Linux文件系統(tǒng)簡介

Linux下磁盤分區(qū)和目錄的關(guān)系如下：

• 任何一個分區(qū)都必須掛載到某個目錄上。
• 目錄是邏輯上的區(qū)分。分區(qū)是物理上的區(qū)分。
• 磁盤Linux分區(qū)都必須掛載到目錄樹中的某個具體的目錄上才能進(jìn)行讀寫操作。
• 根目錄是所有Linux的文件和目錄所在的地方，需要掛載上一個磁盤分區(qū)。

Linux操作系統(tǒng)文件系統(tǒng)基礎(chǔ)知識詳解

舉個例子：

有一塊硬盤，分成了4個分區(qū)，分別是:

/
/boot
/usr
/windows下的fat

對于/和/boot或者/和/usr，它們是從屬關(guān)系；對于/boot和/usr，它們是并列關(guān)系。

如果我把windows下的fat分區(qū)掛載到/mnt/winc下，（掛載？？哦，別急，呵呵，一會就講，一會就講。）那么對于/mnt/winc和/usr或/mnt/winc和/boot來說，它們是從屬于目錄樹上沒有任何關(guān)系的兩個分支。

文件系統(tǒng)指文件存在的物理空間，linux系統(tǒng)中每個分區(qū)都是一個文件系統(tǒng)，都有自己的目錄層次結(jié)構(gòu)。linux會將這些分屬不同分區(qū)的、單獨(dú)的文件系統(tǒng)按一定的方式形成一個系統(tǒng)的總的目錄層次結(jié)構(gòu)。一個操作系統(tǒng)的運(yùn)行離不開對文件的操作，因此必然要擁有并維護(hù)自己的文件系統(tǒng)。

將一個文件系統(tǒng)的頂層目錄掛到另一個文件系統(tǒng)的子目錄上，使它們成為一個整體，稱為掛載。把該子目錄稱為掛載點(diǎn)。

注意：
1、掛載點(diǎn)必須是一個目錄。
2、一個分區(qū)掛載在一個已存在的目錄上，這個目錄可以不為空，但掛載后這個目錄下以前的內(nèi)容將不可用。

Linux 文件系統(tǒng)基礎(chǔ)

linux文件系統(tǒng)使用索引節(jié)點(diǎn)（inode）來記錄文件信息。

索引節(jié)點(diǎn)是一個結(jié)構(gòu)，它包含了一個文件的長度、創(chuàng)建及修改時間、權(quán)限、所屬關(guān)系、磁盤中的位置等信息。一個文件系統(tǒng)維護(hù)了一個索引節(jié)點(diǎn)的數(shù)組，每個文件或目錄都與索引節(jié)點(diǎn)數(shù)組中的唯一一個元素對應(yīng)。系統(tǒng)給每個索引節(jié)點(diǎn)分配了一個號碼，也就是該節(jié)點(diǎn)在數(shù)組中的索引號，稱為索引節(jié)點(diǎn)號。

linux文件系統(tǒng)將文件索引節(jié)點(diǎn)號和文件名同時保存在目錄中。所以，目錄只是將文件的名稱和它的索引節(jié)點(diǎn)號結(jié)合在一起的一張表，目錄中每一對文件名稱和索引節(jié)點(diǎn)號稱為一個連接。

文件系統(tǒng)存儲結(jié)構(gòu)圖

補(bǔ)充一下，硬連接在windows里叫junction，軟連接叫shortcut。并不是windows沒有硬鏈接，只是不鼓勵使用這個東東。

對于一個文件來說有唯一的索引節(jié)點(diǎn)號與之對應(yīng)，對于一個索引節(jié)點(diǎn)號，卻可以有多個文件名與之對應(yīng)（硬鏈接的原理）。因此，在磁盤上的同一個文件可以通過不同的路徑去訪問它。

linux啟動時掛載rootfs的幾種方式

mount根文件系統(tǒng)

linux啟動時，經(jīng)過一系列初始化之后，需要mount 根文件系統(tǒng)，為最后運(yùn)行init進(jìn)程等做準(zhǔn)備，mount 根文件系統(tǒng)有這么幾種方式：

