------ 小dora 操作系统学习笔记 · 文件系统篇Vol.4
"dora：为啥我
touch了一个文件，磁盘空间没变？删除一个大文件，空间也没回来？"操作系统摊摊手： "你以为保存的是文件名？其实我根本不关心。"
🧠 一、什么是文件系统？它是硬盘的"储物大师"
我们平常看到的：
arduino
/home/dora/大龙虾食谱.txt在操作系统眼里，只是一个「路径字符串」，它最终需要映射到：
- 一个 inode（索引节点）
- 一堆 data block（数据块）
📌 巧记口诀：
"文件名像门牌号，inode 是户口本，block 才是真家当。"
📦 二、inode 是什么？一个文件的「元信息之家」
inode（index node）本质上是一个结构体结构 ，记录一个文件的元数据：
| 字段名 | 含义 |
|---|---|
| mode | 文件类型和权限 |
| uid/gid | 拥有者/所属组 |
| atime/mtime/ctime | 访问/修改/创建时间 |
| size | 文件大小 |
| block pointers | 数据块指针（真正数据） |
💡 注意：inode 本身不包含文件名！
文件名存在目录项中，和 inode 是分离的！
📁 三、目录项（Directory Entry）：文件名和 inode 的桥梁
操作系统通过目录文件中的条目，把「名字」映射到「inode 编号」：
bash
/etc/passwd→ /etc 目录是一个特殊的文件
→ 里面有条目：passwd → inode 2345
📌 文件名的真正归属是：目录项，而不是文件自己
📌 巧记口诀：
"文件没名，是目录帮它取的。"
🧱 四、数据块（block）：真正存放内容的地方
在 Linux 中，一般采用 块（block） 为单位来管理磁盘：
- 每个块通常为 1KB / 2KB / 4KB（看文件系统）
- 每个 inode 中维护多个「block pointer」指向数据块
- 对大文件，采用「间接块」机制存储更多数据
📊 块指针布局（以 ext2/3/4 为例）：
less
inode {
direct[0~11] // 前 12 个直接块指针
single_indirect // 单层间接块（指向 1 个块，块内存的是 block 地址）
double_indirect // 双层间接块
triple_indirect // 三层间接块
}📌 巧记口诀：
"小文件走直线，大文件走曲线。"
- 小文件：用 direct blocks 就够了
- 大文件：需通过间接块 -> 多级寻址
🔁 五、软链接 vs 硬链接：链接的底层机制
📌 硬链接（hard link）
- 本质：多个目录项 指向同一个 inode
- 删除任意一个文件名，其他还在，数据还在！
📌 link('a.txt', 'b.txt')
→ a.txt 和 b.txt 是同一个 inode，引用计数 +1
📌 软链接（symbolic link）
- 是一个新的 inode
- 内容是路径字符串，例如
"../real/file.txt" - 类似快捷方式，会重新解析路径
📌 ln -s real.txt link.txt
→ link.txt 是一个指向 real.txt 的「引用文件」
📌 总结对比：
| 属性 | 硬链接 | 软链接 |
|---|---|---|
| inode 共享 | ✅ 是 | ❌ 否（独立） |
| 跨文件系统 | ❌ 不支持 | ✅ 支持 |
| 原文件删除后 | 数据仍在 | ❌ 会失效 |
🧹 六、rm 文件后空间没回来？你中招了"引用计数机制"
你执行：
bash
rm big.log发现 df -h 空间没减少！？
原因是：
inode 的引用计数 不为 0，它还在被别的地方用着！
常见场景：
- 程序正在使用该文件（比如 log 正在写）
- 有其他硬链接指向同 inode
📌 真正释放磁盘空间的条件：
- 所有目录项都删除
- 没有进程 open 这个文件
- inode 引用计数 = 0，系统才 reclaim blocks
📌 巧记口诀：
"删了文件没删完，等没人用它才算完。"
🔍 七、实际操作系统里的文件系统（ext4, xfs 等）
现代文件系统除了 inode + block 之外，还优化了很多特性：
| 文件系统 | 特点 |
|---|---|
| ext4 | 支持 journaling（日志）、多级索引块 |
| xfs | 高性能、支持并发、适合大文件 |
| btrfs | 支持快照、校验、子卷 |
| NTFS | Windows 系统，使用 MFT（主文件表） |
💣 八、延伸理解：V8 / Node.js 读取文件背后发生了啥？
arduino
fs.readFile('data.txt', callback)实际上系统：
- 解析路径，层层查目录项
- 找到目标 inode
- 读取 inode 中的 block pointer
- 将数据块加载到内存 → Buffer → 给 JS 使用
🧪 面试级练习题
Q1：为什么删除大文件后空间没立刻释放？
✅ 引用计数未清零 / 文件被进程占用
Q2：硬链接和软链接最大区别是？
✅ 是否共享 inode（硬链接共享）
Q3：inode 中没有存储什么信息？
A. 文件权限
B. 文件大小
C. 文件名
D. 数据块位置
✅ 正确答案：C
Q4：文件系统为何采用多级间接块结构？
✅ 支持大文件 & 节省 inode 空间
✅ 一句话总结
"文件 ≠ 文件名，数据 ≠ 存在路径里。"
操作系统说：'我只认 inode，文件名你爱叫什么叫什么。'