文件怎样落到磁盘
复习
- 查询、中断与 DMA：CPU 参与设备传输的程度怎样逐步降低
- 文件与文件描述符：把设备和持久数据变成可读写的字节流
- 目录与路径：用树形名字组织大量文件
TL;DR
- 文件在磁盘上由两部分组成：数据块和元数据
- 数据块装真正的内容，元数据记录“这些块在哪、有多大”等
- 记录元数据的结构，通常叫索引节点（inode）
- 名字（目录）和文件本身，是分开记录的
正文
在程序眼里，文件是一条连续的字节流。可在磁盘上，它其实被拆成一块一块存放。这一章，我们看看文件在磁盘里的真实模样。
一个文件的两半
磁盘上的一个文件，可以看作两部分：
- 数据块（data block）：真正存内容的那些块。文件从逻辑上看是连续的一条流，落到磁盘却是分散的若干块。
- 元数据（metadata）：描述这个文件的信息——“它有哪些数据块、各在哪、文件多大、谁创建的、什么时候改的、谁能访问”。
内容与“关于内容的信息”分开保存，这是文件系统的一贯做法。
索引节点
这些元数据通常集中放在一个结构里，叫索引节点（inode，index node）。
一个 inode 大致记录着：
- 文件大小
- 权限、所有者、时间戳
- 数据块的位置（哪些块、在哪里）
- 链接计数（有几个名字指向它）
注意：inode 里没有文件名。文件名记录在目录里，目录项把“名字”指向“某个 inode”。于是：
目录项：名字 "notes.txt" ──> inode 42
inode 42：大小、权限、数据块位置……
数据块：真正的内容
这解释了一个有趣的现象：同一个文件可以有多个名字（多个目录项指向同一个 inode），改名也只是改目录项，不动内容；而删除文件，本质上是“去掉一个名字、把链接计数减一”，计数归零才真正回收。
为什么这样设计
把“名字”“元数据”“数据”三者分开，好处很多：
- 定位快：先按名字找到目录项，再按 inode 找到数据块，层层直达
- 共享方便：多个名字指向同一个 inode，天然支持硬链接
- 管理灵活：权限、时间等信息集中在一处，便于检查和维护
那么，inode 里记录的那些数据块，具体是怎么在磁盘上分配和查找的？空闲的块又怎么管理？下一章继续。
思考题
inode 里为什么不直接存文件名？把文件名和文件内容分开记录，带来了哪些好处？
小结
知识点
- 文件由数据块和元数据组成
- 元数据集中存放在 inode 中
- inode 不含文件名，文件名记在目录项里
- 名字、元数据、数据三者分离，便于共享与管理
参考资料
- Wikipedia(zh)：inode：索引节点
- Wikipedia(zh)：文件系统：文件系统结构
思考题答案（仅供参考）
因为文件名属于“目录”这一层，同一份内容可能有好几个名字（硬链接），如果把名字塞进 inode，一个文件就只能有一个名字了。把三者分开，好处是：共享更容易（多个名字指向同一 inode）、改名更轻量（只改目录项，不动内容）、权限与内容解耦（元数据集中管理）。一句话——内容只有一个，名字可以有多个，分开记录才互不牵扯。
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设计师 | 南国微雪