【linux学习指南】Ext系列文件系统(四)路径&&分区&&链接

学习起来吧

发布于 2025-01-01 08:48:58

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文章被收录于专栏：学习C/++学习C/++

🌠⽬录与⽂件名

问题：

我们访问⽂件，都是⽤的⽂件名，没⽤过inode号啊？
⽬录是⽂件吗？如何理解？

答案：

⽬录也是⽂件，但是磁盘上没有⽬录的概念，只有⽂件属性+⽂件内容的概念。
⽬录的属性不⽤多说，内容保存的是：⽂件名和Inode号的映射关系

readdir.c文件

#include <stdio.h>
#include <string.h>
#include <stdlib.h>
#include <dirent.h>
#include <sys/types.h>
#include <unistd.h>
int main(int argc, char *argv[])
{
    if (argc != 2)
    {
        fprintf(stderr, "Usage: %s <directory>\n", argv[0]);
        exit(EXIT_FAILURE);
    }
    DIR *dir = opendir(argv[1]); //系统调⽤，⾃⾏查阅

    if (!dir)
    {
        perror("opendir");
        exit(EXIT_FAILURE);
    }
    struct dirent *entry;
    while ((entry = readdir(dir)) != NULL)
    { //
        系统调⽤，⾃⾏查阅

        // Skip the "." and ".." directory entries
        if (strcmp(entry->d_name, ".") == 0 || strcmp(entry->d_name, "..") == 0)
        {
            continue;
        }
        printf("Filename: %s, Inode: %lu\n", entry->d_name, (unsigned long)entry->d_ino);
    }
    closedir(dir);
    return 0;
}

所以，访问文件，必须打开当前目录，根据文件名，获得对应的inode号，然后进行文件访问
所以，访问文件必须要知道当前工作目录，本质是必须能打开当前工作目录文件，查看目录文件的内容!

比如:要访问test.c，就必须打开test(当前工作目录) ,然后才能获取test.c对应的inode进而对文件进行访问。

🌠路径解析

问题：打开当前⼯作⽬录⽂件，查看当前⼯作⽬录⽂件的内容?当前⼯作⽬录不也是⽂件吗？我们访问当前⼯作⽬录不也是只知道当前⼯作⽬录的⽂件名吗？要访问它，不也得知道当前⼯作⽬录的inode 吗？

答案1：所以也要打开：当前⼯作⽬录的上级⽬录，额…，上级⽬录不也是⽬录吗？？不还是上⾯的问题吗？
答案2：所以类似"递归"，需要把路径中所有的⽬录全部解析，出⼝是"/"根⽬录。
最终答案3：⽽实际上，任何⽂件，都有路径，访问⽬标⽂件，⽐如:

 /home/whb/code/test/test/test.c

都要从根⽬录开始，依次打开每⼀个⽬录，根据⽬录名，依次访问每个⽬录下指定的⽬录，直到访问到test.c。这个过程叫做Linux路径解析。

注意：

所以，我们知道了：访问⽂件必须要有⽬录+⽂件名=路径的原因
根⽬录固定⽂件名，inode号，⽆需查找，系统开机之后就必须知道

可是路径谁提供？

你访问⽂件，都是指令/⼯具访问，本质是进程访问，进程有CWD！进程提供路径。
你open⽂件，提供了路径

可是最开始的路径从哪⾥来？

所以Linux为什么要有根目录,根目录下为什么要有那么多缺省目录?
你为什么要有家目录，你自己可以新建目录?
上面所有行为:本质就是在磁盘文件系统中，新建目录文件。而你新建的任何文件，都在你或者系统指定的目录下新建，这不就是天然就有路径了嘛!
系统+用户共同构建Linux路径结构.

