一、文件系統的功能規划
1、引子
咱們花了這么長的時間，規划了會議室管理系統，這樣多個項目執行的時候，隔離性可以得到保證。
但是，會議室里面被回收，會議室里面的資料就丟失了。有一些資料我們希望項目結束也能繼續保存，
這就需要一個和項目運行生命周期無關的地方，可以永久保存，並且空間也要比會議室大的多。
2、圖書館和文件系統的故事
3、規划文件系統需要考慮的第一點
4、規划文件系統需要考慮的第二點
5、規划文件系統需要考慮的第三點
6、規划文件系統需要考慮的第四點
1、如何避免一定程度上的命名沖突問題
每個文件都有一個名字、這樣我們訪問一個文件，希望通過它的名字就可以找到
文件名就是一個普通的文本、當然文件名會經常沖突、不同用戶取想用的名字的情況還是會經常出現的
如圖所示，不同的用戶的文件放在不同的目錄下，雖然很多文件都叫“文件 1”，只要在不同的目錄下，就不會有問題
7、規划文件系統需要考慮的第五點
二、文件系統的相關命令
1、首先是格式化
也即將一塊盤使用命令組織成一定格式的文件系統的過程。咱們買個硬盤或者 U盤，經常說要先格式化，才能放文件，說的就是這個。
2、Linux下查看沒有格式化的應硬盤信息
# fdisk -l Disk /dev/vda: 21.5 GB, 21474836480 bytes, 41943040 sectors Units = sectors of 1 * 512 = 512 bytes Sector size (logical/physical): 512 bytes / 512 bytes I/O size (minimum/optimal): 512 bytes / 512 bytes Disk label type: dos Disk identifier: 0x000a4c75 Device Boot Start End Blocks Id System /dev/vda1 * 2048 41943006 20970479+ 83 Linux Disk /dev/vdc: 107.4 GB, 107374182400 bytes, 209715200 sectors Units = sectors of 1 * 512 = 512 bytes Sector size (logical/physical): 512 bytes / 512 bytes I/O size (minimum/optimal): 512 bytes / 512 bytes
3、對磁盤進行格式化
mkfs.ext4 /dev/vdc fdisk /dev/vdc
4、掛在到目錄
mount /dev/vdc1 / 根目錄 / 用戶 A 目錄 / 目錄 1
格式化后的硬盤，需要掛在到某個目錄下面，才能作為普通的文件系統進行訪問。
5、卸載掛載
umount / 根目錄 / 用戶 A 目錄 / 目錄 1
三、文件系統的相關系統調用
看完了命令行，我們來看一下，如何使用系統調用在操作文件？我們先來看一個完整的例子。
#include <stdio.h>
#include <stdlib.h>
#include <unistd.h>
#include <fcntl.h>
int main(int argc, char *argv[])
{
int fd = -1;
int ret = 1;
int buffer = 1024;
int num = 0;
if((fd=open("./test", O_RDWR|O_CREAT|O_TRUNC))==-1)
{
printf("Open Error\n");
exit(1);
}
ret = write(fd, &buffer, sizeof(int));
if( ret < 0)
{
printf("write Error\n");
exit(1);
}
printf("write %d byte(s)\n",ret);
lseek(fd, 0L, SEEK_SET);
ret= read(fd, &num, sizeof(int));
if(ret==-1)
{
printf("read Error\n");
exit(1);
}
printf("read %d byte(s)，the number is %d\n", ret, num);
close(fd);
return 0;
}
當使用系統調用open 打開一個文件時，操作系統會創建一些數據結構來表示這個被打開的文件下一節，我們就會看到這些。為了能夠找到這些數據結構，在進程中，
我們會為這個打開的文件分配一個文件描述符 fd（File Descriptor）。文件描述符，就是用來區分一個進程打開的多個文件的，它的作用域就是當前進程，出了當前進程這個文件描述符就沒有意義了
opne返回的fd必須記錄好，我們隊這個文件的所有操作都要靠這個fd,包括最后關閉文件
1、open函數
2、write函數
3、read函數
4、lseek函數
對於命令行來講，通過 ls 可以得到文件的屬性，使用代碼怎么辦呢？
我們下面三個函數，可以返回與打開的文件描述符相關的文件狀態信息，這個信息將會寫到類型為struct stat 的 buf 結構中。
int stat(const char *pathname, struct stat *statbuf);
int fstat(int fd, struct stat *statbuf);
int lstat(const char *pathname, struct stat *statbuf);
struct stat {
dev_t st_dev; /* ID of device containing file */
ino_t st_ino; /* Inode number */
mode_t st_mode; /* File type and mode */
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 ID (if special file) */
off_t st_size; /* Total size, in bytes */
blksize_t st_blksize; /* Block size for filesystem I/O */
blkcnt_t st_blocks; /* Number of 512B blocks allocated */
struct timespec st_atim; /* Time of last access */
struct timespec st_mtim; /* Time of last modification */
struct timespec st_ctim; /* Time of last status change */
};
5、stat和lstat的區別
接下來我們來看，如何使用系統調用列出一個文件夾下面的文件以及文件的屬性
#include <stdio.h>
#include <stdlib.h>
#include <unistd.h>
#include <fcntl.h>
#include <sys/types.h>
#include <sys/stat.h>
#include <dirent.h>
int main(int argc, char *argv[])
{
struct stat sb;
DIR *dirp;
struct dirent *direntp;
char filename[128];
if ((dirp = opendir("/root")) == NULL) {
printf("Open Directory Error%s\n");
exit(1);
}
while ((direntp = readdir(dirp)) != NULL){
sprintf(filename, "/root/%s", direntp->d_name);
if (lstat(filename, &sb) == -1)
{
printf("lstat Error%s\n");
exit(1);
}
printf("name : %s, mode : %d, size : %d, user id : %d\n", direntp->d_name, sb.st_mode, sb.st_size, sb.st_uid);
}
closedir(dirp);
return 0
}
6、opendir函數
7、readdir函數
8、closedir函數
到這里，你應該既會使用系統調用操作文件，也會使用系統調用操作目錄了。下一節，我們開始來看內核如何實現的。
四、總結時刻
這一節，我們對文件系統的主要功能有了一個總體的印象，我們通過下面這張圖梳理一下
1、在文件系統上，需要維護文件的嚴格的格式，要通過mkfs.ext4 命令來格式化為嚴格的格式。
2、每一個硬盤上保存的文件都要有一個索引，來維護這個文件珊國的數據塊都保存在哪里
3、文件通過文件夾組織起來，可以方便用戶使用
4、為了能夠更快讀取文件，內存里會分配一塊空間最為緩存，讓一些數據塊放在緩存里面
5、在內核中，要有一整台的數據結構來表示打開的文件
6、在用戶態，每個打開的文件都是一個文件描述符，可以通過各種文件相關的系統調用，操作這個文件描述符
