好文分享：EXT文件系统机制原理详解

注意，在第(5)步之前，由于data block还未被标记为未使用，在superblock中仍然认为这些data block是正在使用中的。这表示尽管文件已经被删除了，但空间却还没有释放，df也会将其统计到已用空间中(df是读取superblock中的数据块数量，并计算转换为空间大小)。

什么时候会发生这种情况呢?当一个进程正在引用文件时将该文件删除，就会出现文件已删除但空间未释放的情况。这时步骤已经进行到(4)，外界无法再找到该文件，但由于进程在加载该文件时已经获取到了该文件所有的data block指针，该进程可以获取到该文件的所有数据，但却暂时不会释放该文件空间。直到该进程结束，文件系统才将未执行的步骤(5)继续完成。这也是为什么有时候du的统计结果比df小的原因，关于du和df统计结果的差别，详细内容见：详细分析du和df的统计结果为什么不一样。

• 重命名文件分为同目录内重命名和非同目录内重命名。非同目录内重命名实际上是移动文件的过程，见下文。

同目录内重命名文件的动作仅仅只是修改所在目录data block中该文件记录的文件名部分，不是删除再重建的过程。

如果重命名时有文件名冲突(该目录内已经存在该文件名)，则提示是否覆盖。覆盖的过程是覆盖目录data block中冲突文件的记录。例如/tmp/下有a.txt和a.log，若将a.txt重命名为a.log，则提示覆盖，若选择覆盖，则/tmp的data block中关于a.log的记录被覆盖，此时它的指针是指向a.txt的inode。

• 移动文件

同文件系统下移动文件实际上是修改目标文件所在目录的data block，向其中添加一行指向inode table中待移动文件的inode指针，如果目标路径下有同名文件，则会提示是否覆盖，实际上是覆盖目录data block中冲突文件的记录，由于同名文件的inode记录指针被覆盖，所以无法再找到该文件的data block，也就是说该文件被标记为删除(如果多个硬链接数，则另当别论)。

所以在同文件系统内移动文件相当快，仅仅在所在目录data block中添加或覆盖了一条记录而已。也因此，移动文件时，文件的inode号是不会改变的。

对于不同文件系统内的移动，相当于先复制再删除的动作。见后文。

关于文件移动，在Linux环境下有一个非常经典网上却又没任何解释的问题：/tmp/a/a能覆盖为/tmp/a吗?答案是不能，但windows能。为什么不能?见mv的一个经典问题(mv的本质)。

6.3 存储和复制文件

• 对于文件存储
• (1).读取GDT，找到各个(或部分)块组imap中未使用的inode号，并为待存储文件分配inode号;
• (2).在inode table中完善该inode号所在行的记录;
• (3).在目录的data block中添加一条该文件的相关记录;
• (4).将数据填充到data block中。
• 注意，填充到data block中的时候会调用block分配器：一次分配4KB大小的block数量，当填充完4KB的data block后会继续调用block分配器分配4KB的block，然后循环直到填充完所有数据。也就是说，如果存储一个100M的文件需要调用block分配器100*1024/4=25600次。
• 另一方面，在block分配器分配block时，block分配器并不知道真正有多少block要分配，只是每次需要分配时就分配，在每存储一个data block前，就去bmap中标记一次该block已使用，它无法实现一次标记多个bmap位。这一点在ext4中进行了优化。
• (5)填充完之后，去inode table中更新该文件inode记录中指向data block的寻址指针。
• 对于复制，完全就是另一种方式的存储文件。步骤和存储文件的步骤一样。

7 多文件系统关联

在单个文件系统中的文件操作和多文件系统中的操作有所不同。本文将对此做出非常详细的说明。

7.1 根文件系统的特殊性

这里要明确的是，任何一个文件系统要在Linux上能正常使用，必须挂载在某个已经挂载好的文件系统中的某个目录下，例如/dev/cdrom挂载在/mnt上，/mnt目录本身是在"/"文件系统下的。而且任意文件系统的一级挂载点必须是在根文件系统的某个目录下，因为只有"/"是自引用的。这里要说明挂载点的级别和自引用的概念。

假如/dev/sdb1挂载在/mydata上，/dev/cdrom挂载在/mydata/cdrom上，那么/mydata就是一级挂载点，此时/mydata已经是文件系统/dev/sdb1的入口了，而/dev/cdrom所挂载的目录/mydata/cdrom是文件系统/dev/sdb1中的某个目录，那么/mydata/cdrom就是二级挂载点。一级挂载点必须在根文件系统下，所以可简述为：文件系统2挂载在文件系统1中的某个目录下，而文件系统1又挂载在根文件系统中的某个目录下。

再解释自引用。首先要说的是，自引用的只能是文件系统，而文件系统表现形式是一个目录，所以自引用是指该目录的data block中，"."和".."的记录中的inode指针都指向inode table中同一个inode记录，所以它们inode号是相同的，即互为硬链接。而根文件系统是唯一可以自引用的文件系统。

[root@xuexi /]# ll -ai / 
total 102 
 2 dr-xr-xr-x. 22 root root 4096 Jun 6 18:13 . 
 2 dr-xr-xr-x. 22 root root 4096 Jun 6 18:13 ..  

（编辑：晋中站长网）

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