基本概念

首先講下inode和塊的基本概念。在Linux系統中，文件由元數據和數據塊組成。數據塊就是多個連續性的扇區（sector），扇區是文件存儲的最小單位（每個512字節）。塊（block）的大小，最常見的是4KB，也就是連續8個sector組成，存儲文件數據和目錄數據。而元數據用來記錄文件的創建者、創建日期、大小等，這種存儲文件元數據信息的區域叫做inode，即索引節點。

由于inode也是用來存儲文件相關屬性信息的，所以也會消耗硬盤空間。具體包含的信息有inode號，文件的字節數、User ID、Group ID、讀、寫、執行權限、時間戳（共有三個：ctime指inode上一次變動的時間，mtime指文件內容上一次變動的時間，atime指文件上一次打開的時間）、鏈接數（軟硬鏈接）、數據block的位置，注意沒有文件名。

在硬盤格式化的時候，操作系統就會將硬盤分為兩個區，即數據區和inode區。每個inode節點的大小一般為128B或者256B，inode的總數在格式化文件系統的時候就已經確定。

另外還有幾個概念了解一下：

inode Bitmap：即inode位圖，用二進制的方式記錄了inode的使用情況， 比如inode是否空閑等。

Block Bitmap：即塊位圖，同Inode Bitmap，用二進制方式記錄了塊的使用情況。當查找或創建文件時，會掃描此位圖來尋找空閑的inode號對應的塊。

super block：超級塊包含了該硬盤或分區上的文件系統的整體信息，如文件系統的大小等。

dentry：在內核中起到了連接不同的文件對象inode的作用，進而起到了維護文件系統目錄樹的作用。dentry是一個純粹的內存結構，由文件系統在提供文件訪問的過程中在內存中直接建立。dentry中包含了文件名，文件的inode號等信息。

下圖為文件系統inode區block區圖：

文件的查找、創建、刪除原理

接下來對文件的查找、創建、刪除原理三個方面來對inode和塊的理解。

文件的查找：比如要查找/var/log/message

文件的創建：比如要創建/backup/test.txt（前提backup目錄存在）

文件的刪除：刪除/backup/test.txt

查找

1. 首先根目錄（目錄也是個文件，不是容器！也可以理解為路徑的映射表）會自引用。找到inode表中對應的條目。（暫且把inode表中inode號和其對應的塊信息成為條目）
2. inode表中對應的信息指向根目錄對應的塊，其中有var目錄對應的信息和inode號。
3. 系統根據var目錄inode號回頭找到inode表中var目錄其對應的條目。
4. 根據var目錄對應的塊信息找到對應的塊，其中有log目錄對應的信息和inode號。
5. 系統又根據log目錄inode號在inode表中找到其對應的條目。
6. 根據log目錄對應的塊信息找到對應的塊，其中有messages文件。
7. 根據messages文件的inode號在inode表中找到其對應的條目。
8. 最后系統根據messages對應的條目信息告訴我們messages文件對應了多少的塊，最后給我們呈現的就是所看到的數據。

創建

1. 首先掃描inode位圖，找空閑的inode號，找到之后占用。
2. 根目錄自引用找到inode表中對應的條目，并根據條目找到對應的塊。
3. 依據根目錄對應的塊中backup目錄對應的inode號，回頭找到inode表中條目。
4. inode表中條目又找到對應的塊，在這個塊的dentry中新建了一個文件test.txt。
5. 然后在最開始掃描占用的inode號給到此test.txt文件。

    

當要存數據給test.txt文件時，會進行如下：

系統掃描塊位圖（加速查找磁盤空閑塊，記錄是否空閑等），找到空閑塊，分配大于數據大小的塊，最后再回收（避免磁盤碎片）。比如要創建10k大小的test.txt文件，一個塊4k，只需要3個塊，系統分配4個或者多于，最后再去把這多余的塊分配到空閑塊中等待使用。

刪除

當要刪除一個文件時，其實就是把其使用的block位圖標記為空閑，inode位圖的相關位置成空，相當于不被占用，系統就認為此文件刪除。但是數據還在，在下次創建文件時，就可覆蓋原已清空block位圖和inode位圖的文件的數據。

文件粉粹也只是使用一些隨機數據填充進原來文件的數據塊中，導致文件難以恢復。

以上