为什么需要内存？因为你们人类造不出来一个能够断电存储的， 大容量的， 访问速度快的，当然还要便宜的硬盘来。
如果能制造出来了， CPU就可以直接访问硬盘了， 就不需要利用多级缓存、直接内存访问、多进程/线程切换等方法缓解CPU-硬盘之间的速度差距太大的问题了。
硬盘结构
主轴带着盘片疯狂的旋转，每个盘片由一圈一圈的磁道组成， 每个磁道又分为一个一个的扇区，多个盘片上的同一位置的磁道组成了一个柱面，最后每个盘片上都有可以读写数据的磁头。
如果你想访问数据可以这样表示： 获取0柱面，0磁头，1扇区的数据。
寻道时间：把磁头挪到您指定的柱面，对每个磁盘来讲其实就是指定的磁道。
旋转时间：旋转磁盘，让磁头指向您指定的扇区，这才能开始读取数据。
ps:(不同操作系统的有不同存取策略)
文件储存在硬盘上，硬盘的最小存储单位叫做"扇区"（Sector）。每个扇区储存512字节（相当于0.5KB）。
操作系统读取硬盘的时候，不会一个个扇区地读取，这样效率太低，而是一次性连续读取多个扇区，即一次性读取一个"块"（block）。
这种由多个扇区组成的"块"，是文件存取的最小单位。"块"的大小，最常见的是4KB，即连续八个扇区组成一个块。
文件抽象
柱面，磁头，扇区这些描述太繁琐，抽象磁盘块来表示，譬如编号1的磁盘块就是0柱面，0磁头，1扇区(也可以是0柱面，0磁头，1－8扇区)，具体由虚拟化技术实现。
人类的最小存储单位是文件，你想存任何东西，无论多么小，非得建个文件不可。
多个文件可以放到一个目录（其实也是个特殊的文件）里， 目录之上还可以有目录，形成一个树的结构。
如何记录文件存储使用了哪些块？
- 连续记录的方式：只要知道了开头和长度，就像数组一样可以随便访问。碎片问题比较严重，删掉文件后会导致存储空间不连续了。
- 链式记录： 所有使用到的块形成一个链，这种方式随机访问效果太差，每次只能从第一块开始找，对大文件太痛苦了。
- 索引式记录：拿出一块(称为inode)存储此文件属性和该文件使用的所有块编号， 这种方式需要用额外的inode块存放线索数据。
读
读取 /tmp/test.log 这个文件， 查找次序是这样的：根目录inode->根目录磁盘块->tmp目录inode->tmp目录磁盘块->test.log的 inode->读取磁盘块”
写
如果是修改尤其是删除需要保证事务，例如想删除上面的文件/tmp/test.log，需要这些步骤：
(1) 在目录中删除文件
(2) 释放inode 到空闲的节点池， 这样可以复用
(3) 将磁盘块释放到空闲的磁盘块池
类似数据库的redo和undo日志的操作方式，日志写入磁盘永远发生在正式操作之前，回滚需保证幂等。
begin undo1 do1 undo2 undo3 do2 do3 end
管理空闲块
目录和文件的存储问题解决了， 接下来需要把那些没有使用的、空白的、数量上亿的磁盘块给管理起来，只有这样， 新的文件来的时候，才能分配空间存储。
位图法，对每个磁盘块(编号是有序自然数)，如果已经被使用，那就标记为1，没被使用就是0。 这样整个磁盘块就形成了一个由0和1组成的一个大位图。
Linux ext2文件系统
这个硬盘主要由MBR(Master Boot Record)和各个磁盘分区组成。
MBR中的有引导代码和磁盘分区表，分区表中记录了每个分区的起始位置，以及哪个磁盘分区是活动分区，这样系统就会找到它，然后装载这个分区中的引导块，并执行之。
引导块将会装载存储在本分区的操作系统，每个分区都有一个引导块(即卷引导记录或者扩展引导记录，详见计算机是如何启动的第二三阶段)，不管这个分区有没有操作系统，这是各大厂商的约定，是一种标准。
每个分区除了必须的引导块之外又被分成多个块组。在每个块组中能看到磁盘块位图(磁盘块管理)和inode位图(索引块管理)还有inode表(存放文件和目录的inode)和真正的数据块。
Inode
文件数据都储存在"块"中，很显然必须找到一个地方储存文件的元信息，比如文件的创建者、文件的创建日期、文件的大小等等。这种储存文件元信息的区域就叫做inode，中文译名为"索引节点"。
每一个文件都有对应的inode，inode包含文件的元信息，具体来说有以下内容：
- 文件的字节数
- 文件拥有者的User ID
- 文件的Group ID
- 文件的读、写、执行权限
- 文件的时间戳，共有三个：ctime指inode上一次变动的时间，mtime指文件内容上一次变动的时间，atime指文件上一次打开的时间。
- 链接数，即有多少文件名指向这个inode
- 文件数据block的位置
可以用stat命令，查看某个文件的inode信息： stat log.txt
dir# stat log.txt 16777220 7872305 -rw-r--r-- 1 shanfeng staff 0 42 "Dec 29 12:55:05 2017" "May 18 15:32:56 2017" "Jul 21 10:04:07 2017" "Feb 21 12:33:07 2017" 4096 8 0 log.txt
总之，除了文件名(文件名在目录文件中，见目录文件的解释)以外的所有文件信息，都存在inode之中。
inode的大小
inode也会消耗硬盘空间，硬盘格式化的时候，操作系统自动将硬盘分成两个区域。一个是数据区，存放文件数据；另一个是inode区（inode table），存放inode所包含的信息。
