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  • 索引节点和inode的指针结构浅析

    千次阅读 2016-07-01 23:19:18
    索引节点是一个数据结构用来代表一个文件系统对象,其可以是各种事情,包括一个文件或一个目录。每个inode存储文件系统对象的数据的属性和磁盘块位置(多个)。的文件系统对象的属性可包括操纵元数据(例如,修改,...

    本博文参考维基百科:

    索引节点是一个数据结构用来代表一个文件系统对象,其可以是各种事情,包括一个文件或一个目录。每个inode存储文件系统对象的数据的属性和磁盘块位置(多个)。的文件系统对象的属性可包括操纵元数据(例如,修改,JVSANTEN的访问,修改时间),以及雇主和权限数据(例如组ID,用户ID,权限)。

    目录是分配给索引节点名称的列表。该目录包含自己,其母公司,及其每个孩子的条目。

    详细信息
    文件描述符,文件表和inode表中的Unix
    文件系统依赖于数据结构有关的文件,文件内容旁边。前者被称为元数据描述数据-data。每个文件与相关联的索引节点,它是由一个整数,通常被称为所识别的i编号或节点号码。
    索引节点存储有关的文件和目录(文件夹),如文件所有权,访问模式(读,写,执行权限),以及文件类型的信息。在许多类型的文件系统实现的,索引节点的最大数目被固定在创建文件系统,限制文件的文件系统能够容纳的最大数量。在文件系统中的inode一个典型的分配方案是总规模的百分之一。
    inode号指标在设备上的已知位置的inode表。从节点号码,内核的文件系统驱动程序都可以访问的索引节点的内容,其中包括文件​​的位置 - 从而允许访问该文件。
    一个文件的inode编号可以使用发现LS -i命令。该LS -i命令打印在报告的第一列的i节点号。
    一些Unix风格文件系统,如ReiserFS的省略一节点表,但必须存储以便提供等效的功能等效的数据。该数据可以被称为统计数据,在参照统计 系统调用提供数据给节目。


    文件名和目录的含义:
    i节点不包含文件名,唯一的其他文件的元数据。
    Unix目录是缔合结构,其每一个包含一个文件名,一个节点号码的列表。
    文件系统驱动程序必须搜索寻找一个特定的文件名,目录,然后把文件名转化为正确的对应索引节点号。
    该数据的操作系统内核的内存中表示称为结构的inode中的Linux。源自系统BSD使用术语v节点,随着v的v节点指的是内核的虚拟文件系统层。


    POSIX的inode描述
    该POSIX是强烈影响的传统标准要求的文件系统行为的UNIX文件系统。常规文件必须具有以下属性:
    在该文件的大小的字节。
    设备ID(本标识包含文件的设备)。
    该用户ID文件的所有者。
    该组ID的文件。
    该文件模式,它决定了文件类型以及文件的所有者,其组以及其他人可以访问该文件。
    其他系统和用户的标志,以进一步保护文件(限制其使用和修改)。
    时间戳告诉当inode中的最后修改(的ctime,索引节点更改时间),该文件内容的最后一次修改(修改时间,修改时间),并最后访问(的atime,访问时间)。
    一个链接数,告诉许多如何硬链接指向的inode。
    指向存储文件内容的磁盘块(见inode的指针结构)。

    该统计系统调用检索文件的inode编号和一些在inode信息。


    内联
    它可以使感非常小的文件存储在inode本身节省空间(无需数据块)和查找时间(不需要进一步的接盘)。此文件系统功能称为内联。索引节点和文件数据的严格分离从而可以利用现代文件系统时不再承担。


    如果一个文件的数据中分配给指针的数据空间配合,可以方便地使用此空间。例如,EXT2及其后继存储符号链接(通常是文件名 ​​)在本方式的数据,如果数据是不超过60个字节(“快速符号链接”)。[8]


    EXT4有一个名为inline_data一个文件系统选项,当文件系统创建过程中启用,将允许EXT4执行内联。作为一个inode的大小是有限的,这仅适用于非常小的文件。



    inode的指针结构

    i节点指针结构是由所采用的一种结构的inode在一个文件中的Unix文件系统(UFS)列出一个文件的的地址的数据块。它也被许多相关的文件系统,包括采用EXT3文件系统,颇受Linux用户。


