Minix文件系统概述

参照《操作系统：设计与实现》，本文中的很多文字和图片来源于此书。

MINIX文件系统是一个逻辑的、自包含的实体。在磁盘上它由六部分组成，分别是：引导块，超块、i-节点、

i-节点位图、区段位图、数据块。具体结构如下图所示：

每个文件系统都以引导块开始，引导块的最后两个字节是魔数0x55AA.引导块大小为数据块的一块，一般为512字节。启动计算机时，硬件从引导设备将磁盘的引导块读入内存，转而执行其代码，接下来引导块负责将操作系统从磁盘读入内存，并启动操作系统。

超级块包含了文件系统的布局信息，它的主要功能是给出文件系统不同部分的大小，具体如下所示：

i-节点位图用于标识i-节点的使用情况，区段位图用于标识区段的使用状况。i-节点用于记录文件（包括目录文件和普通文件），当创建一个新的文件时就为它分配一个i-节点。为文件分配数据是以区段为单位进行的，而读文件时却是以块为单位进行的。使用区段的目的是：确保同一文件的所有磁盘块都位于同一个柱面上，从而改进读取文件的性能。区段一般由1-N个数据块构成，它是一种逻辑存在，在物理磁盘上只有数据块，但在为文件分配数据时是以区段为单位进行分配的。在文件系统创建时，根目录就自动存在。i-节点位图和区段位图有两位分别为1，表明已经分配出去了，一位是第0位，此位不可用所以为1，一位是根目录所在的位。

文件i-节点的主要功能是给出文件数据块所在的位置，当要打开文件时，首先要找到文件的i-节点，并把它载入内存的inode表中，直到关闭前，它一直保留在内存中。当多个进程打开同一个文件时，内存的inode中有一个计数器来计数，只有当计数器减为0的时候才会释放此i-节点。i-节点如下图所示：

 

 

上述i-节点有七个区段和两个间接区段，譬如区段的大小为1k，一个只有7k大小的文件需要用zone0-zone6来标识，它们分别存储了所使用的区段号。注意第二项中的Number of links是指文件系统中目录文件引用此i-节点的次数。当用户读取一个文件时，读到它的i-节点后就需要根据其区段号来读取其数据数据块，读取数据块并不是直接从磁盘上读取的，在内存中Minix有一个块高速缓存，操作系统先去该高速缓存中查找块，看是否在其中，如果未查找到，才发送读消息给磁盘任务去读取一个块到高速缓存中。块高速缓存的结构如下图所示：

 

 

图中的LRU指向不在使用的块。hash表以块号的低N为作为哈希索引。

Minix中查找一个文件的过程为：由于根目录是在文件系统创建时就已经存在了的，所以系统会首先找到根目录，然后根据目录项中的i-节点号,找到对应目录的i-节点，逐步查找到需要文件或目录的i-节点为止，找到i-节点就可以加载文件了。示例如下图所示：

 

当用户需要挂载一个新的目录时，操作系统会在超级块的表项中填写两项来表明其挂载，一项是指向被安装文件系统的根目录i-节点；一项是指向该文件系统所安装到的i-节点，比如下图中的/usr.

 

 

文件系统中还有一个概念是文件描述符，它位于进程表中，文件描述符并不是直接指向其所指文件的i-节点，而是在中间隔了一个filp表，此表的主要作用是便于进程共享同一个i-节点，即共享同一个文件，因为当有多个进程读写同一个文件时，协商好读写文件位置是一个问题。它们的关系如下：