【Linux系统编程】Ext2文件系统
上图中的外设，每个设备都可以有自己的read、write，但一定是对应着不同的操作方法！！但通过struct file 下 file_operation 中的各种函数回调，让我们开发者只用file便可调取 Linux 系统中绝⼤部分的资源！！这便是“linux下一切皆文件”的核心理解。
二，缓冲区
1，什么是缓冲区
缓冲区是内存空间的⼀部分。也就是说，在内存空间中预留了⼀定的存储空间，这些存储空间用来缓冲输入或输出的数据，这部分预留的空间就叫做缓冲区。缓冲区根据其对应的是输入设备还是输出设备，分为输入缓冲区和输出缓冲区。
2，为什么要引入缓冲区机制
- 读写文件时，如果不开辟对文件操作的缓冲区，直接通过系统第哦啊用对磁盘进行操作(读、写等)，那么每次对文件进行一次读写操作时，都需要使用读写系统调用来处理此操作，即需要执行一次系统调用，执行一次系统调用将涉及到CPU状态的切换，即从用户空间切换到内核空间，实现进程上下文的切换，这将损耗一定的CPU时间，频繁的磁盘访问对程序的执行效率造成很大的影响。
- 为了减少使用系统调用的次数，提高效率，我们就可以采用缓冲机制。比如我们从磁盘里读取信息，可以在磁盘文件进行操作时，可以一次从文件中读出大量的数据到缓冲区中，以后对这部分的访问就不需要再使用系统调用了，等缓冲区的数据读取完后再去磁盘中读取，这样就可以减少磁盘的读写次数，再加上计算机对缓冲区的操作大大快于对磁盘的操作，故应用缓冲区可大大提⾼计算机运行速度。
- 可以看出，缓冲区就是一块内存区，它用在输入输出设备和CPU之间，用来缓存数据。它使得低速的输入输出设备和告诉的CPU能够协调工作，避免低速的输⼊输出设备占用CPU，解放出CPU，使其能够高效率工作。
缓冲类型
标准I/O提供了3种类型的缓冲区。
- 全缓冲区：这种缓冲方式要求填满整个缓冲区后才进行I/O系统调用操作。对于磁盘文件的操作通常使用全缓冲的方式访问。
- 行缓冲区：在行缓冲情况下，当在输入和输出中遇到换行符时，标准I/O库函数将会执行系统调用操作。当所操作的流涉及一个终端时（例如标准输⼊和标准输出），使用行缓冲方式。因为标准I/O库每行的缓冲区长度是固定的，所以只要填满了缓冲区，即使还没有遇到换行符，也会执行I/O系统调用操作，默认行缓冲区的大小为1024。
- 无缓冲区：无缓冲区是指标准I/O库不对字符进行缓存，直接调用系统调用。标准出错流stderr通常是不带缓冲区的，这使得出错信息能够尽快地显示出来。
除了上述列举的默认刷新方式，下列特殊情况也会引发缓冲区的刷新：
- 缓冲区满时；
- 执行flush语句；
- 进程结束；
三，理解磁盘
1，磁盘物理结构
核心机械组件 ：
- 盘片：用于记录二进制数据。
- 磁头：每个盘片的正反两面各对应一个磁头，磁头通过微型悬臂固定在音圈电机（VCM）驱动的磁头臂上，可沿盘片半径方向精准移动。
的物理结构：
- 磁道（Track）与扇区（Sector）：盘片表面被划分为同心圆磁道，最外圈为 0 磁道。每个磁道进一步分割为扇区，早期为 512 字节，现代采用 4KB 高级格式化（Advanced Format）以提升纠错能力。
- 柱面（Cylinder）：所有盘片上同一半径的磁道组成柱面。例如，第 100 号柱面包含所有盘片的第 100 号磁道。磁头切换柱面时需移动整个磁头臂，而切换同柱面内的不同磁道仅需选择对应磁头，因此数据存储时优先集中在同一柱面以减少寻道时间。
2，磁盘的存储结构
如何定位一个扇区：
- 先确定要访问哪一个柱面（cylinder）
- 接着定位磁头（header）
- 最后定位到一个扇区（sector）
- 扇区是从磁盘读出和写入信息的最小单位，通常大小是512字节。
- 磁头（header）数：每个盘片一般有上下两面，分别对应一个磁头，一共有两个磁头。
- 磁道数：磁道是从盘片外圈往内圈编号0磁道，1磁道...，靠近主轴的同心圆用于停靠磁头，不存储数据。
- 柱面（cylinder）数：磁道构成柱面，数量上等同于磁道个数。
- 扇区（sector）数：每个磁道都被切分成很多扇形区域，每道的扇区数量相同。
- 圆盘（platter）数：就是盘片的数量。
- 磁盘容量=磁头数 × 磁道(柱面)数 × 每道扇区数 × 每扇区字节数。