    结构
    在过去,该结构可能是由十三岁指针,但大多数现代的文件系统使用15指针。这些指针包括(在inode假设15球)的:
    十二指针直接指向该文件的数据块(直接指针)
    一个单独的间接指针(指向指针的块,然后指向文件的数据块的指针)
    一个双重间接指针(指向指向指针的其他块的然后指向该文件的数据块的指针块的指针)

    一个三重间接指针(指向指向指向指针的其他块的然后指向该文件的数据块的指针的其他块的指针块的指针)


    主要特点
    固定的逻辑块大小

    该结构本文附带图中所示部分。该结构允许的inode与固定的逻辑块大小描述文件系统非常大的文件。中央的机制是,地址(也称为块间接块)根据需要仅分配。例如,一个12块文件将被仅使用索引节点,因为它的块装配到可用的直接指针的数量描述。然而,13块文件需要一个间接块包含第十三地址。


    位置数据易于
    i节点指针结构不仅允许文件容易地分配给非连续块,它也允许在一个文件中的特定位置的数据可以很容易地定位。因为逻辑块大小是固定的,这是可能的。例如,如果每个块为8KB,文件数据,在120至128 kB的将被指向的第一间接块的第四指针(假定12直接指针在inode指针结构)。


    间接块

    不像i节点,其被固定在数量和在文件系统中的一个特殊的部分分配,所述间接块可以是任何数目的,并在文件系统中作为数据块的相同的部分被分配。在间接块的指针的数目是依赖于块的指针的块大小和尺寸。例如:用一个512字节的块大小,和4个字节的块的指针,每个间接块可以由128(512/4)的指针。




    关联到文件的目录入口( dentry )结构. 设备驱动编写者正常地不需要关心 dentry 结构, 除了作为 filp->f_dentry->d_inode 存取 inode 结构.
    file 结构如下所示:
      struct file {
      union {
      struct list_head fu_list; 文件对象链表指针linux/include/linux/list.h
      struct rcu_head fu_rcuhead; RCU(Read-Copy Update)是Linux 2.6内核中新的锁机制
      } f_u;
      struct path f_path; 包含dentry和mnt两个成员,用于确定文件路径
      #define f_dentry f_path.dentry f_path的成员之一,当前文件的dentry结构
      #define f_vfsmnt f_path.mnt 表示当前文件所在文件系统的挂载根目录
      const struct file_operations *f_op; 与该文件相关联的操作函数
      atomic_t f_count; 文件的引用计数(有多少进程打开该文件)
      unsigned int f_flags; 对应于open时指定的flag
      mode_t f_mode; 读写模式:open的mod_t mode参数
      off_t f_pos; 该文件在当前进程中的文件偏移量
      struct fown_struct f_owner; 该结构的作用是通过信号进行I/O时间通知的数据。
      unsigned int f_uid, f_gid; 文件所有者id,所有者组id
      struct file_ra_state f_ra; 在linux/include/linux/fs.h中定义,文件预读相关
      unsigned long f_version;
      #ifdef CONFIG_SECURITY
      void *f_security;
      #endif
      
      void *private_data;
      #ifdef CONFIG_EPOLL
      
      struct list_head f_ep_links;
      spinlock_t f_ep_lock;
      #endif
      struct address_space *f_mapping;
      };


    文件结构体代表一个打开的文件,系统中的每个打开的文件在内核空间都有一个关联的struct file。它由内核在打开文件时创建,并传递给在文件上进行操作的任何函数。在文件的所有实例都关闭后,内核释放这个数据结构。在内核创建和驱动源码中,struct file的指针通常被命名为file或filp。



