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今生相逢便是缘分，何苦去怨恨，何苦去仇视。
我是一个非常精密的存储介质，虽然具有坚固冰冷的外表，让人有种冷酷到底的感觉，但是你们却不知道我的内心是非常脆弱的~
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, g: q) U+ @. E% ~% y4 k 我知道CPU和内存是计算机的核心，毕竟所有的运算最后都得通过他们俩来完成，CPU从内存里要取一条指令，做计算，然后再写回内存，如此周而复始。
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但是这俩货却瞧不起我，说这是什么年代了，还在用机械式操作，读写数据的时候，还得一个磁头在多个盘片上滑来滑去，找来找去，速度慢的要死。& S6 j1 D- h9 F6 |) o8 d$ N
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- v4 q+ [5 x0 G7 Y8 I 内存说：“CPU比我快100倍，比你快100万倍，整个系统的速度都被你给拖慢了。”#j318:
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; R2 k! K( h8 m) i4 U- h: {* N 他俩还嘲笑我很娇气，得真空、密闭、不能有浮尘、运行时不能震动，一动就坏了。但这俩二货总是会忘记他俩的最大问题，所以我只用一句就把他们俩给噎死：你们俩断电了怎么办？
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还有我的容量都是按TB,甚至PB来算的，就你们俩那点容量，还笑我?还有，没有我来存储程序，你们从哪儿得到程序，难道要像牵牛星（如下图）一样，手工拨动一排开关来输入程序吗？) r C' N0 F% m* Z" `+ n
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其实我也很纳闷，为什么你们人类造不出来一个能够断电存储的，大容量的，访问速度快的，当然还要便宜的硬盘来，你们不都上天了吗？要登陆火星了吗？这些基础的材料怎么还无法突破？#j331:
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! l% Z& A8 q3 ]3 O h9 a1 r& Z9 o y 我憧憬着这么一天的来临，如果能制造出来了，CPU就可以直接访问硬盘了，内存就一边凉快去吧。, P3 B. k1 V5 J' Q& { U+ _
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在制造出来之前，你们必须得容忍CPU-内存-硬盘之间的速度不匹配，并且想出办法来解决这种速度的不匹配，比如用缓存、直接内存访问、多进程/线程切换等等方法。" u* n7 N4 \# {3 n
9 W$ w. a+ I( ?, }& p% Q- C我 的 内 部 结 构 # s) r% b9 P0 ]0 s9 r1 e, C0 c: ~( ]
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8 U2 T) I( L, Z; I7 w3 Z 看到没有，我有很多个盘片像串糖葫芦一样被串在一个主轴上，主轴带着他们疯狂的旋转。6 t' ]1 s& g! J8 F) [
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每个盘片都有很多一圈一圈的磁道，每个磁道又分为一个一个的扇区。
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/ j# y; H" Y% C 多个盘片上的同一位置的磁道组成了一个柱面(需要发挥一下你的想象力)# i6 H* Y: h0 n e7 J: B$ |- E& v
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最后每个盘片上都有可以读写数据的磁头。4 d* t9 S1 Y' G
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所以，如果你想访问我的数据，可以说：把0柱面，0磁头，1扇区的数据给我拿来。! k" V6 L% H9 t* }) a, z
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我就把磁头挪到您指定的柱面，对每个磁盘来讲其实就是指定的磁道，所以这叫“寻道时间”! Z% J9 H/ u8 O
+ Z n$ h6 z) a ~; m+ J! Z 然后再旋转磁盘，让磁头指向您指定的扇区，这才能开始读取数据，这叫“旋转时间”，转速快的硬盘能更快的旋转到特定扇区，所以性能会更好些。
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& Y' ~7 H1 w2 `8 b5 b# |$ m" F什 么 是 文 件 ( T( P# r( `4 H( U. ?9 u
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当然，对于绝大部分人来说，都不想去了解什么柱面，磁头，扇区这些非人的术语，所以我为懒人们专门提供了一个叫做逻辑块的方式，你看到磁盘就是有一个个“块”组成的，编号为1,2,3,..n。
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想取哪一块就取哪一块，比如你说：把第1024号的“块"的数据给我取过来，我在内部就把1024转化成柱面，磁头，扇区，按照上面说的方法寻道，旋转，读取数据。( V4 a" D$ o" {" w$ y9 A) @
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但是这还远远不够，比方说你想写个文档，输入了很多字和图片，最后想存到我这个硬盘上，你该怎么操作？#j321:
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一种方法是这样的：
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3 Q4 k1 }8 P( @: w. { 你：硬盘，给我找20个空闲的磁盘块，我想存我的文档。
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我：空闲的磁盘块编号是1024，2048，2049，3000,......0 q5 h8 q( [/ D5 c6 j9 |
8 R: |/ m! n$ Z9 B) ` 你：把这些文字和图片存到这些磁盘块上。5 Z* |. |% |- d- K
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我：好的，存完了，你得记住这些块啊，这样下次才能读取。
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' i+ u7 G/ B: ^* h7 f 你：拿一支笔把这些磁盘块编号都记到本子上。
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% X2 H/ M2 ^ U- ` 过了几天......