1. 文件系統(tǒng)已經(jīng)存在于硬盤（或者類似的設(shè)備）的某個分區(qū)上了，kernel根據(jù)啟動的命令行參數(shù)（root＝/dev/xxx),直接進(jìn)行mount。這里有一個問題，在root文件系統(tǒng)本身還不存在的情況下，kernel如何根據(jù)/dev/xxx來找到對應(yīng)的設(shè)備呢？注意：根文件系統(tǒng)和其他文件系統(tǒng)的mount方式是不一樣的，kernel通過直接解析設(shè)備的名稱來獲得設(shè)備的主、從設(shè)備號，然后就可以訪問對應(yīng)的設(shè)備驅(qū)動了。**所以在init/main.c中有很長一串的root_dev_names（如hda,hdab,sda,sdb,nfs,ram,mtdblock……），通過這個表就可以根據(jù)設(shè)備名稱得到設(shè)備號。注意，bootloader或內(nèi)核中設(shè)定的啟動參數(shù)（root＝/dev/xxx)只是一個代號，實(shí)際的根文件系統(tǒng)中不一定存在這個設(shè)備文件！

2. 從軟驅(qū)等比較慢的設(shè)備上裝載根文件系統(tǒng)，如果kernel支持ramdisk，在裝載root文件系統(tǒng)時，內(nèi)核判斷到需要從軟盤（fdx）mount(root=/dev/fd0)，就會自動把文件系統(tǒng)映象復(fù)制到ramdisk，一般對應(yīng)設(shè)備ram0，然后在ram0上mount根文件系統(tǒng)。從源碼看，如果kernel編譯時沒有支持ramdisk，而啟動參數(shù)又是root=/dev/fd0,系統(tǒng)將直接在軟盤上mount，除了速度比較慢，理論上是可行的（沒試過，不知道是不是這樣？）

3. 啟動時用到initrd來mount根文件系統(tǒng)。注意理解ramdisk和initrd這兩個概念，其實(shí)ramdisk只是在ram上實(shí)現(xiàn)的塊設(shè)備，類似與硬盤操作，但有更快的讀寫速度，它可以在系統(tǒng)運(yùn)行的任何時候使用，而不僅僅是用于啟動；initrd（boot loader initialized RAM disk）可以說是啟動過程中用到的一種機(jī)制，具體的實(shí)現(xiàn)過程也使用ramdisk技術(shù)。就是在裝載linux之前，bootloader可以把一個比較小的根文件系統(tǒng)的映象裝載在內(nèi)存的某個指定位置，姑且把這段內(nèi)存稱為initrd（這里是initrd所占的內(nèi)存，不是ramdisk，注意區(qū)別），然后bootloader通過傳遞參數(shù)的方式告訴內(nèi)核initrd的起始地址和大?。ㄒ部梢园堰@些參數(shù)編譯在內(nèi)核中），在啟動階段就可以暫時的用initrd來mount根文件系統(tǒng)。initrd的最初的目的是為了把kernel的啟動分成兩個階段：在kernel中保留最少最基本的啟動代碼，然后把對各種各樣硬件設(shè)備的支持以模塊的方式放在initrd中，這樣就在啟動過程中可以從initrd所mount的根文件系統(tǒng)中裝載需要的模塊。這樣的一個好處就是在保持kernel不變的情況下，通過修改initrd中的內(nèi)容就可以靈活的支持不同的硬件。在啟動完成的最后階段，根文件系統(tǒng)可以重新mount到其他設(shè)備上，但是也可以不再 重新mount（很多嵌入式系統(tǒng)就是這樣）。 initrd的具體實(shí)現(xiàn)過程是這樣的：bootloader把根文件系統(tǒng)映象裝載到內(nèi)存指定位置，把相關(guān)參數(shù)傳遞給內(nèi)核，內(nèi)核啟動時把initrd中的內(nèi)容復(fù)制到ramdisk中（ram0），把initrd占用的內(nèi)存釋放掉，在ram0上mount根文件系統(tǒng)。從這個過程可以看出，內(nèi)核需要對同時對ramdisk和initrd的支持（這種需要都編入內(nèi)核，不能作為模塊）。

嵌入式系統(tǒng)根文件系統(tǒng)

嵌入式系統(tǒng)根文件系統(tǒng)的一種實(shí)現(xiàn)方法：對于kernel和根文件系統(tǒng)都存儲在flash中的系統(tǒng)，一般可以利用linux啟動的initrd的機(jī)制。具體的過程前面已經(jīng)比較清楚了，還有一點(diǎn)就是在啟動參數(shù)中傳遞root=/dev/ram0，這樣使得用initrd進(jìn)行mount的根文件系統(tǒng)不再切換，因?yàn)檫@個時候?qū)嶋H的設(shè)備就是ram0。還有就是initrd的起始地址參數(shù)為虛擬地址，需要和bootloader中用的物理地址對應(yīng)。