深圳網(wǎng)站建設(shè)html5惠州seo怎么做
目錄
1 磁盤結(jié)構(gòu)
2 邏輯抽象管理磁盤
2.1 邏輯抽象
?2.2 管理磁盤
2.3 補充知識
3 軟硬連接
1 磁盤結(jié)構(gòu)
? ? ? ? 本篇的學(xué)習(xí)需要建立在大家在腦海中有一副磁盤的結(jié)構(gòu)才能進行下去，所以我會以圖解的方式為大家簡單講解一下，注：博主對這一部分并不是特別的了解，只能讓大家對于磁盤有一個聯(lián)想的空間。
? ? ? ? ?上圖為我們磁盤的機械結(jié)構(gòu)，根據(jù)馮諾依曼體系的分類，這個東西被稱為外設(shè)，而這個家伙又是外設(shè)當(dāng)中比較慢的哪一種結(jié)構(gòu)，因為它有馬達等之類的機械結(jié)構(gòu)，所以我們一般在對磁盤進行操作的時候都會比較慢，但重點不在這里。
? ? ? ? 對于我們了解來說，這個結(jié)構(gòu)重要的東西就是中間的那個圓盤和它旁邊像是針頭一樣的東西，他們倆就是我們所知的磁盤和磁針。
? ? ? ? 對于它的讀取我們有一個很形象的東西可以替代，那就是以前的留聲機，和光碟。我以留聲機為例，我們只要打開留聲機的開關(guān)，放上黑膠，留聲機就會轉(zhuǎn)動這個黑膠片，如果此時我們將留聲機的針頭放到黑膠片上，這時，留聲機就能夠發(fā)出聲音了。同理，我們的磁盤也是一樣的操作，通過磁盤旋轉(zhuǎn)以及磁針讀取內(nèi)容就能實現(xiàn)在磁盤的讀取和寫入了。
? ? ? ? 再具體看我們的上圖，上面的磁盤課磁針并不只是一個，而是有多個疊加起來的，并且它們由各自的馬達同軸轉(zhuǎn)動，也就能夠存更多的數(shù)據(jù)了。
? ? ? ? ?單個盤面可以被抽象為上圖結(jié)構(gòu)，整個磁盤是由一個一個的小扇區(qū)組成。雖然不同磁道的扇區(qū)大小并不相同，但是它們的大小都是一模一樣的（不絕對，有些盤大小不一樣），為512byte。
? ? ? ? 然后i每一個扇區(qū)都是由很多的小bit位組成，也就能存我們的數(shù)據(jù)了。
? ? ? ? 那么有這么多的扇區(qū)，這么多的磁道，這么多的扇面，我們應(yīng)該如何去查找我們需要的數(shù)據(jù)呢？難道是依次掃描文件？很明顯不是的。
? ? ? ? 其實磁盤文件的查詢就像是我們到圖書館找一本書一樣，他是被規(guī)劃好的，首先我們得知到我們要找的書的大類是什么？也就是通過磁針去匹配那一塊磁盤；然后得知我們的書在哪一個大書架里面，也就是匹配我們對應(yīng)的磁道；最后找到大書架里的小書架，查找我們對應(yīng)的書籍，也就是找到扇區(qū)去查找我們對應(yīng)的數(shù)據(jù)。這樣就能實現(xiàn)我們的查找操作，也被我們稱為磁頭（header）、柱面（cylinder）、扇區(qū)（sector）查找方式————CHS。
2 邏輯抽象管理磁盤
? ? ? ? 通過上面對于磁盤結(jié)構(gòu)的簡單講解，相信大伙對于磁盤也是有了一點點概念了，那么就能開始我們本篇的重點了。
? ? ? ? 根據(jù)我上面講解如果OS能夠通過CHS去訪問磁盤的任意一個位置，那么是否表示OS就是這樣做的呢？答案肯定不是，首先以馮諾依曼體系他就跑不過去，磁盤是外設(shè)欸，我們的OS只能重內(nèi)存當(dāng)中讀取內(nèi)容，那肯定不是；從效率而言也不可能，磁盤的可是一個機械結(jié)構(gòu)，他能跟上我們操作系統(tǒng)的運行速度？別開玩笑了，肯定跟不上啊；從硬件角度理解這也是不科學(xué)的，如果OS直接使用了這一個地址，那么一旦硬件發(fā)生了改變，那么原本的操作系統(tǒng)也會被改變了，整個文件操作就會被變得亂七八糟；而且一個扇區(qū)就只有512字節(jié)，但是我們OS每一次進行IO操作就是以4KB為一個基本單位，這兩者之間不能直接對應(yīng)起來。綜上OS內(nèi)部一定不是通過CHS尋址。OS一定還有一套其它的方式，來進行塊方式的訪問。
