文件存储和删除的底层过程

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我是靠谱客的博主幽默红酒，最近开发中收集的这篇文章主要介绍文件存储和删除的底层过程，觉得挺不错的，现在分享给大家，希望可以做个参考。

概述

文件是怎么存储到文件系统中的？

假如要存储a.txt到/tmp目录下。下面就实际模拟一下存储的过程。

一个完成的文件系统

针对某一个block group来说对文件的删除和存储过程如下

一个大文件是完全有可能跨block group的。

当a.txt文件要存储到/tmp下时：

(1).首先从inode table中找一个空闲的inode号分配给a.txt，例如2222。再将inode map(imap)中2222这个inode号标记为已使用。
(2).在/tmp的data block中添加一条a.txt文件的记录。该记录中包括一个指向inode号的指针，例如"0x2222"。
(3).然后从block map(bmap)中找出空闲的data block，并开始将a.txt中的数据写入到data block中。每写一段空间(ext4每次分配一段空间)就从bmap中找一次空闲的data block，直到存完所有数据。
(4).设置inode table中关于2222这条记录的data block指针，通过该指针可以找到a.txt使用了哪些data block。

当要删除a.txt文件时：

(1).在inode table中删除指向a.txt的data block指针。这里只要一删除，外界就找不到a.txt的数据了。但是这个文件还存在，只是它是被"损坏"的文件，因为没有任何指针指向数据块。
(2).在imap中将2222的inode号标记为未使用。于是这个inode号就被释放，可以被后续的文件重用。
(3).删除父目录/tmp的data block中关于a.txt的记录。这里只要一删除，外界就看不到也找不到这个文件了。
(4).在bmap中将a.txt占用的block标记为未使用。这里被标记为未使用后，这些data block就可以被后续文件覆盖重用。

考虑一种情况，当一个文件被删除时，但此时还有进程在使用这个文件，这时是怎样的情况呢？外界是看不到也找不到这个文件的，所以删除的过程已经进行到了第(3)步。但进程还在使用这个文件的数据，也能找到这个文件的数据，是因为进程在加载这个文件的时候就已经获取到了该文件占用哪些data block，虽然删除了文件，但bmap中这些data block还没有标记为未使用。

update 2022年1月14日15:29:12

什么是block group?

前面一直提到的优化方法是将文件系统占用的block划分成块组(block group)，解决bmap、inode table和imap太大的问题。

在物理层面上的划分是将磁盘按柱面划分为多个分区，即多个文件系统；在逻辑层面上的划分是将文件系统划分成块组。每个文件系统包含多个块组，每个块组包含多个元数据区和数据区：元数据区就是存储bmap、inode table、imap等的数据；数据区就是存储文件数据的区域。注意块组是逻辑层面的概念，所以并不会真的在磁盘上按柱面、按扇区、按磁道等概念进行划分。

本文转载自：详细分析du和df的统计结果为什么不一样 - 骏马金龙 - 博客园。仅限于学习交流，侵权必删。

-- update 2022年1月17日22:59:36

这张图表示了文件操作在各个层的数据结构的关联，能对着这张图将它们之间的关系讲清楚，对于文件系统的部分，你就会了然于心了。