一、文件系统的功能规划

第一点，文件系统要有严格的组织形式，使得文件能够以块为单位进行存储。
第二点，文件系统中也要有索引区，用来方便查找一个文件分成的多个块都存放在了什么位置。
第三点，如果文件系统中有的文件是热点文件，近期经常被读取和写入，文件系统应该有缓存层。
第四点，文件应该用文件夹的形式组织起来，方便管理和查询。
第五点，Linux 内核要在自己的内存里面维护一套数据结构，来保存哪些文件被哪些进程打开和使用。

二、文件系统的基本组成

文件系统的基本数据单位是文件，它的目的是对磁盘上的文件进行组织管理，那组织的方式不同，就会形成不同的文件系统。

注意，目录也是文件，也是用索引节点唯一标识，和普通文件不同的是，普通文件在磁盘里面保存的是文件数据，而目录文件在磁盘里面保存子目录或文件。

目录项和目录是一个东西吗？
虽然名字很相近，但是它们不是一个东西，目录是个文件，持久化存储在磁盘，而目录项是内核一个数据结构，缓存在内存。
如果查询目录频繁从磁盘读，效率会很低，所以内核会把已经读过的目录用目录项这个数据结构缓存在内存，下次再次读到相同的目录时，只需从内存读就可以，大大提高了文件系统的效率。
注意，目录项这个数据结构不只是表示目录，也是可以表示文件的。

三、虚拟文件系统

文件系统的种类众多，而操作系统希望对用户提供一个统一的接口，于是在用户层与文件系统层引入了中间层，这个中间层就称为虚拟文件系统（Virtual File System，VFS）。

文件块
与内存管理一样，为了方便对磁盘的管理，文件的逻辑地址也被分为一个个的文件块。于是文件的逻辑地址就是**（逻辑块号，块内地址）**。用户通过逻辑地址来操作文件，操作系统负责完成逻辑地址与物理地址的映射。

四、文件分配方式

不同的文件系统为文件分配磁盘空间会有不同的方式，这些方式各自都有优点和缺点。

4.1 连续分配

连续分配要求每个文件在磁盘上占有一组连续的块，该分配方式较为简单。

连续空间存放的方式虽然读写效率高，但是有「磁盘空间碎片」和「文件长度不易扩展」的缺陷：
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另外一个缺陷是文件长度扩展不方便，例如上图中的文件 A 要想扩大一下，需要更多的磁盘空间，唯一的办法就只能是挪动的方式，前面也说了，这种方式效率是非常低的。
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4.2 非连续空间存放方式

非连续空间存放方式分为「链表方式」和「索引方式」。
4.2.1 链式分配
链式分配采取离散分配的方式，可以为文件分配离散的磁盘块。它有两种分配方式：显示链接和隐式链接。

隐式链接
隐式链接是只目录项中只会记录文件所占磁盘块中的第一块的地址和最后一块磁盘块的地址，然后通过在每一个磁盘块中存放一个指向下一磁盘块的指针，从而可以根据指针找到下一块磁盘块。如果需要分配新的磁盘块，则使用最后一块磁盘块中的指针指向新的磁盘块，然后修改新的磁盘块为最后的磁盘块。

显式链接
显示链接是把用于链接各个物理块的指针显式地存放在一张表中，该表称为文件分配表（FAT，File Allocation Table）。

由于查找记录的过程是在内存中进行的，因而不仅显著地提高了检索速度，而且大大减少了访问磁盘的次数。

4.2.2 索引分配
链表的方式解决了连续分配的磁盘碎片和文件动态扩展的问题，但是不能有效支持直接访问（FAT除外），索引的方式可以解决这个问题。

索引的实现是为每个文件创建一个「索引数据块」，里面存放的是指向文件数据块的指针列表，说白了就像书的目录一样，要找哪个章节的内容，看目录查就可以。

另外，文件头需要包含指向「索引数据块」的指针，这样就可以通过文件头知道索引数据块的位置，再通过索引数据块里的索引信息找到对应的数据块。