文件系统：平铺磁盘上的树形幻象

磁盘的本来面目：只是编号的格子

在屏幕上，我们把文件看成图标，打开一个文件夹，里面又是文件夹。但磁盘本身没有这些东西。磁盘其实只是一个巨大的储物柜，里面是一格格长得一样的方块，按0号、1号、2号的顺序平铺排开。每一格叫作一个块。块里装着一小段数据，可是哪一格属于哪个文件、它叫什么名字，磁盘自己一概不知。只有编号和数据，仅此而已。

点一格把数据放进去。格子只有编号，没有名字也没有文件夹。这就是磁盘的本来面目。

点过之后就有感觉了吧？格子只能靠编号区分，里面的内容彼此毫无关联。大文件装不进一格，空格也四处散着。于是一个文件只能拆开放进好几格，那么以后怎么把散落的碎片重新拼回来呢？这就是操作系统要解决的第一道作业。

文件：把散落的块捆起来的名字与地图

办法出乎意料地简单。操作系统留一张小纸条："名叫photo.jpg的文件，按这个顺序放在3号、7号、12号格里。"这张纸条就是地图。给它一个名字，操作系统就摊开地图，按顺序走到散落的格子，把碎片收回来。所以文件其实是两样东西之和。一样是散在格子里的数据碎片，另一样是用名字把它们捆起来的地图。我们双击的正是这张地图，磁盘只不过去读地图指向的格子罢了。

点名字，地图就把散落的格子（3、7、12）按顺序聚成一个文件。看散落的块如何变成一个完整的文件。

一张地图，就把散落的格子捆成了一个文件。多亏它，我们不用知道格子编号，只凭名字就能叫出文件。可要是文件不止一两个，而是成千上万呢？几千张名字纸条堆起来，又让人发懵了。我们需要一个整理这些名字的办法。下一步的主角，文件夹，该登场了。

文件夹：装着文件的，另一个文件

一说文件夹，好像是和文件完全不同的东西，可秘密是：文件夹也只是另一个文件而已。特别的只是它的内容。普通文件装的是照片或文字，而文件夹这种文件装的是"它里面那些文件的名字清单"。所以打开一个文件夹，就是去读这份清单，看看里面有哪些名字。文件夹里还能再放文件夹。于是就长出一棵枝杈分叉的树，也就是树形。从最上面的根出发，顺着枝条往下走，就能走到你要的那个文件。

点开文件夹，就能看到里面的文件和子文件夹。从根顺着枝条，走到你要的那个文件吧。

你看，在原本平铺的格子海洋之上，如今立起了一棵上下分叉、整整齐齐的树。正因为文件夹只是另一个文件，操作系统不必造出新装置，只用同一个文件的想法，就搭起了这套整理结构。不过还剩一个让人好奇的问题。我们把这样做出来的文件删除时，它的数据真的会立刻从磁盘上消失吗？下一步，我们就稍微掀开这个秘密。

删除是什么？地图被抹掉，数据还留着

凭直觉，删掉文件就像数据从磁盘上被擦得干干净净。可操作系统通常并不这么干。把装着数据的格子一格格清空很费时间。所以为了快点完事，它只抹掉名字和地图，格子里的数据照旧留着。它只是给那些格子做个记号："现在空了，可以再用。"地图一没，通往那段数据的路就断了，在我们眼里文件就像没了。可格子里的内容，其实还稳稳地待在原处。

点一个文件再删除。名字和地图会变淡（路断了），但格子里的数据还在原处。直到新文件覆盖那些格子，它才真正消失。

所以恢复工具有时能把删掉的文件救回来。只要它能再找到地图，就能把仍留在原处的格子重新缝合起来。反过来，一旦新文件覆盖了那些格子，原来的数据就永远没了。说到底，删除的核心不是抹掉数据，而是抹掉通往数据的地图。看到这里你会发现，文件、文件夹、删除，全都立在地图与名字这同一个想法之上。

铺在平铺磁盘之上的树形幻象

退一步看看整体。磁盘真正的样子，是编了号的平铺格子。在它之上，操作系统施了三道魔法。第一，用名字和地图，把散落的格子捆成一个文件。第二，用一个装着文件的文件做出文件夹，立起一棵树。第三，删除时抹掉的是地图，而不是数据。靠这三样，我们一辈子不知道任何一个格子编号，也能只凭名字和文件夹，轻松地摆弄文件。

依次点这三张。从平铺的块，到被名字捆起的文件，再到文件夹的树。幻象是怎么一层层搭起来的，一眼就清楚了。

正如虚拟内存让我们看到比实际更大的记忆，文件系统也是一个幻象，把平铺的格子显示成一棵井然有序的树。真相很简单，便利是操作系统加上去的。可要是这棵整齐的树，在一台电脑上由许多人一起用，谁都能打开并删除别人的文件吗？下一讲，我们就开始讲权限：谁可以读、写、运行什么，以及这套秩序是怎么守住的。