Файловая система (filesystem) превращает плоский массив блоков диска в иерархию файлов и каталогов, управляя метаданными и свободным местом, чтобы это было надёжно и быстро.
В файловых системах UNIX каждый файл — это (index node): структура, хранящая файла (размер, владелец, права, временные метки, счётчик ссылок) и . Обратите внимание, чего inode хранит: . Имена живут в , которые являются просто файлами, отображающими имя → номер inode:
directory "docs" inode 1042 data blocks
┌───────────────────┐ ┌──────────────┐ ┌────────┐
│ "report.txt" →1042│───────────▶│ mode, uid │──ptr───▶│ block │
│ "notes.txt" →1050│ │ size, times │──ptr───▶│ block │
└───────────────────┘ │ link count=2 │ └────────┘
│ block ptrs │──(indirect)──▶ ...
└──────────────┘
Поэтому hard link — это просто вторая запись в каталоге, указывающая на тот же inode (link count 2), и поэтому rm на самом деле — это unlink: он удаляет имя и освобождает inode только когда счётчик ссылок достигает нуля.
Одна логическая операция (например, append) касается нескольких блоков — inode, битовой карты свободного места, данных. Сбой на полпути оставляет файловую систему в несогласованном состоянии. Журнал (journal) сначала записывает намеченные изменения в лог, затем применяет их; после сбоя ФС повторяет (replay) или отбрасывает (discard) журнал вместо медленного полного сканирования (fsck). Режимы обменивают безопасность на скорость: журналирование только метаданных (быстро, распространено) против метаданных и данных.
Ядро кэширует данные файлов в RAM в page cache, поэтому повторные чтения попадают в память, а записи буферизуются и сбрасываются позже (write-back):
buffered I/O (default): app ↔ page cache ↔ disk → cached, async writeback, fast re-reads
direct I/O (O_DIRECT): app ↔ disk → bypass the cache; DBs manage their own
fsync(): force buffered data to durable storage (required for real durability)
Buffered I/O быстр, но «записанные» данные не долговечны, пока не выполнен fsync; базы данных часто используют direct I/O плюс собственный buffer pool, чтобы точно контролировать кэширование и долговечность.
Внутреннее устройство файловой системы объясняет повседневное поведение: почему работают hard link, почему удаление файла, который процесс всё ещё держит открытым, не освобождает место, пока он не закроется, почему fsync необходим для долговечности (и классический баг потери данных при его пропуске), и почему второе чтение файла мгновенно (page cache). Senior-инженеры рассуждают об этом, выбирая buffered vs direct I/O для базы данных, подбирая размер RAM под cache или отлаживая проблему согласованности после сбоя.
Библиотека вопросов для IT-собеседований с подробными ответами — от Junior до Senior.
Поддержать