从零写OS（十一）：文件系统，从磁盘到文件名

Wed, 06 May 2026 11:00:00 +0000

到目前为止，内核能跑进程、能做系统调用，但所有数据都在内存里——进程一死，什么都没了。

这一章做文件系统：把数据写到"磁盘"（我们用内存模拟），下次还能读回来。

先把概念搞清楚

动手之前，先理解五件事。

磁盘本质上就是一个大字节数组。没有文件系统，你只能说"读第 1234 字节"，没法说"读 /etc/passwd"。

文件系统做的事就是在这个字节数组上建立一套命名和组织规则，让你可以用路径找到数据，而不是手动记偏移量。

Unix 最重要的设计之一：inode 描述文件内容，目录存文件名，两者分开。

inode 记录的是"这个文件是什么"——大小、权限、数据在磁盘哪几块——但不存文件名。文件名只是一个指向 inode 的标签，存在目录里。

这意味着同一个 inode 可以被多个名字指向，这就是硬链接。重命名文件也不需要移动任何数据，只改目录项。

挂载一块磁盘时，内核第一件事是读超级块。超级块告诉内核这个文件系统的结构：inode 区从哪里开始、数据块从哪里开始、总共多少块、还有多少空闲。

超级块损坏 = 整个文件系统不可读。所以 ext4 会在磁盘多个位置备份超级块。

目录没有什么神奇的内部结构，它就是一个普通文件，内容是一张表：文件名 → inode 号。

ls 的本质是读这张表然后打印。路径解析 /a/b/c 就是：读根目录找 a 的 inode → 把 a 当目录读，找 b 的 inode → 把 b 当目录读，找 c 的 inode。

磁盘上哪些块被占用、哪些空闲，用位图记录——1 个 bit 对应 1 个块，0 表示空闲，1 表示已用。分配空间就是找第一个 0 位翻成 1。

这五个概念搞清楚，下面的代码就是它们的直接翻译。

内存是易失的，文件系统负责两件事：