    接下来,内核中用inode结构表示具体的文件,而用file结构表示打开的文件描述符。Linux2.6.27内核中,inode结构体具体定义如下:

    struct inode {
    struct hlist_node    i_hash;
    struct list_head    i_list;
    struct list_head    i_sb_list;
    struct list_head    i_dentry;
    unsigned long        i_ino;
    atomic_t        i_count;
    unsigned int        i_nlink;
    uid_t            i_uid;
    gid_t            i_gid;
     dev_t            i_rdev;   //该成员表示设备文件的inode结构,它包含了真正的设备编号。
    u64            i_version;
    loff_t            i_size;
    #ifdef __NEED_I_SIZE_ORDERED
    seqcount_t        i_size_seqcount;
    #endif
    struct timespec        i_atime;
    struct timespec        i_mtime;
    struct timespec        i_ctime;
    unsigned int        i_blkbits;
    blkcnt_t        i_blocks;
    unsigned short          i_bytes;
    umode_t            i_mode;
    spinlock_t        i_lock;    
    struct mutex        i_mutex;
    struct rw_semaphore    i_alloc_sem;
    const struct inode_operations    *i_op;
    const struct file_operations    *i_fop;    
    struct super_block    *i_sb;
    struct file_lock    *i_flock;
    struct address_space    *i_mapping;
    struct address_space    i_data;
    #ifdef CONFIG_QUOTA
    struct dquot        *i_dquot[MAXQUOTAS];
    #endif
    struct list_head    i_devices;
    union {
    struct pipe_inode_info    *i_pipe;
    struct block_device    *i_bdev;
     struct cdev        *i_cdev; //该成员表示字符设备的内核的 内部结构。当inode指向一个字符设备文件时,该成员包含了指向struct cdev结构的指针,其中cdev结构是字符设备结构体。
    };
    int            i_cindex;


    __u32            i_generation;


    #ifdef CONFIG_DNOTIFY
    unsigned long        i_dnotify_mask;
    struct dnotify_struct    *i_dnotify;
    #endif


    #ifdef CONFIG_INOTIFY
    struct list_head    inotify_watches;
    struct mutex        inotify_mutex;    
    #endif


    unsigned long        i_state;
    unsigned long        dirtied_when;    


    unsigned int        i_flags;


    atomic_t        i_writecount;
    #ifdef CONFIG_SECURITY
    void            *i_security;
    #endif
    void            *i_private;
    };

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  • linux 连接与索引节点

    2012-02-24 16:39:03
    本文档包含了索引节点、硬链接、软连接以及连接的创建!
  • 根据文件路径查找索引节点 操作系统的文件管理系统的主要作用就是,当用户需要访问一个文件时,系统可以通过用户给出的文件路径找到文件的索引节点,从而找到文件,并以文件对象的实例交付给用户进程。下面就以系统...

    根据文件路径查找索引节点

    操作系统的文件管理系统的主要作用就是,当用户需要访问一个文件时,系统可以通过用户给出的文件路径找到文件的索引节点,从而找到文件,并以文件对象的实例交付给用户进程。下面就以系统调用open()为例来说明文件的查找过程,以加深对文件系统的理解和认识。

    系统调用open()的内核函数为sys_open(),下图描述了用户进程调用系统调用open()的整个流程:

    sys_open()系统调用打开或创建一个文件,成功后,返回该文件的文件描述符。下图是sys_open()实现代码中主要的函数调用关系图:

    sys_open()

    从sys_open()的函数调用关系图可以看出,sys_open()在做了一些简单的参数检验后,就接着调用do_sys_open(),在该函数中:

    • get_unused_fd()得到一个可用的文件描述符。通过该函数,可知文件描述符实质上是进程打开文件列表中对应某个文件对象的索引值;
    • do_filp_open()打开文件,返回一个file对象,代表由该进程打开的一个文件。进程通过这样的一个数据结构对物理文件进行读写操作;
    • fd_install()建立文件描述符与file对象的联系,以后进程对文件的读写都是通过操作该文件描述符而进行的。

    do_filp_open()

    do_filp_open()用于打开文件,返回一个file对象;而打开之前需要先找到该文件。

    open_namei()用于根据文件路径名查找文件,借助一个持有路径信息的数据结构nameidata而进行;

    查找结束后,将填充有路径信息的nameidata返回给接下来的函数nameidata_to_filp(),从而得到最终的file对象。当达到目的后,nameidata这个数据结构会马上被释放。

    open_namei()

    open_namei()用于查找一个文件。

    path_lookup_open()实现文件的查找工作。要打开的文件若不存在,还需要一个新建的过程,则调用path_lookup_create(),后者和前者封装的是同一个实际的路径查找函数,只是参数不一样,使它们在处理细节上有所偏差;

