当创建一个文件的时候,操作系统发生了什么?

操作文件是我们平时经常有的操作。但是我们可能并不是很了解他们原理，比如为什么删除一个很大的文件，会非常快？创建一个文件的时候，系统发生了什么？为什么删除的文件，还可以恢复？知其然知其所以然。我们一起深入探索文件系统的一些原理。这篇先分析一下创建文件的过程。我们先看一下文件系统在硬盘中的布局。在这里插入图片描述
我们再看一下文件系统在内存中的布局。
在这里插入图片描述
对着上面的图，从左向右，我们看到
1 一个进程有一个文件描述符数组，这个描述符数组的元素，就是我们平时操作文件的时候，使用的那个fd。定义如下：

struct file * filp[NR_OPEN];

2 每个文件描述符只是索引，他对应的项指向一个file结构体，file结构体定义如下。

// 管理打开文件的内存属性的结构，比如操作位置(inode没有读取操作位置这个概念，),实现系统进程共享inode
struct file {
    unsigned short f_mode;
    unsigned short f_flags;
    unsigned short f_count;
    struct m_inode * f_inode;
    off_t f_pos;
};

file结构体是和inode的作用是不一样的，inode是更多的是存储文件的一些持久化的数据，比如大小，时间、属主，数据块位置等。inode是存在硬盘中的。在操作的文件的时候才会加载到内存。如果有修改，需要回写硬盘。file存储的是文件临时的元数据，他只存在内存里。比如一个文件当前读写位置，打开模式等等。关闭文件后就会丢失这些数据。3 在文件系统中，每一个文件都对应一个inode结构体。inode保存了一个文件的元数据，包括大小，时间，属主，块号等等。inode存在于硬盘和内存，内存的inode叫m_inode，他的部分属性和硬盘inode一一对应（硬盘inode叫d_inode），还有一些是只存在内存中的属性。我们看一下inode在硬盘中的布局。
在这里插入图片描述
了解一系列结构体后，我们开始分析创建文件的这个过程。主要是两件事情，第一，判断文件是否存在，如果不存在则开始创建。1 根据路径找到最后一级目录对应的inode节点。目录其实也是文件，他和一般文件的区别是，一般文件存储的是用户数据，目录文件存储的是文件信息。目录文件里存储的数据就是一个对象数组，每个元素保存了文件名和inode节点号。

// 目录项结构
struct dir_entry {
    // inode号
    unsigned short inode;
    // 文件名
    char name[NAME_LEN];
};

假设我们找/a/b/hello.txt这个文件。因为/是根文件系统的根路径，他在文件系统初始化的时候，根文件系统会从固定的位置（第一个inode节点），把他对应的inode结构体加载到内存中。我们根据根inode，就知道根目录下面有多少dir_entry，然后逐个比较找到目录a对应的dir_entry，从dir_entry中得到目录a的inode号，再根据a的inode号把inode结构体从硬盘中加载到内存，继续这个过程，直到最后找到hello.txt。2 所以我们从一个目录下找一个目录或者文件的时候，其实就是遍历这个数组，对比name是否一样，是的话根据inode号取出inode结构体，从而取得文件数据。3 因为我们是创建文件，所以是肯定找不到的。4 上面已经解释过，一个文件对应一个inode。现在我们创建一个文件，那自然，我们就要先在硬盘中申请一个inode，并且修改文件系统的元数据inode位图，即这个inode被使用了。然后再在内存中申请一个m_inode。供用户操作文件的。至此，创建文件就完成了。我们发现，创建一个文件，底层发生的事情其实就是在硬盘申请一个inode就可以了。5 当我们开始操作m_inode对应的文件的时候。比如写入。回归上面的inode结构体可以发现，这时候文件其实是没有被分配硬盘空间的。现在需要写入，那首先就要先在硬盘中申请一块空间。并修改块位图信息。然后申请一块和该硬盘块关联的内存块，用户写入的数据就存在该内存块中，系统会定时回写到硬盘中对应的块。这就是创建一个文件的大致过程。大家看完文章，可以在留言区留言，精选的留言，我希望跟文章有关联，不是简单的签到打卡留言！谢谢大家的支持！

最近热文：1、阿里每天究竟要抵御多少次黑客攻击?2、资深程序员总结：分析Linux进程的6个方法，我全都告诉你3、当面试官要求现场手敲代码，如何体现你对Python的编程能力？4、面试官:你说你熟悉jvm?那你讲一下并发的可达性分析
5、答应我，别再写上千行的类了好吗？