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' X2 F" s- J# a _ W) b 你：硬盘，把1024,2048,2049,3000这些数据给我取出来，我要编辑。; i. ^4 o) l5 o, O
2 I+ f: f, s4 k! n 我：好的，这是你的数据。/ M# ?* F; ^" i8 C) u/ w" c
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没有人喜欢这种方式，太折磨人了！( q& J) u' v( _; c* O, x/ [4 ~
所以你们更喜欢这么做：; w7 O. k# `- s2 ~: k& D
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打开word->新建一个文件->输入文字和图片->保存到:D盘\我的文档 目录下。
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这个所谓的“文件”和“目录”就是我的杰作啊，你再也不需要和烦人的磁盘块打交道，只需要记住你的文件名和路径，一切工作交由我和操作系统老大来搞定。
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我和老大商量好了，文件对人类来说是最小存储单位，你想存任何东西，无论多么小，非得建个文件不可。/ h) Y% E& C4 t( f% w
/ Q4 I' O5 D6 | 此外为了让这个世界整洁有序，多个文件可以放到一个目录（其实也是个特殊的文件）里，目录之上还可以有目录，形成一个树的结构。9 E( L! o) `6 }4 c+ Z p; k* g3 _
4 Q4 ^; ~5 ^- A+ j8 @ 文件这个东西是个伟大的发明，我估计你们还得再用100年。#j346:
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3 o0 o+ A; ?: _# B文 件 的 存 放 : o; @3 |3 z5 I1 D* T9 a
+ Y6 G3 i; u: [ 我日常的主要工作就是对目录和文件做操作，当然需要操作系统老大的配合，好吧，其实是老大在主导。) p6 Y9 k7 g4 D0 a2 j, V
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这其中最重要的一个问题怎么去记录各个文件都用到哪些磁盘块？
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3 Q* B6 N1 @9 e' t 内存给我支了一招：你可以采用连续记录的方式啊，就像这样。0 j/ }* o+ u1 r
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# j! z3 G6 X* T2 K- g 文件1占据磁盘块1-3
# `/ d4 Y2 t2 w9 B( M9 i 文件2占据磁盘块8-128 C6 n m# P' C$ y; m e% }0 ?
文件3占据磁盘块15-20 I5 \' V8 f* O4 K2 @
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内存说：这种方法在随机访问文件是效率极好，因为你只要知道了开头和长度，就像数组一样可以随便访问，就像CPU访问我一样，只要给出地址，立刻就能定位到指定的位置。1 Y* N B! }! R# o( n2 O
- S/ f9 i, |1 y, d 我仔细想了想，内存出的是一个损招，比如说内存磁盘块4-7，以及13-14怎么没用？6 q% V1 G& u2 N7 _' ^) F
. k2 }0 u5 ~& b5 \0 B2 V 那是因为之前那里也有文件，后来被删除了，留下了空洞，如果之后没有大小合适的文件过来，他们就永远空在那里了。
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对我来说这是严重的浪费，这是我不能容忍的。
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4 A+ v) H# k3 `3 ^ 我说：“小样你以为我看不出来啊，你不就是嫉妒我容量大，让我浪费一点嘛”！: x# j X# T- ?2 c7 B
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内存坏笑了一下又说：不喜欢也没关系嘛，试试采用链式啊：
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: L0 \' \& R' T1 L- X5 X 这个文件从第一块磁盘开始，形成一个链1->9->18->8->3,每一块空闲的磁盘都会得到充分的利用，效率非常高。7 }7 `8 e7 H- @" @* h7 _: m4 ^
+ {8 @* @; g% n6 K/ w7 u5 k 我心想：这些码农说的数据结构和算法还真是有用啊，这里也用上链表了。可是这种方式随机的访问效果太差，每次都得从第一块开始，沿着绳子往后找，太痛苦了。
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1 H- n& |+ u, Y% {/ z 现在内存已经嘲笑我慢了，用这种很慢的办法，还不得笑死我？操作系统老大说：“别听内存在那里BB了，用索引式！”
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+ g" t8 d& b" [+ n% N" W 例如第16号磁盘块专门用来存放文件属性以及该文件所使用的磁盘块。$ m/ G& K7 q; v
* X. _- n7 V$ s2 z 老大把这个磁盘块叫做inode,通过它可以轻松的找到这个文件所使用的所有磁盘块，无论是顺序访问还是随机访问都很快。
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唯一的缺点是得用额外的磁盘块单独存放inode。
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" ]' J; M1 l4 q$ J6 X/ E 我觉得挺好，没有十全十美的东西，折中达到平衡最重要！就是它了！#j325:
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我问老大：每个文件都需要有个inode来描述,每个目录是不是也需要一个？' @2 r/ N- ?3 l O. R5 @; n
5 I* j& A9 J8 G$ |+ | ”这是自然，和文件一样，每个目录也是一个inode,其中有目录的属性，还有存放这个目录内容的磁盘块号，在磁盘块中才真正的存放着目录下的内容“。( Y! C; M& N# Y3 o