    当以创建文件的方式打开文件时,即设置了O_CREAT标识时,需要创建一个新的索引节点,代表创建一个文件。由vfs_create()里面的一句核心语句:

    dir->i_op->create(dir, dentry, mode, nd);

    它调用了具体的文件系统所提供的创建索引节点的方法。注意,这里的索引节点的概念,还只是位于内存中。只有把它写入磁盘才是一个物理文件的真正创建;

    path_to_nameidata()填充nameidata数据结构;

    may_open()检查是否可以打开该文件。

    __path_lookup_intent_open()

    不管是path_lookup_open()还是path_lookup_create(),最终都是调用__path_lookup_intent_open()来实现查找文件的功能。

    查找时,会遍历路径的过程中,会逐层地将各个路径组成部分解析成目录项对象。如果此目录项对象在目录项缓存中,则直接从缓存中获取;如果该目录项在缓存中不存在,则进行一次实际的读盘操作,从磁盘中读取该目录项所对应的索引节点。得到索引节点之后,则建立索引节点与该目录项的联系。如此循环,直到找到目标文件对于的目录项,也就找到了索引节点,而由索引节点找到对应的超级块对象,就可知道该文件所在的文件系统的类型。

    知道了文件系统的类型,VFS就能调用这个文件系统相对应的索引节点操作函数集来进行操作。

    从磁盘中读取该目录项对应的索引节点;将引发VFS和实际的文件系统的一次交互。

     

    进程创建时文件的复制与共享

    之前讲到:当一个进程系统调用fork()创建一个子进程时,fork()将调用内核函数do_fork()对父进程的进程控制块进行复制,并将这个副本作为子进程的控制块。如果父进程有已经打开的文件,那么子进程理所当然的按某种方式来继承这些文件。为此,do_fork()中有以下这样的一段决定子进程在文件方面的继承方式:

    if(copy files(clone_flags, p))
            goto bad_fork_clcanup;
    if(copy fs(clone_flags, p))
            goto bad_fork_clcanup_files;

    其中,copy files()就是用来处理父进程已打开文件的函数。该函数根据参数clone_flags的设置位来决定子进程以何种方式来继承父进程的打开文件。

    • 当clone_flags中的CLONE_FILES标志为0时,函数copy files()将复制父进程控制块中已打开文件的整个控制结构。这是虽然父子进程使用同一组被打开文件,但各自在自己的文件上下文中工作;
    • 当clone_flags中的CLONE_FILES标志非0时,函数copy files()只是简单地把父进程控制块中的files指针复制到子进程控制块,同时将file_struct结构中的共享计数成员加1,以表明文件又多了一个使用者,即子进程只是通过指针与父进程共享同一组打开文件。

    函数copy fs()只是用来处理fs_struct结构的,类似的,这个结构也是根据其参数clone_flags决定子进程是以复制还是共享方式继承父进程的fs_struct结构的。

     

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  • 文件描述符(file descriptor)是内核为了高效管理已被打开的文件所创建的索引,其是一个非负整数(通常是小整数),用于指代被打开的文件,所有执行I/O操作的系统调用都通过文件描述符。程序刚刚启动的时候,0是...
    1. 概述
        在Linux系统中一切皆可以看成是文件,文件又可分为:普通文件、目录文件、链接文件和设备文件。文件描述符(file descriptor)是内核为了高效管理已被打开的文件所创建的索引,其是一个非负整数(通常是小整数),用于指代被打开的文件,所有执行I/O操作的系统调用都通过文件描述符。程序刚刚启动的时候,0是标准输入,1是标准输出,2是标准错误。如果此时去打开一个新的文件,它的文件描述符会是3。POSIX标准要求每次打开文件时(含socket)必须使用当前进程中最小可用的文件描述符号码,因此,在网络通信过程中稍不注意就有可能造成串话。标准文件描述符图如下:

    文件描述与打开的文件对应模型如下图:

