文件系统 - Overview

赚小钱

所有的计算机，都需要存储，读取信息。当一个进程在运行的时候，只能存储有限的数据在进程内存地址空间中。虽然，存储能力受限于虚拟地址空间，但是，对于一般程序而言，是够用的。但是，对于其他程序，比如航空，银行等企业级程序而言，实在是远远不够的。

在程序内存中存储数据还有第二个问题，当程序终止时，所有的数据都会丢失。许多程序，比如数据库，必须有能力将数据保存几周，几个月，甚至是永久。这些程序无法接受，程序终止时，数据消失。

第三点，是我们经常需要解决的问题，多个进程同时读取数据。

因此，对于长期存储，有了三个至关重要的需求：

• 存储超级大量的数据；
• 终止使用数据的进程，不能影响数据本身；
• 多进程同时访问数据。
  

过去多年，使用磁盘(magnetic disks)作为长期存储介质。近些年，固态硬盘(solid-state drivers)因其内部设计的可靠性，逐渐成为最受欢迎的长期存储介质。同时，固态硬盘也提供了快速的随机读取速率。磁带(tapes)和光盘(optical disks)仍旧是被用作扩展存储，但是他们的性能实在是不高，通常只会用来备份。

在了解硬盘之前，只需要将磁盘看作是一种有如下两种操作的设备即可：

• 读取 block k;
• 写入 block l;
  

实际上，还有更多的操作。但是，通过这两个操作，原则上可以解决长期存储问题。

但是，虽然这些操作可以解决长期存储的问题，但实际上，使用起来是非常不方便的。特别是在，多用户、多进程的大型机上（例如，在服务器上），会出现如下几个问题：

• 如何查找信息；
• 如何保证用户数据的隔离性；
• 如何知道哪些空闲的 block。
  

这些还只是其中的一部分。
操作系统中，存在非常多的抽象，或者称作虚拟化。在这里，也不例外。操作系统使用了一个抽象概念 file 来解决这个问题。

Files 是由进程创建的信息的逻辑单元。在磁盘上，可能会存在数以千计，甚至是百万级别的文件，而且，这些文件之间是互相独立的(文件本身是独立的)。事实上，有操作系统相关知识的人，可能已经猜到了，file 也是一种类型的地址。和内存地址的区别在于，file 是磁盘上的地址。

进程可以读取已经存在于磁盘的文件，也可以在需要的时候创建文件。磁盘中的信息，必须是持久的，即，不为进程的创建或销毁所影响。文件也应该只在，所有者显式地删除时，才会消失。

虽然，读写文件是最为常见的操作。但是，还有一系列的操作，也同样是设计操作系统时必须要考虑的：结构化(structured)，可命名(named)，可访问(accessed)，可使用(used)，可保护(protected)，细节(implemented)，管理(managed)。以上这些概念，就组成了 File System。

在之后文章中，将会说明，在文件系统中，一个文件都包含了什么，如何命名，保护文件。更细接地，如何使用 linked list 和 bitmaps 追踪可用存储空间。

----------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------

这将会是一系列的文章，包括书本上的知识，和实际的项目经验。在去年有写过一个生产级别的文件系统，补习过相关的知识，但是，内容太过于碎片化。趁现在有心情，我会在这里和 GitHub 上记录一下吧。

看心情，实现一个精简版的文件系统。

PS： 听说 markdown 在内测了，什么时候才能用啊。

xiaosi4081

沙发