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“举个例子来说吧：有人要读取/tmp/test.log这个文件，查找次序是这样的：根目录inode->根目录磁盘块->tmp目录inode->tmp目录磁盘块->test.log的inode->读取磁盘块”/ J% u i$ W4 g; u
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9 t3 e/ M' K- Z4 G' w 内存说：“卧槽！这也太绕了吧，比CPU访问我的数据麻烦多了，硬盘，你要小心点，这要是操作不当的很容易出乱子的。”#j340:
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* h! @; U7 u- X/ t$ y 我心想内存这次没坑我，他提醒的对，这操作确实有点复杂，读数据的时候还行，如果是修改，尤其是删除就很容易出事，例如想删除上面的文件/tmp/test.log，需要这些步骤：
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: {0 C/ Y. W+ Y8 e5 a# C6 ?% L (1)在目录中删除文件
2 A3 g6 [; g7 T7 g (2)释放inode到空闲的节点池，这样可以复用
( [, a8 }$ T* o& o3 r" q( ^/ r4 p (3)将磁盘块释放到空闲的磁盘块池
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在操作某一步的时候出现系统崩溃，那我这些个目录和文件就凌乱了，可能会出现空间无法释放的情况。
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; d1 q& e/ h9 `! ? 系统老大说：“这确实比较烦，不过也能解决，听说过数据库是怎么办的吗：记录日志！”
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”就是把要做的事记录下来？“6 P8 M8 D$ A$ @/ d/ S$ y' q
" T, W7 B6 O7 E+ E9 l" w “是的，在做操作之前，记录要做的事情，形成日志，把他们成功写入磁盘以后再正式动手操作，等到所有步骤都搞完，才可以擦除日志项。你想想，如果执行到某一步崩溃，系统重启时检查日志项，就知道哪些没做，哪些已经做了，对于没做的日志，重新来一遍就是了”。6 l* ~! B) b0 q( J( g2 E6 T2 @/ @# o- J
7 g; _+ k! ^4 M0 S9 i" x 其实说的很轻松，实施起来还是挺难的，重新执行就意味着那些操作一定是可以重复执行，并且不会带来破坏才行。
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$ t9 `/ D1 k) b5 x- k$ U# N管 理 空 闲 块 5 F2 x* d, Q/ U( k# O b* t" n
0 ]3 i; g* @* L9 n 目录和文件的存储问题解决了，接下来我需要一个大管家，把那些没有使用的、空白的、数量上亿的磁盘块给管理起来，只有这样，新的文件来的时候，才能分配空间存储。
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( j9 S7 v6 c0 v3 G3 `: M 操作系统老大给我推荐了两位，第一位主张是链式大法好，无非就是把空闲磁盘块组成一个链表（又是链表！），但是我心里盘算了一下：如果磁盘块号是32位的，每个块都得花费我32位的空间，如果我有5亿个空闲块，那仅仅为了记录他们就要占用接近2G的磁盘空间！这浪费可是有点大啊。
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还有一位主张位图法，这个方法更简单，对每个磁盘块，如果已经被使用，那就标记为1，没被使用就是0。这样整个磁盘块就形成了一个由0和1组成的一个大位图。
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. o- [6 N8 K, e4 A" Y 由于每个磁盘块只用一个位来表示，非常节省空间，这个方案我喜欢！#j327:
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文 件 系 统
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扯了这么多，是时候看一看全局了，在你们程序员的眼中，其实我是长这个样子的（拿Linux ext2为例）：) F2 d6 ?% U1 r$ v2 e
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& Z* |. O" `% T3 J7 M 我这个硬盘主要由MBR(Master Boot Record)和各个磁盘分区组成。
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MBR中的有引导代码和磁盘分区表，分区表中记录了每个分区的起始位置，以及哪个磁盘分区是活动分区，这样系统就会找到它，然后装载这个分区中的引导块，并执行之。- r+ k6 B, z5 p/ g4 }
2 `2 G) J9 R, O% n% g, l: ` 引导块将会装载存存储在本分区的操作系统。需要注意的是，每个分区都有一个引导块，不管这个分区有没有操作系统，这是各大厂商的约定，是一种标准。
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每个分区除了必须的引导块之外，又被分成多个块组。5 \8 U1 Y8 b! ?/ L6 ~1 p; ~) M
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在每个块组中你能看到熟悉的磁盘块位图和inode位图，不用解释估计你也知道是干嘛的。还有inode表（当然是存放文件和目录的inode了）和真正的数据块。
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- Q& x3 R5 y5 ]2 j" G% ~3 Q 对了，我的磁盘分区表只有64个字节，而每个分区项占用16个字节，所以只能容纳4个分区。如果你想用多于4个分区，你就需要把其中一个设为扩展分区，然后在其中继续划分成逻辑分区，想划几个就划分几个。4 x3 f3 _8 i7 |8 l/ u7 i% p
5 q, E5 s1 j( t8 x' h: B 一般情况下，大家都喜欢把我划分成一个主分区+一个扩展分区，在扩展分区中再需要划分。
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