    2. 文件描述限制
        在编写文件操作的或者网络通信的软件时,初学者一般可能会遇到“Too many open files”的问题。这主要是因为文件描述符是系统的一个重要资源,虽然说系统内存有多少就可以打开多少的文件描述符,但是在实际实现过程中内核是会做相应的处理的,一般最大打开文件数会是系统内存的10%(以KB来计算)(称之为系统级限制),查看系统级别的最大打开文件数可以使用sysctl -a | grep fs.file-max命令查看。与此同时,内核为了不让某一个进程消耗掉所有的文件资源,其也会对单个进程最大打开文件数做默认值处理(称之为用户级限制),默认值一般是1024,使用ulimit -n命令可以查看。在Web服务器中,通过更改系统默认值文件描述符的最大值来优化服务器是最常见的方式之一,具体优化方式请查看http://blog.csdn.net/kumu_linux/article/details/7877770
    3.三者之间的关系
      1)(进程级)描述符表 : 进程每次打开一个文件,系统就会在该进程的用户文件描述符表中分配一个相应的表项,表项的索引返回给该进程,用于标志该文件,找个索引就是常说的文件描述符。每个进程都有它独立的描述符表。
      2)  打开文件表(又叫做系统级的描述符表) : 表格中各条目称为打开文件句柄(open file handle)。一个打开文件句柄存储了与一个打开文件相关的全部信息,如下所示:
        1. 当前文件偏移量(调用read()和write()时更新,或使用lseek()直接修改)
        2. 打开文件时所使用的状态标识(即,open()的flags参数)
        3. 文件访问模式(如调用open()时所设置的只读模式、只写模式或读写模式)
        4. 与信号驱动相关的设置
        5. 对该文件i-node对象的引用
        6. 文件类型(例如:常规文件、套接字或FIFO)和访问权限
        7. 一个指针,指向该文件所持有的锁列表
        8. 文件的各种属性,包括文件大小以及与不同类型操作相关的时间戳
    所有的进程共享这张表.每个文件表的表项组成包括有当前的文件位置,引用计数(当前)指向该表项的描述符项数,以及一个指向v-node表中对应表项的指针。关闭一个描述符会减少相应的文件表项中的引用计数。内核不会删除这个文件表表项,直到它的引用计数为零。
      3)v-node表 : 同文件表一样,所有的进程共享这张v-node表。每个表项包含stat结构中的大多数信息,包括st_mode和st_size成员.

     下图是一个实例,其中描述符1和4通过不同的打开文件表表项来引用两个不同的文件,这是一种典型的情况,没有文件共享,并且每个描述符对应一个不同的文件:

    打开文件

          多个描述符也可以通过不同的文件表表项来引用同一个文件。例如,如果以同一个文件名调用open函数2次,就会发生这种情况。关键思想是每个文件描述符都有它自己的文件位置,所以不同描述符的读操作可以从文件的不同位置获取数据:

    文件共享

    子进程




    参考链接:
    http://canbeatle.iteye.com/blog/891319
    http://blog.csdn.net/cywosp/article/details/38965239

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  • 索引结点的总结

    千次阅读 多人点赞 2016-10-17 13:17:07
    内存索引结点额外含有下面的内容: 索引结点编号:标识内存索引结点 状态:指示i结点是否上锁或者被修改 访问计数:有一进程访问i结点,计数加1,访问结束减1 逻辑设备号:文件所属的文件系统的逻辑设备...

    这需要从目录结构说起。

    文件目录:包含有关文件的信息,信息主要有:属性,位置,所有权。这些信息主要是由OS进行管理。
    目录管理的基本要求:从用户角度看待,目录在用户(应用程序)所需要的文件名和文件之间提供一种映射。目录管理提供的是:按名存取

    共享系统中目录还需要提供控制访问文件的信息。重名问题主要通过树形结构来解决。

    FCB:文件控制块。用于存放控制文件的各种信息的数据结构,实现了按名存取。
    FCB的有序集合就是文件目录,一个FCB就是一个文件目录项。

    这些名词辨析是这部分知识点的主要难点。

    FCB包含的信息:

    • 基本信息:文件名,文件的物理位置,文件的逻辑结构,文件的物理结构
    • 存取控制信息:文件的存取权限等
    • 使用信息:文件的建立时间,修改时间

    本篇重点是这个索引结点。

    检索目录文件(FCB的集合)时只用到了文件名。仅当找到一个目录项时才需要从该目录项(FCB)中读出该文件的物理地址。即:检索目录时文件的其他描述信息用不到,也因此不必调入内存。那么我们是否可以考虑,把文件名文件的描述信息(FCB-文件名)分开,文件的描述信息单独形成一个数据结构,这个被称作索引结点。简称为i结点。
    这样就可以简化目录结构为:文件名对应i结点指针
    比如在UNIX系统中,文件目录项(FCB)占16B,其中14B是文件名,2B是i结点指针。

