Linux的文件系统管理

作者：吴新武,华清远见嵌入式学院讲师。

Unix业界有句话叫“一切皆文件”，Linux作为一个优秀的类Unix操作系统，具有强大的文件管理能力， 其中“一切皆文件”就是很突出的特点！

文件系统就是负责文件的管理。每一个文件通常包含两部分的内容，一个是文件的信息包括文件的权限、文件的所有者、时间参数等，一个是文件数据。前者放在一个叫inode的结构体中，每个文件的inode的编号都是唯一的；后者放在block区，每个block都有唯一的编号，文件占用一个或多个block。inode译成中文就是索引节点，它用来存放档案及目录的基本信息，包含时间、档名、使用者及群组等,该结构体中有成员指出该文件内容放的block编号是多少，如果一个文件太大，会占用多个block。换句话说，只要找到一个文件的inode结点，就能找到该文件的内容。

Linux一个文件系统内部的每个文件的管理是通过inode和block，至于整个文件系统的管理，是通过superblock（超级块）。记录的信息主要有：

1、 block与inode的总量；
        2、未使用与已使用的inode/block数量；
        3、block与inode 大小(block为1,2,4K,inode为128bytes);
        4、filesystem的挂载时间、最近一次写入数据的时间、最近一侧检验磁盘(fsck)的时间等文件系统的相关信息；

这个superblock非常重要，因为我们文件系统的基本信息都写在这里。一般来说，superblock的大小为1025字节。每个文件系统对应一个超级块，通过双向循环链表将超级块管理起来即可实现Linux对多个文件系统的管理。

那么对应单个的文件，Linux下是如何通过文件名来找到文件的呢？主要是两步骤：1、根据文件名，通过目录的对应关系找到文件对应的inode编号；2、根据文件编号找到inode表，再根据inode表中的block指针找到对应的文件内容。在Linux下，可以通过ls –i命令来查看每个文件的inode编号。inode该结构体的作为每个文件的标识，可通过stat函数将其内容读取到struct stat类型的结构体中。struct stat的结构如下。

struct stat {
                dev_t                st_dev;        /* device */
                ino_t                st_ino;        /* inode */
                mode_t            st_mode;        /* protection */
                nlink_t              st_nlink;        /* number of hard links */
                uid_t                st_uid;        /* user ID of owner */
                gid_t                st_gid;        /* group ID of owner */
                dev_t                st_rdev;        /* device type (if inode device) */
                off_t                st_size;        /* total size, in bytes */
                blksize_t        st_blksize;        /* blocksize for filesystem I/O */
                blkcnt_t          st_blocks;        /* number of blocks allocated */
                time_t                st_atime;         /* time of last access */
                time_t                st_mtime;        /* time of last modification */
                time_t                st_ctime;        /* time of last status change */
        };

在stat结构体中st_dev成员为文件的设备号，可获得该设备的驱动类型及对应的file_operations 结构体即可以找到该文件的相关操作函数。

其中，st_mode的类型 mode_t.其实就是普通的unsigned int.

目前，st_mode使用了其低19bit. 0170000 => 1+ 3*5 = 16.

其中，最低的9位(0-8)是权限，9-11是id，12-15是类型。具体定义如下：

S_IFMT        0170000        bitmask for the file type bitfields
        S_IFSOCK        0140000        socket
        S_IFLNK        0120000        symbolic link
        S_IFREG        0100000        regular file
        S_IFBLK        0060000        block device
        S_IFDIR        0040000        directory
        S_IFCHR        0020000        character device
        S_IFIFO        0010000        fifo
        S_ISUID        0004000        set UID bit
        S_ISGID        0002000        set GID bit (see below)
        S_ISVTX        0001000        sticky bit (see below)
        S_IRWXU        00700        mask for file owner permissions
        S_IRUSR        00400        owner has read permission
        S_IWUSR        00200        owner has write permission
        S_IXUSR        00100        owner has execute permission
        S_IRWXG        00070         mask for group permissions
        S_IRGRP        00040        group has read permission
        S_IWGRP        00020        group has write permission
        S_IXGRP        00010        group has execute permission
        S_IRWXO        00007        mask for permissions for others (not in group)
        S_IROTH        00004        others have read permission
        S_IWOTH        00002        others have write permisson
        S_IXOTH        00001        others have execute permission

当我们需要快速获得文件类型或访问权限时，最好的方法就是使用glibc定义的宏。如：S_ISDIR，S_IRWXU等。

例如要判断/home是目录还是文件可用：

struct stat buf；
        memset(&buf, 0, sizeof(struct stat));
        lstat(“/home”, &buf);
        if( S_ISDIR(buf.st_mode)) printf(“is directoryn”);
        if( S_ISREG(buf.st_mode)) printf(“is regular filen”);

文件系统的管理作为Linux内核的重要部分，整体框架还是比较复杂的，本文只是在文件IO授课时的一个总结，欢迎批评指正。更多信息：913423049