操作文件是我們平時經(jīng)常有的操作。但是我們可能并不是很了解他們原理，比如為什么刪除一個很大的文件，會非常快？創(chuàng)建一個文件的時候，系統(tǒng)發(fā)生了什么？為什么刪除的文件，還可以恢復(fù)？知其然知其所以然。我們一起深入探索文件系統(tǒng)的一些原理。這篇先分析一下創(chuàng)建文件的過程。

我們先看一下文件系統(tǒng)在硬盤中的布局。

我們再看一下文件系統(tǒng)在內(nèi)存中的布局。

對著上面的圖，從左向右，我們看到
1 一個進程有一個文件描述符數(shù)組，這個描述符數(shù)組的元素，就是我們平時操作文件的時候，使用的那個fd。定義如下：

struct?file?*?filp[NR_OPEN];

2 每個文件描述符只是索引，他對應(yīng)的項指向一個file結(jié)構(gòu)體，file結(jié)構(gòu)體定義如下。

// 管理打開文件的內(nèi)存屬性的結(jié)構(gòu)，比如操作位置(inode沒有讀取操作位置這個概念，),實現(xiàn)系統(tǒng)進程共享inodestruct file { unsigned short f_mode; unsigned short f_flags; unsigned short f_count; struct m_inode * f_inode; off_t f_pos;};

file結(jié)構(gòu)體是和inode的作用是不一樣的，inode是更多的是存儲文件的一些持久化的數(shù)據(jù)，比如大小，時間、屬主，數(shù)據(jù)塊位置等。inode是存在硬盤中的。在操作的文件的時候才會加載到內(nèi)存。如果有修改，需要回寫硬盤。file存儲的是文件臨時的元數(shù)據(jù)，他只存在內(nèi)存里。比如一個文件當(dāng)前讀寫位置，打開模式等等。關(guān)閉文件后就會丟失這些數(shù)據(jù)。

3 在文件系統(tǒng)中，每一個文件都對應(yīng)一個inode結(jié)構(gòu)體。inode保存了一個文件的元數(shù)據(jù)，包括大小，時間，屬主，塊號等等。inode存在于硬盤和內(nèi)存，內(nèi)存的inode叫m_inode，他的部分屬性和硬盤inode一一對應(yīng)(硬盤inode叫d_inode)，還有一些是只存在內(nèi)存中的屬性。我們看一下inode在硬盤中的布局。

了解一系列結(jié)構(gòu)體后，我們開始分析創(chuàng)建文件的這個過程。主要是兩件事情，第一，判斷文件是否存在，如果不存在則開始創(chuàng)建。

1 根據(jù)路徑找到最后一級目錄對應(yīng)的inode節(jié)點。目錄其實也是文件，他和一般文件的區(qū)別是，一般文件存儲的是用戶數(shù)據(jù)，目錄文件存儲的是文件信息。目錄文件里存儲的數(shù)據(jù)就是一個對象數(shù)組，每個元素保存了文件名和inode節(jié)點號。

// 目錄項結(jié)構(gòu)struct dir_entry { // inode號 unsigned short inode; // 文件名 char name[NAME_LEN];};

假設(shè)我們找/a/b/hello.txt這個文件。因為/是根文件系統(tǒng)的根路徑，他在文件系統(tǒng)初始化的時候，根文件系統(tǒng)會從固定的位置(第一個inode節(jié)點)，把他對應(yīng)的inode結(jié)構(gòu)體加載到內(nèi)存中。我們根據(jù)根inode，就知道根目錄下面有多少dir_entry，然后逐個比較找到目錄a對應(yīng)的dir_entry，從dir_entry中得到目錄a的inode號，再根據(jù)a的inode號把inode結(jié)構(gòu)體從硬盤中加載到內(nèi)存，繼續(xù)這個過程，直到最后找到hello.txt。

2 所以我們從一個目錄下找一個目錄或者文件的時候，其實就是遍歷這個數(shù)組，對比name是否一樣，是的話根據(jù)inode號取出inode結(jié)構(gòu)體，從而取得文件數(shù)據(jù)。

3 因為我們是創(chuàng)建文件，所以是肯定找不到的。

4 上面已經(jīng)解釋過，一個文件對應(yīng)一個inode。現(xiàn)在我們創(chuàng)建一個文件，那自然，我們就要先在硬盤中申請一個inode，并且修改文件系統(tǒng)的元數(shù)據(jù)inode位圖，即這個inode被使用了。然后再在內(nèi)存中申請一個m_inode。供用戶操作文件的。至此，創(chuàng)建文件就完成了。我們發(fā)現(xiàn)，創(chuàng)建一個文件，底層發(fā)生的事情其實就是在硬盤申請一個inode就可以了。

5 當(dāng)我們開始操作m_inode對應(yīng)的文件的時候。比如寫入。回歸上面的inode結(jié)構(gòu)體可以發(fā)現(xiàn)，這時候文件其實是沒有被分配硬盤空間的。現(xiàn)在需要寫入，那首先就要先在硬盤中申請一塊空間。并修改塊位圖信息。然后申請一塊和該硬盤塊關(guān)聯(lián)的內(nèi)存塊，用戶寫入的數(shù)據(jù)就存在該內(nèi)存塊中，系統(tǒng)會定時回寫到硬盤中對應(yīng)的塊。

這就是創(chuàng)建一個文件的大致過程。

總結(jié)

以上是生活随笔為你收集整理的如果表不存在则创建_当创建一个文件的时候，操作系统发生了什么的全部內(nèi)容，希望文章能夠幫你解決所遇到的問題。

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