Linux——理解文件系统-编程知识

1、inode

2、硬链接、软链接

理解硬链接

软链接

3、静态库、动态库

静态库与动态库

生成静态库

生成动态库

使用动态库

运行动态库

使用外部库

库文件名称和引入库的名称

1、inode

使用ls -l命令不仅显示出了文件名，也可以显示出文件元数据

一行元数据有7列：

模式：-rw-rw-r--

硬链接数：1

文件所有者：fxy

组：fxy

大小：0

最后修改时间：Jan 23 10.21

文件名：test.c

这些信息除了通过这种方式来读取，还可以用stat命令看到更多信息

为了理解inode，我们需要先简单的了解一下文件系统

Linux ext2文件系统，上图为磁盘文件系统图（内核内存映像肯定有所不同），磁盘是典型的块设备，硬盘分区被划分为一个个的block。一个block的大小是由格式化的时候确定的，并且不可以更改。例如mke2fs的-b选项可以设定block大小为1024、2048或4096字节。而上图中启动块（Boot Block）的大小是确定的。

Block Group：ext2文件系统会根据分区的大小划分为数个Block Group，而每个Block Group都有着相同的结构组成。

超级块（Super Block）：存放文件系统本身的结构信息。记录的信息主要有：block和inode的总量,未使用的block和inode的数量，一个block和inode的大小，最近一次挂载的时间，最近一次写入数据的时间，最近一次检验磁盘的时间等其他文件系统的相关信息。Super Block的信息被破坏、可以说整个文件系统结构就被破坏了。

GDT，Group Descriptor Table：块组描述符，描述块组属性信息。

块位图（Block Bitmap）：Block Bitmap中记录着Data Block中哪个数据块已经被占用，哪个数据块没有被占用。

inode位图（inode Bitmap）：每个bit表示一个inode是否可用。

i节点表：存放文件属性如文件大小，所有者，最近修改时间等。

数据区：存放文件内容。

上面的结构图实际上就是实现了文件的属性和内容分开存放，看起来很简单，但是具体是如何工作的呢？我们通过touch一个新文件来看看如何工作。

为了说明问题，我们将上图简化：

创建一个新文件主要有以下4个操作：

1.存储属性

内核先找到一个空闲的节点（这里是1048593）。内核把文件信息记录到其中。

2.存储数据

该文件需要存储在三个磁盘块，内核找到了三个空闲块：300,500,800。将内核缓冲区的第一块数据复制到300，下一块复制到500，以此类推。

3.记录分配情况

文件内容按顺序300,500,800存放。内核在inode上的磁盘分布区记录了上述块列表。

4.添加文件名到目录

新的文件名abc。linux如何在当前的目录中记录这个文件？内核将入口（1048593， abc）添加到目录文件。文件名和inode之间的对应关系将文件名和文件的内容及属性连接起来。

2、硬链接、软链接

理解硬链接

我们看到，真正找到磁盘上文件的并不是文件名，而是inode。其实在linux中可以让多个文件名对应于同一个inode。

abc和def的链接状态完全相同，它们被称为指向文件的硬链接。内核记录了这个连接数，inode1048593的硬链接数为2。

我们在删除文件时干了两件事情：1.在目录中将对应的记录删除，2.将硬链接数-1，如果为0，则将对应的磁盘释放。

软链接

硬链接是通过inode引用另外一个文件，软链接是通过名字引用另外一个文件，在shell中的做法

下面解释一下文件的三个时间：

Access 最后访问时间

Modify 文件内容最后修改时间

Change 属性最后修改时间

3、静态库、动态库

静态库与动态库

静态库（.a）：程序在编译链接的时候把库的代码链接到可执行文件中。程序运行的时候将不再需要静态库。

动态库（.so）：程序在运行的时候才去链接动态库的代码，多个程序共享使用库的代码。

一个与动态库链接的可执行文件仅仅包含它用到的函数入口地址的一个表，而不是外部函数所在目标文件的整个机器码。

在可执行文件开始运行以前，外部函数的机器码由操作系统从磁盘上的该动态库中复制到内存中，这个过程称为动态链接（dynamic linking）

动态库可以在多个程序间共享，所以动态链接使得可执行文件更小，节省了磁盘空间。操作系统采用虚拟内存机制允许物理内存中的一份动态库被要用到该库的所有进程共用，节省了内存和磁盘空间。