文件系统 怎么工作

磁盘的真面目：编了号的格子

我们在屏幕上把文件看成图标，打开文件夹，又在里面看到别的文件夹。可磁盘本身并没有这些东西。
磁盘其实只是一个巨大的储物柜，一模一样的格子按 0 号、1 号、2 号的顺序平平地排开。每一个格子叫作一个块。
块里装着数据碎片，可哪个格子属于哪个文件、叫什么名字，磁盘自己全然不知。号码和数据，就是全部。

点一个格子，就往里放数据。格子只有号码，没有名字，也没有文件夹。这就是磁盘的真面目。

格子只靠号码区分，里面装的东西彼此毫无联系。大文件一个格子装不下，空格子也东一个西一个地散着。
那么一个文件就得拆开装进好几个格子里，可散落的碎片以后怎么再凑回来呢？
这是操作系统要解决的第一道题。

文件：把散落的块捆在一起的名牌和地图

办法出奇地简单。操作系统留一张小便条：“名叫 照片.jpg 的文件，按这个顺序放在 3 号、7 号、12 号格子里。”这张便条就是地图。
给出名字，操作系统就摊开地图，按顺序找到散落的格子，把碎片收回来。
所以文件其实是两样东西的组合：一样是散落在格子里的数据碎片，另一样是用名字把它们捆在一起的地图。我们双击的就是这张地图，磁盘只是读出地图指着的格子而已。

点名牌，散落的格子（3,7,12）就顺着地图依次聚拢，变成一个文件。

一张地图把散落的格子捆成了一个文件。多亏它，我们不用知道格子号码，只凭名字就能叫出文件。
可文件要是不止一两个，而是成千上万个呢？名牌一摞摞堆起来，又让人头大了。
需要一个办法来整理这么多名牌。该轮到文件夹出场了。

文件夹：装文件的又一个文件

说起文件夹，好像和文件是完全不同的东西，其实文件夹也不过是又一个文件，只是装的内容特别。
普通文件装照片或文字，而文件夹这种文件装的是“里面那些文件的名牌清单”。所以打开文件夹，就是读这份清单，看看里面有哪些名牌。
文件夹里还能再放文件夹，于是就长出一棵分叉的树，也就是树形结构。从最上面的根出发，顺着树枝往下走，就能到达想要的文件。

点文件夹，里面的文件和子文件夹就展开了。可以从根出发，顺着树枝一直走到想要的文件。

在原本平平的格子海洋上，如今立起了一棵上下分叉、整整齐齐的树。因为文件夹只不过是又一个文件，操作系统不必另造新机制，只用同一个文件的概念就搭起了整理的结构。
可还剩一个疑问：这样做出来的文件一删除，磁盘上的数据真的马上就消失吗？
下一步就来稍微揭开这个秘密。

删除，就是只擦掉地图

凭直觉，删掉文件，数据就该从磁盘上一干二净地消失。可操作系统通常不这么做，因为把装着数据的格子一个个清空，要花很长时间。
所以为了快点完事，它只擦掉名牌和地图，格子里的数据原封不动，只在那些格子上标一句“已空，可以再用”。
地图没了，通往那些数据的路就断了，在我们眼里文件就像消失了一样。可格子里的内容其实还留在原处。

删掉文件后，名牌和地图变淡了（路断了），格子里的数据却还留在原处。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：只要重新找到地图，就能把还留在原处的格子重新接起来。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。如今常用的固态硬盘，往往很快就会把腾出的格子清掉，所以更难恢复。
说到底，删除的关键不是擦掉数据，而是擦掉通往数据的地图。文件、文件夹、删除，全都建立在“地图和名牌”这一个想法之上。

罩在平平磁盘上的树形幻象

退一步看看全局。磁盘的真面目是编了号的平平的格子。操作系统在它上面施了三道魔法。
第一，用名牌和地图把散落的格子捆成一个文件。第二，用装文件的又一个文件做成文件夹，搭起了树。第三，删除时擦掉的不是数据，而是地图。
多亏这三样，我们一辈子不知道格子号码也没关系，只凭名字和文件夹就能轻松地处理文件。

依次点这三张卡片，就能一眼看清幻象是怎么一层层搭起来的：从平平的块，到用名牌捆起来的文件，再到文件夹树。

就像虚拟内存呈现出比真实更大的记忆一样，文件系统是一种把平平的格子呈现成整齐的树的幻象。真相很简单，方便是操作系统加上去的。
可要是好几个人在一台电脑上共用这棵整齐的树，谁都能打开、删除别人的文件，这样行吗？下一课，我们来讲权限：谁能读、写、运行什么，靠它来守住秩序。