一 什么是文件系统
文件系统是计算机操作系统中的一个核心组件，用于管理计算机中的文件和文件夹。它提供了一种组织和访问计算机存储设备上数据的方式。文件系统使用户能够创建、修改、删除和查找文件，以及组织文件和文件夹的层次结构。
ps: linux一共有五大子系统：
1进程调度 2 进程通信 3 内存管理 4 网络接口 5 文件系统
二 文件命名机制
文件是一种抽象机制，它提供了一种方式用来存储信息以及在后面进行读取。可能任何一种机制最重要的特性就是管理对象的命名方式。在创建一个文件后，它会给文件一个命名。当进程终止时，文件会继续存在，并且其他进程可以使用名称访问该文件。（实质上是因为文件存储在磁盘上，并非在内存）
文件命名规则对于不同的操作系统来说是不一样的，但是所有现代操作系统都允许使用 1 - 8 个字母的字符串作为合法文件名。
某些文件区分大小写字母，而大多数则不区分。UNIX 属于第一类；历史悠久的 MS-DOS 属于第二类（顺便说一句，尽管 MS-DOS 历史悠久，但 MS-DOS 仍在嵌入式系统中非常广泛地使用，因此它绝不是过时的）；因此，UNIX 系统会有三种不同的命名文件：maria、Maria、MARIA 。在 MS-DOS ，所有这些命名都属于相同的文件。
许多操作系统支持两部分的文件名，它们之间用 . 分隔开，比如文件名 prog.c。原点后面的文件称为 文件扩展名(file extension) ，文件扩展名通常表示文件的一些信息。
例如在 MS-DOS 中，文件名是 1 - 8 个字符，加上 1 - 3 个字符的可选扩展名组成。
在 UNIX 中，如果有扩展名，那么扩展名的长度将由用户来决定，一个文件甚至可以包括两个或更多的扩展名，例如 homepage.html.zip，html 表示一个 web 网页而 .zip 表示文件homepage.html 已经采用 zip 程序压缩完成。一些常用的文件扩展名以及含义如下：
| ISO | 镜像文件 |
| RAR | 压缩包 |
| html | 网页 |
| zip | 压缩包 |
| exe | 可执行文件 |
| pdf文档 | |
| rm | 视频文件 |
| avi | 视频文件 |
| tmp | 临时文件 |
| mdf | 虚拟光驱镜像文件 |
| txt | 记事本 |
| doc/docx | Word文档 |
| xls/xlsx | Excel工作表 |
| ppt/pptx | PowerPoint幻灯片 |
| MID | 数字乐谱信息文件 |
在 UNIX 系统中，文件扩展名只是一种约定，操作系统并不强制采用。
名为 file.txt 的文件是文本文件，这个文件名更多的是提醒所有者，而不是给计算机传递信息。但是另一方面，C 编译器可能要求它编译的文件以.c 结尾，否则它会拒绝编译。然而，操作系统并不关心这一点。
对于可以处理多种类型的程序，约定就显得及其有用。例如 C 编译器可以编译、链接多种文件，包括 C 文件和汇编语言文件。这时扩展名就很有必要，编译器利用它们区分哪些是 C 文件，哪些是汇编文件，哪些是其他文件。因此，扩展名对于编译器判断哪些是 C 文件，哪些是汇编文件以及哪些是其他文件变得至关重要。
与 UNIX 相反，Windows 就会关注扩展名并对扩展名赋予了新的含义。用户(或进程) 可以在操作系统中注册扩展名，并且规定哪个程序能够拥有扩展名。当用户双击某个文件名时，拥有该文件名的程序就启动并运行文件。例如，双击 file.docx 启动了 Word 程序，并以 file.docx 作为初始文件。
三 目录
文件系统通常提供目录(directories) 或者 文件夹(folders) 用于记录文件的位置，在很多系统中目录本身也是文件，下面我们会讨论关于文件，他们的组织形式、属性和可以对文件进行的操作。
3.1一级目录系统
目录系统最简单的形式是有一个能够包含所有文件的目录。这种目录被称为根目录(root directory)，由于根目录的唯一性，所以其名称并不重要。在最早期的个人计算机中，这种系统很常见，部分原因是因为只有一个用户。下面是一个单层目录系统的例子
该目录中有四个文件。这种设计的优点在于简单，并且能够快速定位文件，毕竟只有一个地方可以检索。这种目录组织形式现在一般用于简单的嵌入式设备（如数码相机和某些便携式音乐播放器）上使用。
3.2层次目录系统
对于简单的应用而言，一般都用单层目录方式，但是这种组织形式并不适合于现代计算机，因为现代计算机含有成千上万个文件和文件夹。如果都放在根目录下，查找起来会非常困难。为了解决这一问题，出现了层次目录系统(Hierarchical Directory Systems)，也称为目录树。通过这种方式，可以用很多目录把文件进行分组。进而，如果多个用户共享同一个文件服务器，比如公司的网络系统，每个用户可以为自己的目录树拥有自己的私人根目录。这种方式的组织结构如下：
四 文件系统的实现
