Linux基础IO——文件系统与动静态库

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什么是文件系统

我们之前所说的文件读写都是通过进程对已经打开的文件进行操作，也就是对操作系统对文件所创建的结构体进行操作

那么对于磁盘中没有打开的文件是如何进行管理的

磁盘的物理结构

这里我们主要讨论机械磁盘而非固态磁盘，因为机械磁盘的价格较低，而且学习之后也能更好的理解整个系统

这是机械硬盘内部的样子，有点像光盘的样子，不同的是光盘只能读，机械磁盘可以读写，而且机械磁盘是一摞的，利用这个磁头来感应出来0和1

绕着这个转轴，就是圆心，有不同的半径的圆，我们称之为磁道，同一个磁道所组成的称为柱面，而为了同时读取数据，按照不同的圆心角划分成了不同的扇区

我们可以把某一个磁道的扇区单独取出来，看成一个数组，这样就能把文件系统划分成众多这样的数组，再将其组织起来即可

这样对磁盘问题就变成了对数组的问题，存储数据到磁盘就变成了存数据到数组，从磁盘取数据就是找到数组中的位置，对磁盘的管理也就成了对数组的管理

这样一个扇区的大小是512字节，接下来就是对扇区如何进行划分管理了

扇区中的块组

直接管理512字节还是过于麻烦，我们仍然需要对其进行设计才能很好的管理其中的内容

一个扇区会分成若干个这样的部分，其中块组相当重要

inode Table保存的是文件的属性，每一个文件对应一共inode块，每一个inode块都有一个对应的编号，
Block Bitmap是一个位图，表示特定的块组是否被使用
inode Bitmap也是一共位图，表示特定的inode是否被使用
Data Blocks用来存文件数据
GDT是块组描述符，存了这个块组的信息，大小，已经使用多少，inode数量，还剩多少
SuperBlock保存着文件系统的信息，每个块组都会备份，里面还存着对应块组的信息

因此我们想在磁盘中找到一个文件只需要找到inode的编号，找到对应的块组，找到inode，找到他的属性和内容

那么问题就变成了如何找到这个文件的inode编号，其实在文件的目录中就存放着文件名和对应文件的inode的关系，也就是说我们可以通过查表，用文件名找到inode编号

软硬链接

硬链接

我们刚刚说了，要找到一共文件的本质其实就是要找到他的inode

ln 源文件名称链接名称

这个1、2其实就是硬链接个数，硬链接实际上就是给源文件起了个别名，类似于引用计数，他本身并没有实体，没有自己的inode

因此在删除文件的时候，不仅需要删除文件记录本身删除，还需要将硬链接数-1

软连接

ln -s

软连接是有实体的，有自己的inode，这个链接是指向原文件的，就相当于Windows的快捷方式，指的是原文件的路径

动静态库

静态库以.a结尾，程序在编译链接的时候就把库中的代码放到代码中
动态库以.so结尾，程序在运行时才链接动态库的代码，而动态库的

gcc/g++默认使用的是动态链接的方式，静态链接需要加上-static选项

因为动态库的内容可以在多个程序中共享，因此动态链接的程序占用空间更小

假如我们写了四个功能，分别是加减乘除，有对应的h文件和c文件

c语言形成可执行程序四个阶段是预处理、编译、汇编、链接

需要先使用指令将c文件汇编完成形成o文件，然后我们再使用别的指令进行链接

shell 复制代码

gcc -c add.c -o add.o
gcc -c sub.c -o sub.o
gcc -c mul.c -o mul.o
gcc -c div.c -o div.o

然后就可以进行链接了

生成静态库

shell 复制代码

ar -rc libmycalcu.a add.o sub.o mul.o div.o

ar是gnu的归档工具
rc表示replace和create
lib是库前缀，calcu是库名称，a是后缀，后面就是需要打包的文件了

使用静态库

shell 复制代码

gcc main.c -L. -lcalcu

-L用来指定目录，.表示当前目录，找不到会依次搜索环境变量指定的目录LIBRARY_PATH，系统指定的目录

-l指定库的名称

链接完成之后删掉静态库也能运行程序

生成动态库

shell 复制代码

gcc -shared add.o sub.o mul.o div.o -o libcalcu.so

也可以使用通配符

使用动态库

和静态库是一样的

shell 复制代码

gcc main.c -o main -L. -lcalcu