本文介绍SimFS的数据结构
| FSHead | Block Group 0 | Block Group 1 | Block Group N ... |
|---|
整个文件系统包含一个FSHead和无数个BlockGroup，BlockGroup的数量是根据需要进行创建的。默认有一个BlockGroup。
FSHead定长256B，它的结构为：
| Name | Type or Length | Description |
|---|---|---|
| Signature | 4 | String constant: SMFS |
| Version | byte | |
| Block Size | ushort | |
| Block Pointers Count | byte | Determins how many blocks pointers can a inode have |
| Attribute Size | byte | User defined the size of custom file attributes |
| Block Group Count | int | Tells the file system how many Block Groups are allocated. |
| ... | Reserved |
| Structure | Block Group Head | Blocks Bitmap | Inodes Bitmap | InodeTable | Blocks ... |
|---|---|---|---|---|---|
| Size | 32B | BlockSize * 1B | BlockSize * 1B | InodeSize * BlockSize * 8B | BlockSize * BlockSize * 8B |
BlockGroup是根据BlockSize计算出来的定长的数据结构, 具体每个区块大小的计算方式看上述表格。
我使用了BlockGroup结构来分配磁盘内存，如此可以根据用户的需要逐渐分配和扩张磁盘空间。 每个数据块的作用会在底下一一解释。
这里先笼统的概括一下SimFS是如何保存文件的，后面会再展开：
- 文件的元数据保存在inode中。
- 文件的内容保存在blocks中。
Block Group Head数据定长32B，它的结构为：
| Name | Type or Length | Description |
|---|---|---|
| Signature | 4 | String constant: BKGP |
| Free Blocks | ushort | Tells the file system how many free blocks can allocate, without loading it |
| Free Inodes | ushort | Tells the file system how many free inodes can allocate, without loading it |
| ... | Reserved |
这了个Bitmap用来追踪Block/Inode的分配情况，可以追踪BlockSize * 8个Block/Inode。
BlockGroup会根据这两个Bitmap来分配空闲的Inode和Block给对应的文件。
Inode的大小比较复杂，它和BlockSize和AttributeSize有关：
| Name | Type or Length | Description |
|---|---|---|
| Length | int | Length of the file |
| Usage | byte | a value to check usage of a inode, more info on InodeUsage Enum |
| Attributes | User Defined | The place to store user defined custom attributes |
| Block Pointers | BlockPointerData * N | BlockPointerData is a structure that tells the file system were the content of the is |
Block Pointer Data是一个连续的Block指针，代表了一段连续的磁盘空间。
| Name | Type or Length | Description |
|---|---|---|
| Block Index | int | The global index of a block |
| Block Count | byte | The contiguous size of a allocated block pointer |
一个Inode包含N个BlockPointerData，N的值为当BlockSize小于1024是为3，否则为7。这直接定义了一个文件的最大限制。
- 当BlockSize为512时，N为3，那么文件的最大大小为：
512 * byte.MaxValue * 3 = 382.5KB - 当BlockSize为1024时，N为7，那么文件的最大大小为：
1024 * byte.MaxValue * 7 = 1785KB
说回Inode的大小，它的大小为:
- 5i：Inode的基础参数大小
- 5p：BlockPointerData的大小
- N: BlockPointerData的数量
- AttrSize : 用户自定义Attribute的大小
即：5 + 5 * N + AttrSize。
根据开头的描述，一个BlockGroup会包含8 * BlockSize个Inode，所以Inode Table的大小也是固定的： InodeSize * BlockSize * 8
一个文件的创建先要从BlockGroup中分配一个Inode，然后根据文件的大小动态分配BlockPointerData并保存在Inode中，根据Inode中的BlockPointerData数据来定位可以读取或写入的起始位置和长度。
和Linux系统一样，文件夹是一个特殊的文件，所以它文件夹的数据也保存在Inode中。 并且定义：第0个BlockGroup的第0个Inode为根目录的Inode，根目录不可删除。
一个Directory内包含了N个Entry,N的数量也是有上线的，为：文件大小上限/EntrySize。但是Entry的大小也是动态的。
先展示一下DirectoryEntry的数据结构：
| Name | Type or Length | Description |
|---|---|---|
| Length | byte | the entire length of a entry |
| Name Length | byte | the length of the filename string |
| InodeUsage | byte | to check the entry is a file or a directory |
| Inode Index | int | the global index of the actual inode |
| Name Bytes | Length - 7 | the bytes to store the filename |
由此可以看出，一个DirectoryEntry的最大长度是255，其次，这个Entry包含的文件名最大可以存放248个byte,即文件名在进行UTF-8编码以后最大的长度是248。
DirectoryEntry在分配以后，若该文件被删除，它的Entry也不会回收（以后会在碎片整理中回收），当需要创建一个新的文件，且它的文件名长度小于EntryLength - 7时则会被重复利用。