每个inode节点的大小，一般是128字节或256字节。inode节点的总数，在格式化时就给定，一般是每1KB或每2KB就设置一个inode。假定在一块1GB的硬盘中，每个inode节点的大小为128字节，每1KB就设置一个inode，那么inode table的大小就会达到128MB，占整块硬盘的12.8%。
查看每个硬盘分区的inode总数和已经使用的数量，可以使用df命令 df -i。
查看每个inode节点的大小，可以用如下命令：sudo dumpe2fs -h /dev/hda | grep "Inode size"。
由于每个文件都必须有一个inode，因此有可能发生inode已经用光，但是硬盘还未存满的情况。这时，就无法在硬盘上创建新文件。
inode的号码
每个inode都有一个号码，操作系统用inode号码来识别不同的文件。
Unix/Linux系统内部不使用文件名，而使用inode号码来识别文件。对于系统来说，文件名只是inode号码便于识别的别称或者绰号。
表面上用户通过文件名打开文件。实际上，系统内部这个过程分成三步：首先，系统找到这个文件名对应的inode号码；其次，通过inode号码，获取inode信息；最后，根据inode信息，找到文件数据所在的block，读出数据。见上图。
使用ls -i命令，可以看到文件名对应的inode号码：ls -i log.txt
目录文件
Unix/Linux系统中，目录（directory）也是一种文件。打开目录，实际上就是打开目录文件。
目录文件的结构非常简单，就是一系列目录项（dirent）的列表。
每个目录项，由两部分组成：所包含文件的文件名，该文件名对应的inode号码。 见上图。
ls -i命令列出整个目录文件，即文件名和inode号码：ls -i /etc 无需读取目录下的文件的inode节点。
如果要查看文件的详细信息，就必须根据inode号码，访问inode节点，读取信息。ls -l命令列出文件的详细信息。
ps:
目录文件的读权限（r）和写权限（w），都是针对目录文件本身。由于目录文件内只有文件名和inode号码，所以如果只有读权限，只能获取文件名，无法获取其他信息，因为其他信息都储存在inode节点中，而读取inode节点内的信息需要目录文件的执行权限（x）。
目录文件的"链接数"。创建目录时，默认会生成两个目录项："."和".."。前者的inode号码就是当前目录的inode号码，等同于当前目录的"硬链接"；后者的inode号码就是当前目录的父目录的inode号码，等同于父目录的"硬链接"。所以，任何一个目录的"硬链接"总数，总是等于2加上它的子目录总数（含隐藏目录）。
硬链接
一般情况下，文件名和inode号码是"一一对应"关系，每个inode号码对应一个文件名。但是Unix/Linux系统允许，多个文件名指向同一个inode号码。
这意味着可以用不同的文件名访问同样的内容；对文件内容进行修改，会影响到所有文件名；但是删除一个文件名，不影响另一个文件名的访问。这种情况就被称为"硬链接"（hard link）。
ln命令可以创建硬链接：ln 源文件 目标文件
运行上面这条命令以后，源文件与目标文件的inode号码相同，都指向同一个inode。inode信息中有一项叫做"链接数"，记录指向该inode的文件名总数，这时就会增加1。
反过来，删除一个文件名，就会使得inode节点中的"链接数"减1。当这个值减到0，表明没有文件名指向这个inode，系统就会回收这个inode号码，以及其所对应block区域。
软链接
文件A和文件B的inode号码虽然不一样，但是文件A的内容是文件B的路径。读取文件A时，系统会自动将访问者导向文件B。因此，无论打开哪一个文件，最终读取的都是文件B。这时，文件A就称为文件B的"软链接"（soft link）或者"符号链接（symbolic link）。
这意味着文件A依赖于文件B而存在，如果删除了文件B，打开文件A就会报错："No such file or directory"。这是软链接与硬链接最大的不同：文件A指向文件B的文件名，而不是文件B的inode号码，文件B的inode"链接数"不会因此发生变化。
ln -s命令可以创建软链接：ln -s 源文文件或目录 目标文件或目录
inode的特殊作用
由于inode号码与文件名分离，这种机制导致了一些Unix/Linux系统特有的现象。
1. 文件名包含特殊字符，无法正常删除。这时，直接删除inode节点，就能起到删除文件的作用。
2. 移动文件或重命名文件，只是改变文件名，不影响inode号码。
3. 打开一个文件以后，系统就以inode号码来识别这个文件，不再考虑文件名。因此，通常来说，系统无法从inode号码得知文件名。
ps:
第3点使得软件更新变得简单，可以在不关闭软件的情况下进行更新，不需要重启。因为系统通过inode号码，识别运行中的文件，不通过文件名。更新的时候，新版文件以同样的文件名，生成一个新的inode，不会影响到运行中的文件。等到下一次运行这个软件的时候，文件名就自动指向新版文件，旧版文件的inode则被回收。
删除目录：find . -inum 6340540 -delete
删除文件：find . -inum 6340540 | xargs rm -f
