存储设备的抽象

磁盘 = 块 (字节) 序列

• 一本书：每一页纸存储了数据
• 支持随机访问 (翻到某一页)

文件：虚拟的磁盘

• hello.c, a.out, ...
  • 看不到 “一页纸” 的概念
  • 字节序列：vector<char>
  • 支持 read, write, lseek, ftruncate, ...
• 新需求：怎么管理系统中众多的文件？
  • find_file_by_name?

管理虚拟磁盘：建一个图书馆！

• 信息的局部性：将虚拟磁盘 (文件) 组织成层次结构

树状分层索引：利用信息的局部性

.
└── 学习资料
    ├── .
    ├── ..
    ├── .学习资料(隐藏)
    ├── 问题求解1
    ├── 问题求解2
    ├── 问题求解3
    ├── 问题求解4
    └── 操作系统

• 隐藏 “.” 开头的文件不是操作系统的行为，只是为了偷懒
  • if (fname[0] == '.') continue;

Filesystem Hierarchy Standard

约定俗成的目录结构

• FHS enables software and user to predict the location of installed files and directories.
  • 例子：macOS 是 UNIX 的内核 (BSD), 但不遵循 Linux FHS

目录树 API

“增删改查”

• mkdir: 创建目录
• rmdir: 删除目录
• getdents: 读取目录

int mkdirat(int dirfd, const char *pathname, mode_t mode);
int unlinkat(int fd, const char *path, int flag);
ssize_t getdents64(int fd, void *dirp, size_t count);

• 看看 bash -c 'echo /etc/**/*' 的 strace
  • 更多的工具，例如 fzf 也是同样的实现

“目录树” 也是个妥协

图书馆的索引系统其实可以淘汰了

• 一本书的内容就是它的索引
• 由计算机决定最优的陈列方式 (就像书店)
  • 路径 $\to$ 结构化查询 (wildcard & globbing) $\to$ 智能检索

硬 (hard) 链接

需求：系统中可能有同一个运行库的多个版本

• libc-2.27.so, libc-2.26.so, ...
• 还需要一个 “当前版本的 libc”
  • 程序需要链接 “libc.so.6”，能否避免文件的一份拷贝？

(硬) 链接：允许一个文件被多个目录引用

• 文件系统实现的特性 (ls -i 查看)
  • 不能链接目录、不能跨文件系统
  • 删除文件的系统调用称为 “unlink” (refcount--)
    • 现在用 “万能” 的 unlinkat，也可以删除空目录

软 (symbolic) 链接

软链接：在文件里存储一个 “跳转提示”

• 软链接也是一个文件
  • 当引用这个文件时，去找另一个文件
  • 另一个文件的绝对/相对路径以文本形式存储在文件里
  • 可以跨文件系统、可以链接目录、……

几乎没有任何限制

• 类似 “快捷方式”
  • 链接指向的位置不存在也没关系
  • (也许下次就存在了)

软链接：甚至可以用来制作 Galgame

游戏 = 状态机

• 用当前目录表示状态，符号连接实现迁移 (图像: nyaigc)

软连接：还可以用来 “伪造” 文件系统！

Nix: 这个题我会

• 把所有软件包的所有版本都集中存储
• /nix/store/b6gvzjyb2pg0kjfwrjmg1vfhh54ad73z-firefox-33.1
  • 然后用符号链接构建一个完全虚拟的环境
    • 完全的 deterministic: 由软件包的 hash 决定
• 可以随时随地构建 “任意” 环境
  • nix-shell -p python3 nodejs