我們來看一下，關於文件系統的一些知識

首先，我們來看一下磁碟的內部結構：

磁碟是由盤面+讀寫磁頭+主軸+組合臂+磁臂組成，我們忽略機械組件，主要研究讀寫磁頭（讀取和寫入數據）和盤面兩（存儲數據）

然後，我們再來了解一下關於磁碟的一些名詞：

磁軌：我們可以把盤面當成是由無數個大小不一樣的圓圈組成，盤面上一圈一圈的就叫磁軌

柱面：所有的盤面上同一位置的磁軌會形成一個圓柱體，我們把它叫做柱面

扇區：每個磁軌上面，可以分成一個一個的扇區，扇區是存儲數據的最小單元

之後，我們來看一下磁碟是如何工作的：

旋轉：磁碟運行的時候，是由主軸帶著盤面飛速旋轉，轉速越快的磁碟，讀寫的速度就會越快

尋道時間：當我們從磁碟上讀數據的時候，我們會告訴磁頭，我要取x盤面y磁軌z扇區上面的數據（或者叫x柱面y磁頭z扇區），然後對應的磁頭就會指到該磁軌上面，我們把這個過程叫做」尋道時間」

旋轉時間：磁頭找到該磁軌以後，再由主軸帶動旋轉道對應的扇面，我們把這個過程叫做」旋轉時間「

讀取時間：所有磁碟讀取數據的時間就是尋道時間加旋轉時間

下面，我們再來看一下什麼是」塊「：

為了使我們告知磁碟去尋找磁碟位置的時候更加方便，我們發明了LBA（Logical Block Address）的定址方式，把磁碟邏輯上分成一個個」塊「，給這些塊依次編號，比如：1、2、3…，n；我們在尋找磁碟位置的時候，只需要把」塊「的編號告訴磁碟，然後磁碟會在內部將」塊「編號轉換成盤面+磁軌+扇區來讀取寫入數據，格式化的過程就是將磁碟進行分」塊「

接下來，我們來看一下扇區和塊之間的關係：

扇區是磁碟存儲數據的最小單位，磁碟本身並沒有塊的概念，我們可以把塊看成是邏輯上的磁碟單位，不同的文件系統中，塊的大小是不同的

在linux系統中，我們通過下面的命令，可以查看扇區的大小：fdisk -l | grep Sector，查看塊的大小：tune2fs -l /dev/vda1 | grep “Block size”，ext4文件系統中，block的大小是4096byte（4k），則一個block包含8個扇區

下面，我們來思考一下，當我們想存一張48k大小的照片，流程會是什麼樣的呢：

有一種方法是這樣的：

我們命令硬碟，我需要12個塊來存數據，你把塊的編號返回我，之後磁碟返回空閑塊的編號給我，分別是3，9，11，24，33…,我們根據磁碟返回給我們的編號，將數據存入磁碟，然後記下這些塊的編號，以便在下次需要讀取圖片的時候使用

用這個方法，一兩條數據還好，要是成千上萬條，那還不崩潰了。

實際上我們現在使用的方法是這個樣子的：

找到一個目錄,然後把圖片放進去就可以了，就這麼方便，我們下一次讀取的時候，只需要記住文件的目錄和文件名就好了，剩下的工作就交給作業系統來完成了，作業系統在這個過程中，都做了哪些事情呢

我們接著來看，當我們讀取寫入文件的時候，作業系統幫我做了哪些事情呢：

我們創建一個文件以後，作業系統記錄文件對應的塊編號，比如文件img.jpg佔據磁碟塊1~12，但是作業系統具體是如何管理文件對應的塊的呢，它也想了很多辦法。

方法一：採用連續的塊來存儲文件，這樣做的好處是，訪問文件的效率會很好，但是不連續的塊無法使用，會造成磁碟嚴重的浪費。

方法二：採用鏈式的方法存儲文件，文件從第一塊磁碟開始，形成一條鏈，這樣就解決了磁碟浪費的情況，但是讀取的效率又慢了很多。

方法三：專門在磁碟中劃分出一些特殊的磁碟塊，這些塊不存儲真實的數據，專門存放文件對應的存放數據塊的編號，我們把這樣的磁碟塊叫做inode索引塊，這樣，當我們讀取文件的時候，先去inode索引塊中查找對應的數據塊，然後再去取數據。這個方法是不是好了很多呢

我們接受了方法三的方式，那麼我們來看一下inode節點裡面都放了些什麼東西：

每一個文件都對應了一個inode塊：inode塊裡面不僅存儲了真實數據存放的數據塊的編號，還記錄了文件的許可權，所有者，創建時間等等資訊。

接下來，我們來看一下inode塊可能會帶來什麼問題：

我們來舉個栗子：假設我們的inode的大小是4096byte，存放非數據塊資訊用掉了512byte，剩下的3584byte可以用來存放數據塊對應的資訊，每個數據塊編號的存儲需要32byte，也就是這個inode可以存儲3584/32=112個編號，及112個數據塊，112個數據塊可以存放112*4096byte大小的數據，但是文件大小要是超出這個大小怎麼辦呢，那inode豈不是放不下這些資訊了嗎

針對上面的問題，我們來看一下什麼是間接塊：

間接塊的誕生，就是解決大文件的inode問題，如下圖，我們使用一個位置，來記錄指向另一個存放文件資訊的塊，這個叫做一次間接塊，還可以以同樣的方式做出二次、三次間接塊，這樣就解決了大文件存儲的問題。