2.1 邏輯抽象
? ? ? ? 我們知道，磁盤的讀取是通過磁盤旋轉(zhuǎn)，然后再由磁針去匹配，這一過程其實很像我們以前的老式錄音機的磁帶，將整個磁帶拉開，這是不是一條線性的直線磁帶？我們的磁盤也這樣理解，那么磁盤是不是也是一條直線？連續(xù)的地址還是連續(xù)的，根本不影響他的讀取。（這讓我想起了以前學(xué)高數(shù)積分的日子，哈哈）。
? ? ? ? 所以既然是一條線性，那我們可以將其看成什么東西？對應(yīng)我們的代碼層面。數(shù)組是不是，這不就是一個大數(shù)組嗎？既然是數(shù)組，那么我們不久能夠輕松的將其管理起來咯。這一步就是管理操作最重要的先描述、在組織。
? ? ? ? 我們有多個磁盤，也就有了多個大數(shù)組，每一個大數(shù)組上面有很多很多的磁道，每一個磁道上面都有很多的小扇區(qū)。也就是下圖結(jié)構(gòu)：
?
? ? ? ? ?但是呢，我之前不是說了OS在進行IO操作的時候每一次會有4KB大小的數(shù)據(jù)嘛，但是這每一個扇區(qū)不久只有512byte嗎，這豈不是每次讀取都是讀起來很虧？
? ? ? ? 所以這個時候我們就又做了另外一件事情，那就是每八個扇區(qū)就構(gòu)成一個數(shù)據(jù)塊，那么我們下標(biāo)訪問例如arr[0]，就能夠讀取8個扇區(qū)的內(nèi)容，也就能將IO操作的4KB數(shù)據(jù)讀取滿。
? ? ? ? ?也就變成了上圖的情況。
? ? ? ? 這個時候我們就初步的將磁盤的物理邏輯到線程邏輯的抽象過程，因為數(shù)組天然有一個下標(biāo)，所以想要定位一個扇區(qū)，只需要知道它的某一個下標(biāo)就可以了。并且我們稱這樣的一個地址為邏輯塊地址（logic block address）LBA。
? ? ? ? 假設(shè)我們要找一個扇區(qū)，已知數(shù)組的下標(biāo)是6500，每一個扇面有5000數(shù)組塊，每一個磁道有1000個數(shù)據(jù)塊，請問要找的扇區(qū)在哪里？
? ? ? ? 這個問題很簡單，既然下標(biāo)是6500，那就表示了我們要找的是第2個磁面，我們就排除了5000個數(shù)據(jù)塊，現(xiàn)在只剩下1500個，每一個磁道有1000個數(shù)據(jù)塊，那么表示我們的數(shù)據(jù)塊在第二個磁道，現(xiàn)在只剩下500個數(shù)據(jù)塊，那么就找到了該扇區(qū)在哪里了：第二面第二磁道的第500個數(shù)據(jù)塊。該數(shù)據(jù)塊有8個扇區(qū)，我們要的扇區(qū)一定在里面。
? ? ? ? 上述問題完美的呈現(xiàn)了LBA和CHS的相互轉(zhuǎn)換，也實現(xiàn)了對數(shù)組下標(biāo)的管理到磁盤內(nèi)存的管理的完美過度，并直接的解除了操作系統(tǒng)和磁盤的耦合關(guān)系。
?2.2 管理磁盤
? ? ? ? 對于OS來說，磁盤的大小實在是太大了，他不像是內(nèi)存只有十幾個G，他從理論上來說可以是無限大的，只要廠家想或者是項目需要。那么此時就需要一個合理的管理制度，光靠一個下標(biāo)是無法滿足這樣的需求的，所以就有了下圖：
