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更多Linux文件系统知识：Linux文件系统-----基础IO
Linux文件系统的认知
1、Linux系统下一切皆文件
现代操作系统为解决信息能独立于进程之外被长期存储引入了文件，文件作为进程创建信息的逻辑单元可被多个进程并发使用。在 UNIX 系统中，操作系统为磁盘上的文本与图像、鼠标与键盘等输入设备及网络交互等 I/O 操作设计了一组通用 API，使他们被处理时均可统一使用字节流方式。换言之，UNIX 系统中除进程之外的一切皆是文件，而 Linux 保持了这一特性。
为了便于文件的管理，Linux 还引入了目录（有时亦被称为文件夹）这一概念。目录使文件可被分类管理，且目录的引入使 Linux 的文件系统形成一个层级结构的目录树。Linux 与其他类 UNIX 系统一样并不区分文件与目录：目录是记录了其他文件名的文件。清单 1.所示的是普通 Linux 系统的顶层目录结构，其中 /dev 是存放了设备相关文件的目录。
2、认识文件的存储结构
下图是一个文件的存储结构图
| 超级块（super block） | 包含文件系统信息的数据结构。文件系统的控制信息、单独文件的信息这些都包含超级块中。超级块通常存放在特定的扇区中。 |
|---|---|
| inode索引节点 | 包含文件的描述信息（属性信息）的结构体，其中有文件的存储位置等。 |
存储一个文件：通过data位图找到未使用data区域，写入文件数据，通过inode位图找到未使用的inode结点，将文件的源信息以及文件的数据存储位置记录到inode节点中。
3、操作系统如何管理文件
Linux操作系统为了方便管理文件，将每一个文件描述成files_struct结构体==》这些结构体被操作系统组织成特殊的双链表。
例如：文件系统（Ext2的双链表示意图）
进程默认开启就打开了下面三个文件：
| — | 标准输入 | 标准输出 | 标准错误输出 | 应用场景 |
|---|---|---|---|---|
| 文件流指针 | stdin | stdout | stderr | C库IO操作句柄 |
| 文件描述符 | 0 | 1 | 2 | 系统调用方式 |
文件描述符：实际上是数字，这个数字是进程pcb中的files_struct这个结构体中文件描述信息的结构体数组的下标，操作系统可以通过这数字下标找到对应的文件信息，来完对这个文件的操作。
由此可见，进程：文件=1：n(n>=3)，C语言的IO库函数是对系统调用的封装，也就是说，C库的IO操作函数实际是通过调用系统调用实现的。
区别在于文件流指针中还定义了一个缓冲区，我们所说的换行刷新缓冲区（只针对于标准输出），实际就是刷新的这个缓冲区，这个缓冲区用于将短小数据组织合成大数据一次性写入文件，这样提高效率，而系统调用没有缓冲区。缓冲区就在FILE*这个结构体里，而系统调用则没有这个缓冲区。
系统调用通过使用文件描述符来实现，C语言的IO库函数通过系统调用实现，那么文件流指针结构体中一定有int类型的成员来表示文件描述符。
软/硬链接
我们知道文件都有文件名与数据，这在 Linux 上被分成两个部分：用户数据 (user data) 与元数据 (metadata)。用户数据，即文件数据块 (data block)，数据块是记录文件真实内容的地方；而元数据则是文件的附加属性，如文件大小、创建时间、所有者等信息。在 Linux 中，元数据中的 inode 号（inode 是文件元数据的一部分但其并不包含文件名，inode 号即索引节点号）才是文件的唯一标识而非文件名。文件名仅是为了方便人们的记忆和使用，系统或程序通过 inode 号寻找正确的文件数据块。图 1.展示了程序通过文件名获取文件内容的过程。
软链接
软链接是独立的文件，文件数据内容是源文件的路径
若文件用户数据块中存放的内容是另一文件的路径名的指向，则该文件就是软连接。软链接就是一个普通文件，只是数据块内容有点特殊。软链接有着自己的 inode 号以及用户数据块（见 图 2.）。
软链接的创建与使用没有类似硬链接的诸多限制：
- 软链接有自己的文件属性及权限等；
- 可对不存在的文件或目录创建软链接；
- 软链接可交叉文件系统；
- 软链接可对文件或目录创建；
- 创建软链接时，链接计数 i_nlink 不会增加；
- 删除软链接并不影响被指向的文件，但若被指向的原文件被删除，则相关软连接被称为死链接（即 dangling link，若被指向路径文件被重新创建，死链接可恢复为正常的软链接）。
硬链接
若一个 inode 号对应多个文件名，则称这些文件为硬链接。换言之，硬链接就是同一个文件使用了多个别名（见 图 2.hard link 就是 file 的一个别名，他们有共同的 inode）。
由于硬链接是有着相同 inode 号,仅文件名不同的文件，因此硬链接存在以下几点特性：
- 与源文件文件有相同的 inode 及 data block；
- 只能对已存在的文件进行创建；
- 不能交叉文件系统进行硬链接的创建；
- 不能对目录进行创建，只可对文件创建；
- 删除一个硬链接文件，并不影响其他有相同 inode 号的文件。
创建软/硬链接
创建软链接
ln -s 原文件名 软链接文件名
硬链接可由命令 link 或 ln 创建。如下是对文件 oldfile 创建硬链接。
link oldfile newfile
ln oldfile newfile
软链接和硬链接的区别
1、软链接有自己的inode节点，是一个独立的文件；硬链接文件inode节点号与源文件相同，是一个文件名（目录项）
2、删除源文件，硬链接没有影响，只是inode中的链接数-1；删除源文件，软链接文件将无法使用
3、软链接不仅可以针对文件操作，还可以针对目录操作，硬链接只能针对文件
4、硬链接不能跨分区建立，软链接可以
注：
stat 文件名查看文件信息
ll -i 文件名可以查看文件的inode节点号