    注意到设计i结点的设计思路是怎么得到的,就很容易理解FCB和i结点包含的信息大部分是相同的,i结点只是抽出了文件名。每个文件对应一个文件名,则一个文件也只要一个i结点。

    存放在磁盘上的索引结点称为磁盘索引结点。

    索引结点包含的内容

    通过内容可以联系与FCB的关系。

    • 文件主标识符:拥有该文件的个人或者小组的标识符
    • 文件类型:普通文件、目录文件、特别文件
    • 文件存取权限:FCB也有。
    • 文件的物理位置:每个索引结点有13个地址项,以直接或间接的方式给出数据文件所在的盘号。
    • 文件长度
    • 文件存取时间
    • 文件被打开时,磁盘索引结点被复制到内存索引结点,以便于使用。可以联想FCB被调入内存。

    内存索引结点额外含有下面的内容:

    • 索引结点编号:标识内存索引结点
    • 状态:指示i结点是否上锁或者被修改
    • 访问计数:有一进程访问i结点,计数加1,访问结束减1
    • 逻辑设备号:文件所属的文件系统的逻辑设备号
    • 链接指针:设置分别指向空闲链表和散列队列的指针
    展开全文
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  • 操作系统 索引结点

    千次阅读 2017-06-22 22:43:41
    磁盘索引结点被复制到内存索引结点 ,以便于使用。可以联想FCB被调入内存。 内存索引结点额外含有下面的内容: 索引结点编号:标识内存索引结点 状态:指示i结点是否上锁或者被修改 访问计数:有一进程...
  • 索引节点、硬连接和连接计数 索引节点inode:   Linux为每个文件分配一个称为索引节点的号码inode,可以将inode简单理解成一个指针,它永远指向本文件的具体存储位置。系统是通过索引节点(而不是文件名)来定位...
  • linux中所有的设备都被看作是文件,每个文件都关联着一个称作索引节点的数据结构,索引节点以静态形式存在于磁盘上,其形式为struct d_inode ,当内核需要操作索引节点时,会把其对到内存索引节点struct m_inode ...
  • linux VFS 之三:索引节点inode

    千次阅读 2014-04-21 14:31:43
    VFS 中的每个文件、目录等都用且只用一个VFS inode表示,存放关于具体文件...具体文件系统的索引节点是存放在磁盘上的,是一种静态结构,要使用它,必须调入内存,填写VFS的索引节点,因此,也称VFS索引节点是动态节点
  • 文件描述符、文件描述符表、打开文件表、目录项、索引节点之间的联系如下图所示:  每个进程在PCB(Process Control Block)中都保存着一份文件描述符表,文件描述符就是这个表的索引,每个表项都有一个指向...
  • 什么是索引概念:索引是提高mysql查询效率的数据结构。总的一句话概括就是索引是一种数据结构。数据库查询是数据库的最主要功能之一。设计者们都希望查询数据的速度能尽可能的快,因此数据库系统的设计者会从查询...
  • 内存数据库中的索引技术

    万次阅读 多人点赞 2015-01-07 12:16:37
    图2-1T-Tree的结点 T-tree索引用来实现关键字的范围查询。T-tree是一棵特殊平衡的...现在T-tree己经成为内存数据库中最主要的一种索引方式。 T-tree具有以下特点:1)左子树与右子树之差不超过1,2)在一个存储节
  • 索引节点的增强属性 Ext2索引节点的长度必须是2的幂,以免造成存放索引节点表的块内碎片。实际上一个128字符的空间中充满了信息,然而256字符的索引节点会造成空间的浪费,而且使用不同索引节点长的Ext2文件系统...
  • linux 文件索引节点(inode)

    千次阅读 2012-02-20 10:26:18
    1.什么是索引节点? 索引节点是一个结构,它包含了一个文件的长度、创建及修改时间、权限、所属关系、磁盘中的位置等信息。一个文件系统维护了一个索引节点的数组,每个文件或目录都与索引节点数组中的唯一一个元素...

空空如也

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内存索引节点