🌠路径缓存

问题1：Linux磁盘中，存在真正的⽬录吗？答案：不存在，只有⽂件。只保存⽂件属性+⽂件内容
问题2：访问任何⽂件，都要从/⽬录开始进⾏路径解析？答案：原则上是，但是这样太慢，所以Linux会缓存历史路径结构
问题3：Linux⽬录的概念，怎么产⽣的？答案：打开的⽂件是⽬录的话，由OS⾃⼰在内存中进⾏路径维护

Linux中，在内核中维护树状路径结构的内核结构体叫做：struct dentry

struct dentry
{
    atomic_t d_count;     /* protected by d_lock */
    unsigned int d_flags; /* per dentry lock */
    spinlock_t d_lock;    /* Where the name belongs to - NULL is * negative */
    /*
     * The next three fields are touched by __d_lookup.  Place them here
     * so they all fit in a cache line.
     */
    struct hlist_node d_hash; /* lookup hash list */
    struct dentry *d_parent;  /*parent directory */
    struct qstr d_name;

    struct list_head d_lru; /* LRU list */
                            /*
                             * d_child and d_rcu can share memory
                             */
    union
    {
        struct list_head d_child; /* child of parent list */
        struct rcu_head d_rcu;
    } d_u;
    struct list_head d_subdirs; /* our children */
    struct list_head d_alias; /* inode alias list */
    unsigned long d_time; /* used by d_revalidate */
    struct dentry_operations *d_op;
    struct super_block *d_sb; /* The root of the dentry tree */
    void *d_fsdata; /* fs-specific data */
#ifdef CONFIG_PROFILING
    struct dcookie_struct *d_cookie; /* cookie, if any */
#endif
    int d_mounted;
    unsigned char d_iname[DNAME_INLINE_LEN_MIN];  /* small names */
};

注意：

每个文件其实都要有对应的dentry结构，包括普通文件。这样所有被打开的文件，就可以在内存中形成整个树形结构
整个树形节点也同时会隶属于LRU(Least Recently Used，最近最少使用)结构中，进行节点淘汰
整个树形节点也同时会隶属于Hash，方便快速查找
更重要的是，这个树形结构，整体构成了Linux的路径缓存结构，打开访问任何文件，都在先在这棵树下根据路径进行查找，找到就返回属性inode和内容，没找到就从磁盘加载路径，添加dentry结构，缓存新路径

🌠挂载分区

我们已经能够根据inode号在指定分区找⽂件了，也已经能根据⽬录⽂件内容，找指定的inode了，在指定的分区内，我们可以为所欲为了。可是：问题：inode不是不能跨分区吗？Linux不是可以有多个分区吗？我怎么知道我在哪⼀个分区？？？

详细挂载分区可查看【linux学习指南】磁盘分区挂载到目录，形成文件系统挂载点

🌉 ⽂件系统总结

🌠软硬连接

🌉 硬链接

我们看到，真正找到磁盘上⽂件的并不是⽂件名，⽽是inode。其实在linux中可以让多个⽂件名对应于同⼀个inode。

[root@localhost linux]# touch abc
 [root@localhost linux]# ln abc def
 [root@localhost linux]# ls -li abc def
 263466 abc
 263466 def

abc和def的链接状态完全相同，他们被称为指向⽂件的硬链接。内核记录了这个连接数，inode 263466 的硬连接数为2。
我们在删除⽂件时⼲了两件事情：1.在⽬录中将对应的记录删除，2.将硬连接数-1，如果为0，则将对应的磁盘释放。

🌉 软链接

硬链接是通过inode引⽤另外⼀个⽂件，软链接是通过名字引⽤另外⼀个⽂件，但实际上，新的⽂件被引⽤的⽂件的inode不同，应⽤常⻅上可以想象成⼀个快捷⽅式。在shell中的做法

[root@localhost linux]# ln -s abc.s abc
 [root@localhost linux]# ls -li
 263563 -rw-r--r--. 2 root root 0 9⽉  15 17:45 abc
 261678 lrwxrwxrwx. 1 root root 3 9⽉  15 17:53 abc.s -> abc
 263563 -rw-r--r--. 2 root root 0 9⽉  15 17:45 def