? ? ? ? ?既然我們一個500G的磁盤內(nèi)存管理不過來，那么我分區(qū)可以把，我分成5個100G的小磁盤內(nèi)存，我嫌棄100G也大了，那么我再對這個區(qū)域進行劃分，分組可以吧。這樣這就成功的減少了管理這整個磁盤的消耗。
? ? ? ? 為什么能這么做呢？那是因為磁盤其實是一個很單一的東西，它的結(jié)構(gòu)都是一樣的，只要我們管理好了一個組，那么等于我們能夠管理好所有組，我們管理好了所有組，就能管理好一個區(qū)，只要管理好了一個區(qū)，等于我們能夠管理好所有區(qū)，也就表示我們管理好了任意大小的磁盤。
? ? ? ? 那么接下來就是了解這每一個組內(nèi)的各個功能塊都是干什么用的了。
Boot Block：
? ? ? ? Boot Block其實就是啟動塊，我們電腦在開機的時候調(diào)用的就是這一塊的內(nèi)容，如果沒有了這一塊的數(shù)據(jù)，那么我們電腦就不能正常開機了。
Super Blcok：
? ? ? ? 超級塊，里面存了我們組內(nèi)的block和inode的總量，未使用的block和inode的數(shù)量，一個block和inode的大小，最后一次掛載的時間，最近依次寫入數(shù)據(jù)的時間，最近一次檢驗磁盤的時間等其它文件系統(tǒng)的相關(guān)信息。并且，每一個組都有一個super block，且這些塊是相連的，也就是更改一個全部都會被更改。這樣做的目的也就是為了保護好數(shù)據(jù)不被丟失。防止因為一個塊的錯誤導(dǎo)致所有的文件信息不可讀取。也就是做好備份。
Group Descriptor Table：
? ? ? ??組內(nèi)描述符，描述塊組屬性。一般而言，一個文件內(nèi)部所有屬性的集合有128個字節(jié)，一個文件也對應(yīng)一個Inode，每一個組每一個分區(qū)都會有大量的indoe結(jié)點，需要有一個區(qū)域準(zhǔn)們保存該Group內(nèi)的所有文件的Inode結(jié)點。
Data Blocks：
? ? ? ??數(shù)據(jù)塊，也就是我們之前劃分這么久的4KB一個的小磁盤塊，用于存儲數(shù)據(jù)。
Block Bitmap：
? ? ? ??數(shù)據(jù)塊位圖，用于表示我們的某個數(shù)據(jù)塊是否被使用，用0/1表示，并且位圖的位置就是數(shù)據(jù)塊所在的下標(biāo)。
Inode Bitmap：
? ? ? ??結(jié)點位圖，所謂結(jié)點位圖就是表示這個文件結(jié)點是否被使用，與數(shù)據(jù)塊位圖相相似。
Inode Table：
? ? ? ??用于存放我們的Inode結(jié)點，每一個結(jié)點都是大小為128byte大小的結(jié)構(gòu)體，里面存放了文件的各種屬性。
? ? ? ? ?知道了上述塊的作用之后，那么我們應(yīng)該如何理解一個文件的存儲呢？
? ? ? ? 假設(shè)我們要創(chuàng)建一個新文件：
1. 首先內(nèi)核要找到一個空閑的Inode結(jié)點，將文件的信息寫入。
2. 如果這個文件需要三個數(shù)據(jù)塊，那么內(nèi)核就會找3個空閑數(shù)據(jù)塊，依次寫入數(shù)據(jù)。
3. 根據(jù)數(shù)據(jù)塊的使用，內(nèi)核在Inode上的磁盤分布區(qū)記錄了上述塊列表。
4. 添加文件名到目錄，用Inode Num和文件名相互作為關(guān)鍵字查找。
2.3 補充知識
? ? ? ? 對于OS來說，它找文件只是憑借inode num，那么文件名又是什么？他豈不是沒意義？話不能這么說，文件名至少還有一個作用————給我們看的，我們總不能拿著一堆數(shù)字去看這個這個文件吧，可太難受。
