作者：Vamei 出处：http://www.cnblogs.com/vamei
偶然看到，自己也整理了一些不明白的地方，加以说明 附加上去。
Linux文件系统的实现
inux用一个树状结构来组织管理文件。树的顶端为根目录(/)，节点为目录，而末端的叶子为包含数据的文件。当我们给出一个文件的完整路径时，我们从根目录出发，经过沿途各个目录，最终到达文件。
我们可以对文件进行许多操作，比如打开和读写。在Linux文件管理相关命令中，我们看到许多对文件进行操作的命令。它们大都基于对文件的打开和读写操作。比如cat可以打开文件，读取数据，最后在终端显示：
cat /tmp/test.txt
存储设备分区
文件系统的最终目的是把大量数据有组织的放入持久性(persistant)的存储设备中，比如硬盘和磁盘。这些存储设备与内存不同。它们的存储能力具有持久性，不会因为断电而消失；存储量大，但读取速度慢。
常见存储设备。最开始的区域是MBR，主引导记录（MBR，Master Boot Record）是Linux系统的硬盘的第一个扇区,用于Linux开机启动(参考Linux开机启动), 如何处理分区表，如何定位操作系统等。剩余的空间可能分成数个分区(partition)。每个分区有一个相关的分区表(Partition table)，记录分区的相关信息。这个分区表是储存在分区之外的。分区表说明了对应分区的起始位置和分区的大小。
MBR组成:
1.主引导程序代码，占446字节
2. 磁盘签名
3.硬盘分区表DPT，占64字节
4.主引导扇区结束标志55AAH
Windows系统常常看到C分区、D分区等。Linux系统下也可以有多个分区，但都被挂载在同一个文件系统树上。
系统分区：
主分区：最多分四个
扩展分区：最多有一个
主分区 + 扩展分区 最多有四个
不能写入数据，不能格式化，唯一作用就是包含逻辑分区，逻辑分区可以写入数据，可以格式化
分区结束后，需要格式化（高级格式化），目的是为了写入文件系统。以前centos中默认的文件系统是ext4 。按照文件系统规则将磁盘分成等大小的数据块，一般每个数据块都是4K，数据块一般称作block。建立inode列表，存取数据的时候就要用到inode，类似门牌号。
硬件设备文件名：为了找到给哪个设备分配盘符（挂载），系统固定的
/dev/sda ：sda就代表SCSI的接口的第一个硬盘
分区设备文件名：在硬盘设备文件名后面加上数字编号
/dev/sda1 ：sda1就代表SCSI/SATA硬盘第一个分区
/dev/sda2 ：sda2就代表SCSI/SATA硬盘第二个分区
1,2,3,4这四个编号只能给主分区和扩展分区，无论编号有没有分出去，逻辑分区的编号都不能使用。
使用df 命令可以查看文件属于哪个分区：.
df –h filename
挂载（写入盘符）
目的：给每个分区分配挂载点
window用C、D、E作为盘符，linux用空目录作为盘符。
必须分区：\ 根分区，swap分区---交换分区
交换分区的作用：虚拟内存，当真正的内存不够用的时候就可以拿这部分内存来用。分配的时候一般为内存的2倍，但是不超过2GB。
推荐分区：/boot（启动分区 200M）用来保存启动数据。
数据存储
数据被存入到某个分区中。一个典型的Linux分区(partition)包含有下面各个部分:
分区的第一个部分是启动区(Boot block)，它主要是为计算机开机服务的。Linux开机启动后，会首先载入MBR，随后MBR从某个硬盘的启动区加载程序。该程序负责进一步的操作系统的加载和启动。为了方便管理，即使某个分区中没有安装操作系统，Linux也会在该分区预留启动区。
启动区之后的是超级区(Super block)。它存储有文件系统的相关信息，包括文件系统的类型，inode的数目，数据块的数目。
随后是多个inodes，它们是实现文件存储的关键。在Linux系统中，一个文件可以分成几个数据块存储，就好像是分散在各地的龙珠一样。每个文件对应一个inode。这个inode中包含多个指针，指向属于该文件各个数据块。当操作系统需要读取文件时，只需要对应inode的"地图"，收集起分散的数据块，就可以收获我们的文件了。
inode简介
文件是文件系统对数据的分割单元。文件系统用目录来组织文件，赋予文件以上下分级的结构。在硬盘上实现这一分级结构的关键，是使用inode来虚拟普通文件和目录文件对象。
