0.2秒居然复制了100G文件？
今天同事用 cp 命令，把他给惊到了！背景是这样的：他用 cp 拷贝了一个 100 G的文件，竟然一秒不到就拷贝完成了！
图片来自 Pexels
cp 引发的思考
用 ls 看一把文件，显示文件确实是 100 G。
sh-4.4# ls -lh
-rw-r--r-- 1 root root 100G Mar 6 12:22 test.txt
但是 copy 起来为什么会这么快呢？
sh-4.4# time cp ./test.txt ./test.txt.cp
real 0m0.107s
user 0m0.008s
sys 0m0.085s
我让他先用 du 命令看一下，却只有 2M ，根本不是 100G，这是怎么回事？
sh-4.4# du -sh ./test.txt2.0M ./test.txt再看 stat 命令显示的信息：
sh-4.4# stat ./test.txt
File: ./test.txt
Size: 107374182400 Blocks: 4096 IO Block: 4096 regular file
Device: 78h/120d Inode: 3148347 Links: 1
Access: (0644/-rw-r--r--) Uid: ( 0/ root) Gid: ( 0/ root)
Access: 2021-03-13 12:22:00.888871000 0000
Modify: 2021-03-13 12:22:46.562243000 0000
Change: 2021-03-13 12:22:46.562243000 0000
Birth: -
Size 为 107374182400（知识点：单位是字节），也就是 100G。
Blocks 这个指标显示为 4096（知识点：一个 Block 的单位固定是 512 字节，也就是一个扇区的大小），这里表示为 2M。
Size 表示的是文件大小，这个也是大多数人看到的大小。
Blocks 表示的是物理实际占用空间。
文件系统
对吧，至少自己名字要写上。可能还会给你一个牌子，让你挂手上，这个东西就是为了标示每一个唯一的行李。
取行李的时候，要报自己名字，有牌子的给他牌子，然后工作人员才能去特定的位置找到你的行李。
登记名字就是在文件系统记录文件名
生成的牌子就是元数据索引
你的行李就是文件
寄存室就是磁盘（容纳东西的物理空间）
管理员整套运行机制就是文件系统
直观的一个想法，我把进来的数据就完整的放进去。
对，思路完全正确。改进的方式就是切分，把空间按照一定粒度切分。每个小粒度的物理块命名为 Block，每个 Block 一般是 4K 大小，用户数据存到文件系统里来自然也是要切分，存储到磁盘上各个角落。
先写数据：数据先按照 Block 粒度存储到磁盘的各个位置。
再写元数据：然后把 Block 所在的各个位置保存起来，即 inode（我用一本书来表示）。
先读 inode，找到各个 Block 的位置。
然后读数据，构造一个完整的文件，给到用户。
好，我们现在来看看 inode，直观地感受一下：
前 12 个槽位（也就是 0 - 11 ）我们成为直接索引
第 13 个位置，我们称为 1 级索引
第 14 个位置，我们称为 2 级索引
第 15 个位置，我们称为 3 级索引
一个 block 4K，每个元素 4 字节，也就是有 1024 个编号位置可以存储。所以，一级索引能寻址 4M（1024 * 4K）空间 。
三级索引：三级索引是在二级索引的基础上又多了一级，也就是说，有了 4G 的空间来存储用户数据的 block 编号。所以二级索引能寻址 4T （4G/4 * 4K） 的空间。
在 [0,4K] 这位置有 4K 的数据
在 [1T , 1T 4K] 处也有 4K 数据
创建一个文件，这个时候分配一个 inode。
在 [ 0，4K ] 的位置写入 4K 数据，这个时候只需要 一个 block，把这个编号写到 block[0] 这个位置保存起来。
在 [ 1T，1T 4K ] 的位置写入 4K 数据，这个时候需要分配一个 block，因为这个位置已经落到三级索引才能表现的空间了，所以需要还需要分配出 3 个索引块。。
写入完成，close 文件。
实际存储如图：
首先，最关键的是把磁盘空间切成离散的、定长的 block 来管理。
然后，通过 inode 能查找到所有离散的数据（保存了所有的索引）。
最后，实现索引块和数据块空间的后分配。
后记