? ? ? ? 還記得嗎，linux下一切皆文件，那么目錄算不算文件？算當(dāng)然算，它也有它自己的inode num，這時肯定的，問題是他這個文件用來存什么？其實這個問題我們只需要好好想想目錄里面有什么就能想到了，目錄下面無非就是文件或則另外一個目錄嘛，那么存的數(shù)據(jù)就一定是這些文件的某些相關(guān)內(nèi)容，而這個內(nèi)容就是文件名和inode num對應(yīng)的映射關(guān)系，這兩個互相為Key值，都能找到相應(yīng)的文件。
? ? ? ? ?那么也就表示我們在訪問一個文件的時候，我們是在特定目錄下訪問的，只要在當(dāng)前目錄下，就能夠找到某個文件的inode編號，所以O(shè)S在加載數(shù)據(jù)進入內(nèi)存的操作就是通過通過inode num逐漸向下查找，直到找到需要的文件，然后加載到OS，最后顯示到顯示器當(dāng)中。
? ? ? ? 然后呢，Inode和數(shù)據(jù)塊一定是由某些聯(lián)系的，它的練習(xí)就是如下偽代碼：
struct inode
{
? ? ? ? int inode number;? ? ? ? int ref _count;
? ? ? ? mode_t mode;
? ? ? ? int uid;
? ? ? ? int gid;
? ? ? ? int size;
? ? ? ? data;
? ? ? ? ......
? ? ? ? int datablock[NUM]
}
? ? ? ? 上代碼中我加黑的部分就是inode和數(shù)據(jù)塊之間的聯(lián)系，這個數(shù)組存的數(shù)據(jù)就是數(shù)據(jù)塊的下標(biāo)，根據(jù)我們的需要，可以存無線大的數(shù)據(jù)。為什么？這個下標(biāo)不是有限的嗎？哪里會讓你一個文件開這么大的空間，那我就得說一個很牛的二級索引和三級索引了，二級索引指向一個數(shù)據(jù)塊，這個數(shù)據(jù)塊不存其他數(shù)據(jù)，只存其它數(shù)據(jù)塊的下標(biāo)，那么就能夠擴大存儲數(shù)據(jù)的大小，三級索引呢？三級索引全部存二級索引，二級全部存一級索引，那這個數(shù)據(jù)可能存太大了，基本上是無限了。
? ? ? ? 當(dāng)然，從上面的各個解釋上來看，inode和數(shù)據(jù)塊好像是獨立的。那么有沒有可能inode用完了，或則是數(shù)據(jù)塊用完了的情況？當(dāng)然有，但是如何避免呢？沒有辦法，有了這種情況就等死吧。博主沒有開玩笑，只要有了這種情況要么換一個磁盤，那么給他再買一個磁盤擴容。
3 軟硬連接
? ? ? ? 在linux下通過ls -i命令可以得到文件的inode num和inode結(jié)構(gòu)體內(nèi)部的ref，也就是該文件被幾個文件指向。
? ? ? ? ?當(dāng)我們有了一個test.txt文件，通過軟連接 ln -s test.txt 新文件名就能構(gòu)成一個軟連接，軟連接是重新開辟一個新的文件，我們從inode num可以看出來。
? ? ? ? 通過ln test.txt 新文件名就能構(gòu)成硬連接，硬連接沒有重新搞一個文件出來，因為他與源文件的inode num一樣，并且ref增加變?yōu)榱?，唯一做的事情就是在目錄的數(shù)據(jù)塊的映射表當(dāng)中添加了一個新的映射關(guān)系。
? ? ? ? 以上就是博主對本節(jié)的全部理解了，希望能夠幫助到大家。?