第 8 章 · 文件系统

文件系统把磁盘抽象成「按名存取」的目录树，屏蔽块设备物理细节。

8.1 文件与目录

• 文件：逻辑存储单元，内容 + 属性（大小、权限、时间戳、所有者）。
• 目录：也是文件，内容是「名字 → 文件」的映射表（目录项）。
• 树形目录：绝对路径 / 相对路径；硬链接（多名字指向同一 inode）、软链接（符号链接，指向路径）。

8.2 inode

inode：文件元数据，与文件名分离。一个文件 = 一个 inode + 若干数据块。

inode 存：类型/权限、大小、链接数、时间戳、数据块指针（直接 + 间接）。文件名不在 inode 里，在目录项里。

目录项：  name  →  inode 号
inode：   元数据 + 块指针[]  →  数据块

好处：硬链接共享 inode、元数据与数据分离、支持稀疏文件。inode 用尽则磁盘有空闲也无法新建文件（df -i 查）。

8.3 文件分配方式

方式	思路	优点	缺点
连续分配	文件占连续块	顺序访问快、简单	外部碎片、难扩展
链接分配	块尾指针指向下一块	无外部碎片、易扩展	随机访问慢、指针损坏则链断
索引分配	inode 存索引表指向所有块	随机访问快、无碎片	索引表占用空间、多级索引复杂

现代系统（ext4、NTFS）用索引分配变体（extent 区段），FAT 用链接分配变体（FAT 表集中存链）。

8.4 FAT vs ext4 vs NTFS

	FAT32	ext4	NTFS
用途	移动存储、嵌入式	Linux 主流	Windows 主流
分配	FAT 表 + 链接	extent 区段	MFT + extent
元数据	目录项内	inode	MFT 记录
日志	无	有（journal）	有（journal）
权限	无	POSIX 权限/ACL	ACL
文件大小	≤ 4GB	16TB+	16EB

核心差异：FAT 无日志、无权限，断电易损；ext4 与 NTFS 都有日志（先写日志再写数据，崩溃可恢复），ext4 用 inode、NTFS 用 MFT，都是「元数据集中 + extent 索引」。

8.5 日志与缓存

• 日志（journaling）：写数据前先记录意图，崩溃后重放/回滚，保证一致性。
• 页缓存（page cache）：文件数据缓存在内存，写延迟回磁盘（write-back），命中免磁盘 I/O。与第 7 章 CLOCK 访问位、第 6 章页表共用同一套页管理机制。