在Linux文件管理中，我们知道，一个文件除了自身的数据之外，还有一个附属信息，即文件的元数据(metadata)记录文件的属性。这个元数据用于记录文件的许多信息，比如文件大小，拥有人，所属的组，修改日期等等。元数据并不包含在文件的数据中，而是由操作系统维护的。事实上，这个所谓的元数据就包含在inode中。我们可以用$ls -l filename来查看这些元数据。正如我们上面看到的，inode所占据的区域与数据块的区域不同。每个inode有一个唯一的整数编号(inode number)表示。
在保存元数据，inode是“文件”从抽象到具体的关键。正如上一节中提到的，inode储存由一些指针，这些指针指向存储设备中的一些数据块，文件的内容就储存在这些数据块中。当Linux想要打开一个文件时，只需要找到文件对应的inode，然后沿着指针，将所有的数据块收集起来，就可以在内存中组成一个文件的数据了。
inode并不是组织文件的唯一方式。最简单的组织文件的方法，是把文件依次顺序的放入存储设备，DVD就采取了类似的方式。但如果有删除操作，删除造成的空余空间夹杂在正常文件之间，很难利用和管理。
复杂的方式可以使用链表，每个数据块都有一个指针，指向属于同一文件的下一个数据块。这样的好处是可以利用零散的空余空间，坏处是对文件的操作必须按照线性方式进行。如果想随机存取，那么必须遍历链表，直到目标位置。由于这一遍历不是在内存进行，所以速度很慢。
inode既可以充分利用空间，在内存占据空间不与存储设备相关，解决了上面的问题。但inode也有自己的问题。每个inode能够存储的数据块指针总数是固定的。如果一个文件需要的数据块超过这一总数，inode需要额外的空间来存储多出来的指针。
inode示例
在Linux中，我们通过解析路径，根据沿途的目录文件来找到某个文件。目录中的条目除了所包含的文件名，还有对应的inode编号。当我们输入$cat /var/test.txt时，Linux将在根目录文件中找到var这个目录文件的inode编号，然后根据inode合成var的数据。随后，根据var中的记录，找到text.txt的inode编号，沿着inode中的指针，收集数据块，合成text.txt的数据。整个过程中，我们参考了三个inode：根目录文件，var目录文件，text.txt文件的inodes。
在Linux下，可以使用$stat filename，来查询某个文件对应的inode编号。
使用ls –i filename 也可以查看到inode
在存储设备中实际上存储为：
当我们读取一个文件时，实际上是在目录中找到了这个文件的inode编号，然后根据inode的指针，把数据块组合起来，放入内存供进一步的处理。当我们写入一个文件时，是分配一个空白inode给该文件，将其inode编号记入该文件所属的目录，然后选取空白的数据块，让inode的指针指像这些数据块，并放入内存中的数据。
文件共享
在Linux的进程中，当我们打开一个文件时，返回的是一个文件描述符。内核（kernel）利用文件描述符（file descriptor）来访问文件。文件描述符是非负整数。打开现存文件或新建文件时，内核会返回一个文件描述符。读写文件也需要使用文件描述符来指定待读写的文件。这个文件描述符是一个数组的下标，对应数组元素为一个指针。这个指针并没有直接指向文件的inode，而是指向了inode列表，再通过该表格，指向加载到内存中的目标文件的inode。如下图，一个进程打开了两个文件。
可以看到，每个文件表格中记录了文件打开的状态(status flags)，比如只读，写入等，还记录了每个文件的当前读写位置(offset)。当有两个进程打开同一个文件时，可以有两个文件表格，每个文件表格对应的打开状态和当前位置不同，从而支持一些文件共享的操作，比如同时读取。
要注意的是进程fork之后的情况，子进程将只复制文件描述符的数组，而和父进程共享内核维护的文件表格和inode。
文件描述符与文件指针的区别
文件描述符： 在linux系统中打开文件就会获得文件描述符，它是个很小的非负整数。每个进程在PCB（Process Control Block）中保存着一份文件描述符表，文件描述符就是这个表的索引，每个表项都有一个指向已打开文件的指针。
文件指针：C语言中使用文件指针做为I/O的句柄。文件指针指向进程用户区中的一个被称为FILE结构的数据结构。FILE结构包括一个缓冲区和一个文件描述符，也就是说FILE 结构体包含了文件描述符。而文件描述符是文件描述符表的一个索引，因此从某种意义上说文件指针就是句柄的句柄（在Windows系统上，文件描述符被称作文件句柄）。