在对文件有了基本认识之后，现在是时候把目光转移到文件系统的实现上了。之前用户关心的一直都是文件是怎样命名的、可以进行哪些操作、目录树是什么，如何找到正确的文件路径等问题。而设计人员关心的是文件和目录是怎样存储的、磁盘空间是如何管理的、如何使文件系统得以流畅运行的问题，下面我们就来一起讨论一下这些问题。
4.1引导块
MBR 做的第一件事就是确定活动分区，读入它的第一个块，称为引导块(boot block) 并执行。引导块中的程序将加载分区中的操作系统。为了一致性，每个分区都会从引导块开始，即使引导块不包含操作系统。引导块占据文件系统的前 4096 个字节，从磁盘上的字节偏移量 0 开始。引导块可用于启动操作系统。
在计算机中，引导就是启动计算机的过程，它可以通过硬件（例如按下电源按钮）或者软件命令的方式来启动。开机后，电脑的 CPU 还不能执行指令，因为此时没有软件在主存中，所以一些软件必须先被加载到内存中，然后才能让 CPU 开始执行。也就是计算机开机后，首先会进行软件的装载过程。
重启电脑的过程称为重新引导(rebooting)，从休眠或睡眠状态返回计算机的过程不涉及启动。
除了从引导块开始之外，磁盘分区的布局是随着文件系统的不同而变化的。通常文件系统会包含一些属性，如下：
4.2超级块
紧跟在引导块后面的是 超级块(Superblock)，超级块 的大小为 4096 字节，从磁盘上的字节偏移 4096 开始。超级块包含文件系统的所有关键参数
- 文件系统的大小
- 文件系统中的数据块数
- 指示文件系统状态的标志
- 分配组大小
在计算机启动或者文件系统首次使用时，超级块会被读入内存。
4.3空闲空间块
接着是文件系统中空闲块（空闲空间）的信息，例如，可以用位图或者指针列表的形式给出。
4.4.1 inode的概念
文件= 内容+ 属性。
文件数据都储存在"块"中，那么很显然，我们还必须找到一个地方储存文件的元信息，比如文件的创建者、文件的创建日期、文件的大小等等。这种储存文件元信息的区域就叫做inode，中文译名为"索引节点"。
4.4.2 inode的内容
inode的本质其实就是一个结构体。
我们可以通过stat指令查看一个文件的inode信息。
inode中的内容如下:
- 文件的字节数，块数
- 文件拥有者的User ID
- 文件的Group ID
- 文件的读、写、执行权限
- 文件的时间戳，共有三个：ctime指inode上一次变动的时间，mtime指文件内容上一次 变动的
- 时间，atime指文件上一次打开的时间。
- 链接数，即有多少文件名指向这个inode
- 文件数据block的位置
- inode编号（对应数组的下标）
文件分为两部分，索引节点和块。一旦创建后，每种类型的块数是固定的。你不能增加分区上 inode 的数量，也不能增加磁盘块的数量。
紧跟在 inode 后面的是根目录，它存放的是文件系统目录树的根部。最后，磁盘的其他部分存放了其他所有的目录和文件。
五 block区和inode区的理解
硬盘格式化的时候，操作系统自动将硬盘分成两个区域。一个是数据区（block区），存放文件数据；另一个是inode区（inode table），存放inode所包含的信息。
inode区是以数组的形式存储的，对应的数组下标就是inode编码，每个元素就是一个结构体（结构体内容在上面已说）,inode结构体中会有一个指针，指向block区也就是存放的文件内容。（可以理解成map，通过inode找到block里面的内容）
六 软硬链接
6.1 硬链接
一般情况下，文件名和inode号码是一一对应关系，每个inode号码对应一个文件名，但是Linux系统允许多个文件名指向同一个inode号码，这就意味着，可以用不同的文件名访问同样的内容：对文件内容进行修改，会影响到所有文件名，但是删除一个文件名，不影响另一个文件名访问，这种情况叫做硬链接。
可以使用ln命令创建硬链接：格式 ln 源文件名 目标文件名
运行这条命令以后，源文件与目标文件的inode号码相同，都指向同一个inode,inode信息中有一项叫做链接数，记录指向该inode的文件总数，这时会加1，反过来，删除一个文件名，会减一，当链接数变为0时，表明没有文件指向这个inode号码，系统就会回收这个inode号码与文件数据块区。
（可以理解为对源文件的一种复制）
6.2 软链接
除了硬链接以外，还有一种情况，文件A与文件B的号码虽然不一样，但是文件A的内容是文件B的路径。读取文件A时，系统会自动访问导向文件B。
因此，无论打开哪一个文件，最终都会读取文件B，这时，文件A就叫做文件B的软连接。
这意味着，文件A依赖于文件B而存在，若删除了文件B，打开文件A就会报错。这就是软连接与硬链接最大的不同：文件A指向文件B的文件名，而不是inode号码，文件B的inode链接数不会发生变化。
ln -s命令可创建软连接。
格式： ln -s 源文件或目录 目标文件或目录·
软连接两个文件都具有属于自己的inode与文件块区。
