Linux根文件系统制作

实验原理

文件是计算机系统的软件资源，操作系统本身和大量的用户程序、数据都是以文件形式组织和存放的，对这些资源的有效管理和充分利用是操作系统的重要任务之一。本章介绍文件和文件系统的概念，并对操作系统的文件管理功能给予简要说明。

磁盘的物理组织

文件系统主要完成对磁盘上的数据和程序进行管理，所以首先需要了解磁盘（硬盘）的结构。
磁盘又叫硬盘，由一组盘片组成。每个盘片的上下两面都涂有磁粉，磁化后可以存储信息数据。每个盘片的上下两面都安装有磁头。磁头被安装在梳状的可以做直线运动的小车上以便寻道。每个盘面被格式化成有若干条同心圆的磁道，并规定最外面的磁道是0磁道，次外层是1磁道。每个磁道又被分成若干个扇区，并顺序排为1号扇区、2号扇区，等等。通常，一个扇区可以储存512字节的二进制信息位。这也是CPU进行磁盘I/O操作时能够读出和写入的最小单位。每个盘面上的同号磁道组成一个柱面，也就是说每个盘面的0号磁道组成0号柱面，所有的1号磁道组成1号柱面，等等。硬盘的结构如图所示。

在Linux操作系统中，内核采用的方法是把物理磁盘抽象为逻辑磁盘来管理文件系统。所谓逻辑磁盘是把物理磁盘按照磁头号、磁道号、扇区号以及盘面号划分成磁盘块的线性数组，也叫线性序列。例如：把1号盘面0号磁道的0号扇区定义为0号磁盘块；把1号盘面0号磁道的1号扇区定义为1号磁盘块等等；当然一个磁盘块可以包含多个扇区，一般扇区数是2的整次幂。显然，当把实际的磁盘看成是磁盘块的线性数组时，就把物理磁盘存储数据的实际地址（即磁道号、扇区号以及盘面号）隐藏起来。因此呈现在系统高层面前的已经不是物理磁盘，而是一个经过加工以后的逻辑磁盘。图8.2给出了逻辑磁盘的结构示意图，它比物理硬盘的结构要简单的多。当系统执行磁盘I/O操作时，系统给出试图访问的逻辑磁盘块号。由设备驱动程序根据该块号计算出物理磁盘的磁道号、磁头号以及扇区号，然后启动硬盘把磁头向前或向后移动到相应的柱面，这就是所谓的寻道。寻道是磁盘I/O操作中最为耗时的一个操作。一旦磁头找到磁道，并且相应的扇区转到磁头下面，数据传输就开始。