前言
文件系统的功能包括：管理和调度文件的存储空间，提供文件的逻辑结构、物理结构和存储方法，实现文件从标识到实际地址的映射，实现文件的控制操作和存取操作，实现文件信息的共享并提供可靠的文件保密和保护措施，提供文件的安全措施。
磁盘不像内存一样可以直接寻址，当open一个设备时，看到的大部分都是乱码
一：文件系统格式
怎么查看当前文件系统有哪些？
df -T
一般Windows常用的分区格式有三种，分别是FAT16、FAT32、NTFS格式。
而在Linux操作系统里常见的主要有Ext2、Ext3、Ext4、Linuxswap和VFAT几种格式:
1.Ext2：Ext2是GNU/Linux系统中标准的文件系统。 这个可以说是Linux系统中使用最多的一种文件系统，它是专门为Linux设计的，拥有极快的速度和极小CPU占用率。Ext2既可以用于标准的块设备(如硬盘)，也被应用在软盘等移动存储设备上。
2.Ext3和Ext4：是Ext2的升级版本，也就是说它在保有Ext2的格式之下进行了扩展，比如最大存储文件大小得到提高。
3.Linuxswap:是Linux中一种专门用于交换分区的swap文件系统。Linux系统主要是使用这一整个分区作为交换空间。 一般情况下，这个swap格式的交换分区是主内存的2倍。在内存不够时，Linux会将部分数据写到交换分区上。 交换分区的文件系统是连续的。
4.VFAT也叫长文件名系统，这是一个与Windows系统兼容的Linux文件系统，支持长文件名，可以作为Windows与Linux交换文件的分区
ext2介绍
在磁盘进行读写的时候，都有一个最小单位，叫扇区。一个扇区一般是512字节。
假如存一个文件，文件大小为10字节，磁盘会给这个文件分配512字节储存。如果文件为513字节，则分配1024个字节储存。
当文件远远大于512字节时，每次以512字节读写文件效率太低，速度太慢。这时重新定义了一个单位：块。块一般是扇区的整数倍。几个扇区作为一个块一般是刚格式化的时候决定的。
硬盘信息：
首先我们应该知道，一块硬盘买来，需要先分区才能使用。分区其实就是填写一些信息（填写分区表）。里面记录了每个分区从哪里开始到哪里结束。那么我们该怎么保存分区信息呢？
如上图，一块硬盘被分为三个区（此时还并没有涉及到文件系统）。每个分区可以有不同的类型，但是！！！在硬盘首部会有一个启动块（boot block），大小为1KB，里面保存着分区表信息和磁盘大小。分区信息表里记录着每个分区的信息。
单个分区信息：
分区后才是文件系统的开始，分区时需要制定文件系统类型，在指定文件系统之前，还做了一件事情，需要指定块大小。
一块磁盘拿过来读写的时候，都有一个最小的读写单位，叫做扇区。所有的块设备读写最小单位都是一个扇区（一个扇区一般是512字节），当存一个10字节文件，磁盘依旧会分配512字节。现在我们的磁盘都很大，如果使用512字节读写，效率会很低。这时我们会重新定义一个单位：块。块的大小一般是扇区的整数倍。
我们应该知道，分区后，还要对每个区进行分组后才能使用，现在我们先单独挑选一个分区查看：
如上图，一个分区会有若干个块。分区首部会有一个超级块（super block）。里面记录着分组信息，一个块是几个扇区组成，挂载的时间，当前分区系统类型等等…超级块是很重要的信息，一旦丢失则整个分区都不能使用。
分组信息：
如上图，我们现在将一个分区分为了三个组！每个组的大小都是一样的。上文提到超级块的信息很重要！所以，每个组前面都有一个超级块！！！，一旦某个组里的超级块损坏，可以从别的分组里面拷贝过来。
单个分组信息：
现在我们单独挑选一个分组来查看：
由上文可知，每个组都有一个超级块。所以分组首部有一个超级块。
一个分组有若干个块，一个块组中的块是这样利用的：数据块存储所有文件的数据，比如某个分区的块大小是1024字节，某个文件是2049字节，那么就需要三个数据块来存，即使第三个块只存了一个字节也需要占用一个整块。超级块、块组描述符表、块位图、inode位图、inode表这几部分存储该块组的描述信息。
块组描述符表GDT（group descriptor table）：
紧跟在超级块后面，由若干个块构成。它是个表，保存了块组描述符。一个分区有多少个块组，就有多少个块组描述符。每个块组描述符里存储一个块组的描述信息（例如在这个块组中从哪里开始是inode表，从哪里开始是数据块，空闲的inode和数据块还有多少个等等）。它不仅仅保存了group0的，也保存了其它组的这些信息。每个组里面也都有备份。一旦信息丢失，整个组都不能使用。
块位图（Block Bitmap）：
紧跟在GDT后，它记录了整个组的块的使用情况，块位图的每一位表示一个块的使用情况，0代表没被使用，1代表被使用。所以当一个块大小为4096k时，能表示4096*8个块的使用情况。所以整个组最大的容量为（4096 * 8 * 4096）,即128M。
为什么用df命令统计整个磁盘的已用空间非常快呢？因为只需要查看每个块组的块位图即可，而不需要搜遍整个分区。相反，用du命令查看一个较大目录的已用空间就非常慢，因为不可避免地要搜遍整个目录的所有文件。
inode位图（inode Bitmap）：
和块位图类似，它本身占一个块，其中每个bit表示一个inode是否空闲可用。所能表示的inode个数也是4096 * 8。
inode表（inode Table）：
由若干个块组成。我们知道，一个文件除了数据需要存储之外，一些描述信息也需要存储，例如文件类型（常规、目录、符号链接等），权限，文件大小，创建/修改/访问时间等，也就是stat命令看到的那些信息，这些信息存在inode中而不是数据块中。每个文件都有一个inode，一个块组中的所有inode组成了inode表。
注意：
一个文件的inode并不需要占用一整个块（4k）。所以inode table里面的一个块又可以分成若干个128字节。每一128字节表示一个inode（前68自己保存文件属性，后60字节保存数据块指针，后60字节能存放15个指针，指针作用是指向保存文件的数据块，前12个指针直接寻址，当一个文件很大的时候，后三个指针间接寻址。间接寻址的指针指向一个数据块，里面的数据块用来保存4096/4个指针，可以保存4M内容，如果本组空间不够用，可以在别的组寻址）。如果一个块大小为4096，那么能保存32个（4096/128）inode，每个inode是否被使用保存在它前面的inode bitmap里面。如下图：
文件数据块（data block）：
根据不同的文件类型有以下几种情况
1.对于常规文件，文件的数据存储在数据块中。
2.对于目录，该目录下的所有文件名和目录名存储在数据块中，注意文件名保存在它所在目录的数据块中，除文件名之外，ls -l命令看到的其它信息都保存在该文件的inode中。