操作系统拿着文件名查找磁盘文件的全过程

---

前言

在写完文件系统那篇博客之后总感觉差点意思。今天这篇博客就从宏观上来讲述，操作系统拿着文件名去磁盘上查找文件的全流程。

---

操作系统拿着文件名查找磁盘文件的全过程

一句话总览：
从「文件名」到「磁盘数据」的查找过程，其实是操作系统从路径 → 目录 → inode → 数据块逐层解析的过程。

---

Step 1：路径解析（Path Parsing）

操作系统拿到一个路径（如 /home/user/test.txt），会先从根目录 / 开始查找。
路径会被拆解成多级目录：
/ → home → user → test.txt

每一级目录都要被访问一次。
在访问目录时，操作系统要读取它对应的 inode，并通过它的 data block 获取 文件名与 inode 的映射关系表。

每个目录本质上是一个特殊文件，它的数据块中保存着「文件名 → inode编号」的对应表。

---

Step 2：找到文件的 inode 编号

当系统解析到最后一级目录时（例如 user 目录），它会在该目录的 data block 中查找目标文件名（test.txt）。
查到后，操作系统就得到了该文件对应的 inode 编号（inode number）。

注意：
文件名不是文件的属性！
文件名保存在上一级目录的数据块中，而不是文件自己的 inode 中。

---

Step 3：根据 inode 编号找到文件属性

拿到 inode 编号后，操作系统进入下一步：
→ 通过 inode bitmap 找到该 inode 在 inode table 中的位置。
→ 从 inode table 中读出这个文件的属性（大小、权限、时间戳、所属用户、数据块指针等）。

inode 中最关键的信息之一是：
int data_blocks[N] —— 记录该文件内容在磁盘上的块号。

---

Step 4：通过 inode 中的数据块指针找到内容

操作系统根据 inode 中保存的 data block 编号，从磁盘的 data blocks 区 读出真正的文件内容。

数据块（block）是磁盘的基本存储单位（通常 4KB = 8个扇区）。
所以系统读文件时，并不是一个扇区一个扇区地读，而是以块为单位批量读取。

---

Step 5：磁盘访问细节（LBA寻址）

此时文件内容所在的数据块（block）在物理磁盘上其实对应很多个扇区。
操作系统通过文件系统层的块号（block number）找到对应的 LBA地址（Logical Block Address），磁盘控制器再将其转换为 CHS（Cylinder-Head-Sector） 物理地址，最终定位到磁盘上的真实位置。

所以：

• OS 只认 LBA（逻辑块地址）
• 磁盘内部自动完成 LBA → CHS 转换

---

Step 6：路径缓存（dentry cache）

「等下，那每次都要从根目录查一遍？那效率岂不是爆炸低？」

没错，所以 Linux 在内存中维护了一棵 目录树缓存（struct dentry 树）。

• 每打开一个目录或文件，都会在内核中生成一个 dentry 结构。
• 这些结构以 多叉树 + Hash + LRU 的方式组织。
• 当再次访问同一路径时，系统直接从缓存中找到目标 inode，避免磁盘 I/O。

---

Step 7：跨分区查找与挂载（Mount）

路径中的不同部分可能对应不同分区，比如：

/  -> 根分区（/dev/sda1）
/mnt/usb  -> 挂载在U盘分区（/dev/sdb1）

所以系统在路径解析时，会根据路径前缀判断文件在哪个分区。
每个分区中都有自己的：

• super block
• GDT
• inode bitmap
• data block bitmap
• inode table
• data blocks

只有在挂载（Mount）操作后，分区才能与目录绑定并被访问。

---

Step 8：总结整个查找过程

步骤	操作	涉及结构	说明
1️⃣	解析路径	dentry（目录项缓存）	从根开始逐级解析路径
2️⃣	查找文件名对应 inode 编号	目录文件的 data block	得到文件的唯一 inode number
3️⃣	定位 inode	inode bitmap + inode table	获取文件属性信息
4️⃣	定位数据块	data block bitmap + inode 中的 block 指针	找到存放内容的块号
5️⃣	读取文件内容	LBA地址映射	从磁盘加载数据块
6️⃣	缓存路径	dentry 树结构	提高下次访问速度
7️⃣	分区管理	挂载（Mount）机制	实现多分区统一访问

---

最终串讲一句话

操作系统拿着文件名找文件的全过程：

路径解析（目录→inode） → 属性查询（inode→data block） → 物理定位（block→LBA→磁盘） → 路径缓存（dentry） → 分区挂载（mount）

---

完