Linux文件系统详解：超级块、索引节点与目录项

"本文主要介绍了Linux文件系统中的关键对象，包括超级块对象、索引节点对象、目录项对象和文件对象，并阐述了它们之间的关系以及文件系统的基本概念。此外，还涉及了磁盘的工作原理，包括盘片的机械结构、逻辑结构以及寻址方式。" 在Linux文件系统中，超级块对象是一个重要的数据结构，它存储了一个已安装文件系统的控制信息，代表着一个安装在系统中的文件系统实例。当文件系统被安装时，内核会从磁盘特定位置读取控制信息填充到内存中的超级块对象。超级块通过结构中的`s_type`字段标识其所属的文件系统类型。文件系统类型由`file_system_type`结构描述，每个被Linux支持的文件系统类型只有一个这样的结构。 索引节点对象是文件的抽象，包含了文件的相关信息，如权限、所有权、修改时间等。当文件首次被访问时，内核会创建相应的索引节点对象。目录项对象用于表示路径中的每一个部分，无论是目录还是普通文件。它们在遍历路径时被解析成对象，但并不直接对应磁盘上的数据结构。 文件对象则代表了已打开文件在内存中的表示，用于建立进程与磁盘文件的关联。文件对象由`sys_open()`创建，`sys_close()`销毁。一个文件可能对应多个文件对象，但对应的索引节点和目录项对象是唯一的。 在文件系统层次结构中，file_system_type结构描述文件系统的类型，而vfsmount结构体则代表了文件系统的安装点。每当一个文件系统被安装，就会创建一个超级块和一个安装点。超级块通过`s_type`链接到对应的file_system_type，而同类型的超级块通过`s_instances`链接在一起。 磁盘的工作原理涉及到盘片的机械结构和逻辑结构。盘片由多层磁道组成，磁头在不接触盘片的情况下读写数据。磁道被划分为扇区，是磁盘的最小读写单位。磁盘的寻址方式早期采用CHS（柱面号、磁头号、扇区号），现在通常使用更灵活的逻辑块地址（LBA）。 低级格式化定义了磁道和扇区，而高级格式化则在磁盘上创建文件系统，如ext4、FAT或NTFS等。数据的读写通常是按柱面进行的，以减少寻道时间，提高效率。 总结来说，Linux文件系统的核心组件协同工作，使得操作系统能够高效地管理和访问磁盘上的文件，而磁盘的物理结构和工作原理则决定了这些组件如何交互和数据如何被存储和访问。理解这些概念对于深入学习Linux系统和存储技术至关重要。