：大多数会被从磁盘缓存到内存中。
访问权限：每个进程打开文件都需要一个访问模式（创建，只读，读写，添加等），该信息保存在进程的打开文件表中。以便操作系统允许与拒绝i/o操作；
用户习惯读字节，但操作系统是以数据块来读写文件，屏蔽这种差异的就是文件系统
1.当用户读取一个字节大小数据时，文件系统获取字节所在数据块，再返回数据块对应的数据部分
2.当把一个字节大小的数据写进文件时，找到数据块位置，修好数据块中对应的字节
文件的存储
连续空间存放
非连续空间存放：
1.链表方式
2.索引方式
连续空间存放方式
文件存放在磁盘[连续的]物理空间中，读写效率高，一次磁盘寻道读出整个文件
但需要文件头保存指定[起始块的位置]和长度
缺点：
容易产生磁盘空间碎片和文件长度不易扩展
非连续空间存放方式
链表：
是离散的，不用连续，解决了磁盘碎片问题，同时可以动态扩展文件长度
隐式链表：
1.一个文件头保护起始块和末尾块
2.每个数据块留出一个指针空间，存放下一个数据块的位置
缺点：
只能顺序访问，不能随机访问，稳定性差，一旦指针丢失或损坏，导致文件损坏
显示链表：
通过一个文件分配表，存储每一个数据块地址，从而解决无法随机访问，与稳定性差的问题
缺点：
不适用于大磁盘，文件越大需要保存的数据越多，浪费的空间越多
索引数据块
解决磁盘碎片与文件动态扩展问题，支持顺序与随机读写。
每个文件一个索引数据块：存储指向文件数据块的指针列表，文件头存放索引数据块地址
链式索引块
解决存储大磁盘文件
一个头文件保存指向索引块的指针，每个索引块保存文件数据块，每个索引块指向通过隐式链表保存下一个索引块地址
根据文件大小
1.小于10块直接用一个索引块保存：10个指向数据块的指针
2.超过10块用一级索引：11个指向索引块的指针
3.大文件用多级索引：10多个指向多级索引块的指针
空间空间管理
空闲表法：
适合连续的空闲表空间（保存第一块和空闲的块数）
空闲链表法：
用链表包空闲块连在一起无法随机访问，且不稳定，不适合存储大型文件系统
位图法：
用二进制标识磁盘中一个盘块的使用情况，0表示空闲，1表示已分配
文件系统的结构
由大量的快组组成
块组：
1.超级块：inode总个数
2.组块描述符：文件系统各个组块的状态
3.数据位图与inode位图：对应数据块的空闲与否
4.inode列表：保存所有inode，用于保存文件系统与各文件和目录相关的所有元数据
5.数据块：包含文件的有用数据
超级块与块组文件描述符中保存了全局信息
为了避免超级块的损坏，导致所有信息丢失，多备份几个
目录的存储
保存的是当前目录绝对路径
下一级的相对路径
保存在列表中，通过取余，哈希值去定位数据块再查找
为了减少目录查询时反复进行i/o操作导致开销过大，将文件目录缓存到内存中，只对内存进行操作，降低磁盘操作次数，提高文件系统的访问速度。
软链接和硬链接
硬链接：
1.多个目录项中的索引节点指向同一个文件（inode），
2.因为inode不可能跨越文件系统，每个文件系统都有各自的inode数据结构，所有硬链接不可用于跨文件系统
3.因为有多个目录页指向inode，只有在所有硬链接都断开始，才彻底删除文件回收资源。
软链接：
1.从新创建了一个文件，拥有独立的inode，但文件的内容是另一个文件的路径，访问时相当于访问另一个文件
2.软链接是可以跨文件系统的
3.目标文件被删除时，链接文件依旧存在，只是找不到目标路径文件
文件I/O
缓冲与非缓冲文件I/O：
根据是否利用标准库缓冲，为的是减少系统函数的调用次数。
直接与非直接
是否利用内核缓存空间，读写时直接访问磁盘，利用内核缓存，由内核决定写入磁盘时机，减少访问磁盘的次数提高运行效率：
1.当缓存超过一定时间
2.主动调用sync
3.内存缺乏时，内存回收机制，将数据换出
阻塞与非阻塞 VS 同步与异步
需要等待：
1.数据准备的过程
2.数据从内核空间拷贝到用户进程缓冲区的过程
同步：
1.阻塞等待内核数据准备好，一直占用cpu
2.非阻塞等待内核数，当数据没准备好时，先往下继续执行，应用程序不断轮询内核，直到数据准备好，并没有实质性的解放cpu
3.非阻塞I/O多路复用：改善了对cpu的利用率，在没有通知时解放cpu，有事件时再轮询一遍内核。
异步：
一个都不需要等待。
