python散点图区域如何设置成一个凸的形状

利用Python绘制酷炫的散点图



Python程序员

2021年8月27日12:00



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文章：菜J学Python

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散点图概述

一、什么是散点图？

散点图是指在数理统计回归分析中，数据点在直角坐标系平面上的分布图，散点图表示因变量随自变量而变化的大致趋势，由此趋势可以选择合适的函数进行经验分布的拟合，进而找到变量之间的函数关系。

二、散点图有什么用处？

1、数据用图表来展示，显然比较直观，在工作汇报等场合能起到事半功倍的效果，让听者更容易接受，理解你所处理的数据。

2、散点图更偏向于研究型图表，能让我们发现变量之间隐藏的关系为我们决策作出重要的引导作用。

3、散点图核心的价值在于发现变量之间的关系，千万不要简单地将这个关系理解为线性回归关系。变量间的关系有很多，如线性关系、指数关系、对数关系等等，当然，没有关系也是一种重要的关系。

4、散点图经过回归分析之后，可以对相关对象进行预测分析，进而做出科学的决策，而不是模棱两可。比如说：医学里的白细胞散点图可以在医学检测方面为我们健康提供精确的分析，为医生后续的判断做出重要的技术支持。

三、散点图的基本构成要素

散点图主要的构成元素有：数据源，横纵坐标轴，变量名，研究的对象。而基本的要素就是点，也就是我们统计的数据，由这些点的分布我们才能观察出变量之间的关系。

而散点图一般研究的是两个变量之间的关系，往往满足不了我们日常的需求。因此，气泡图的诞生就是为散点图增加变量，提供更加丰富的信息，点的大小或者颜色可以定义为第三个变量，因为，做出来的散点图类似气泡，也由此得名为气泡图。

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散点图绘制

一、简单散点图

数据越多散点图呈现的效果就越明显。这也就是我们平时在进行建模的时候，采用回归拟合的原则，如果数据是遵循某种函数关系，我们可以通过机器进行训练，不断的迭代达到最优效果。



二、多维数据散点图

我们在平时的运用场景中，发现散点图太多呈现的效果图太密集了，我们只需要知道某一个区域它分布的数量，本来柱状图可以解决，但是这个散点图一个更好，可以反映区域的分布，主要可以看见它的数量趋势变化，根据自己的业务需求来使用吧。



三、散点图显示分割线

显示分割线，其实和之前的没有异样。



四、散点图凸出大小（二维）

用二维的数据来展示每个类别的分布状况，图表可显示多个类别，这样极大的增强了我们解释的效果。



五、3D散点图展示



六、动态涟漪散点图

之前的散点都是静态的，下面我们来看看动态的散点图。



七、箭头标志散点图



几乎散点图都差不多介绍到这里了，其实用的最广的还是第一个，其他的根据你的场景来具体使用吧。

免责声明

对于很多人来说，如何成为一名专业的程序员是每个程序员都想知道的。在整个IT行业中，能够成为专业的程序员是非常重要的，并且有利于未来的发展，那么应该如何让自己成为专业的程序员呢？下面昌平北大青鸟为大家具体介绍自己成长的几个方面。

1、只做正确的事

对于软件行业的人来说，我们面临着一个很大的挑战，那就是如何以正确的方式把事情做好。电脑培训认为应该了解什么是正确的事呢？这就要看你在做什么，应该如何去做。而所谓的“正确的事”中包含的并不是重点，而是你是否能够坚持下去。

2、先苦后甜

一个专业的程序员，在他的职业生涯的各个阶段，他需要花几天的时间来解决一个问题。专业的程序员需要知道困难给他们带来的挑战，这使他们日以继夜，他们明白问题必须得到解决。所以IT培训认为一个程序员变成了一个专业的程序员是需要在痛苦中训练的。

3、学无止境

在某些行业，你也许可以不用多年来学习新的东西，但是因为软件技术革新的这么快，你必须时刻关注。你的老板会为了你有某种技能而花钱雇你的，如果你的技能已经过时了，过期了，你也就没有价值了。想成为一名专业的程序员，你必须每天努力寻找新知识，学习新的知识。

想要成为一名专业的程序员是需要从各个方面完善自己的，做到不断的培养自己的习惯。北大青鸟认为在整个过程中不仅能够学习到更多的新知识，还能提升自己对一件事情不同的认知。

知识改变命运，对于Java程序员来说，技术不断更新，只有及时充电，才能不被市场淘汰。北大青鸟今天为大家分享Java程序员学习的6个小技巧。

1、一定要看书

现在学习Java变得比以前容易多了，除了有大量的视频教程外，还有专业的java培训机构，这都使学习变得更加傻瓜化，然而我要说的是，Java虽然变得越来越容易学，然而那只代表入门容易，并不代表这门编程技术就真的变简单了。

如果仅仅学了些皮毛，高手写的程序你是望尘莫及的。在学习的过程中，书籍永远是知识最好的载体，很多优秀的程序员大师精心编撰的编程书籍，富含的不仅仅是一些知识，更多的是他们所传授的思想，电脑培训建议通过看书，专研书籍中的内容，会让你变得更加聪明，写的程序也更加的精炼。

2、编程的时候，一定要独立思考

现在网络很发达，我见很多程序员总爱百度，包括我带的许多人都是这样，一个jdbc这么初级的东东，他们编程几年了，每次用还总是百度查。这个东西应该是熟记于心的，随时用，信手拈来，这样才能成为高手。就好像一个修理工，一遍查手册，一边给你修车，亦或是一个医生，一边看教程，一边给你看病，想想就觉得恐怖。

3、算法很重要，要不断的优化程序

现在很多人都是快速的学习，快速的练习，反复的练习。而我的建议是，无论你学到什么阶段，都要去不断的优化自己的编程，能用3行实现的程序，不用5行，这样你编写的程序才能更加凝练。而且，编程学习的中后期，就要重视算法，尽量编程优质的程序，这才是编程的美妙之处。

4、写一个程序，不断改进

你学习的过程可能很漫长，我建议你从一开始的时候，就想着写一个小程序，比如一个计算器的程序，开始可能很简单，仅仅通过命令行的方式呈现，功能可能也只有加减乘除，但是随着你学习的深入，你可以不断的完善这个程序，直到有一天，你把它做成一个非常完善，性能非常卓越的程序后，你就真正学成了。

成为一名Java程序员，相对于很多学Java半途而废的朋友来说是相当的不错，成为一名优秀的Java程序员，那么相对于很多安于现状普通的Java程序员来说，是相当的不错。Java程序员前加上优秀进行点缀，那么自己在Java行业中也不愁发展。北大青鸟分享怎么做一个优秀的Java程序员呢

怎么做一个优秀的Java程序员

1树立优秀的目标

自己称自己优秀，会被当成自恋，但是其他人称自己优秀，那么说明自己的实力得到一定的认证，越发多的人称自己优秀，那么自己真的是在Java程序员这条道理上是越走越优秀。关键是优秀，没有那么容易被称上，你想要优秀，那么你心目中就得有数，现在的你还不够优秀，所以得不断努力，让自己保持优秀，不随波逐流。

2实力证明自己优秀

优秀从哪里可以看得出来，还是得从自己的Java技术越变越好中看得出，以前你不能解决的问题，现在你可以做得到了，那么你变得优秀了。其他人不能解决的问题，现在你可以解决，那么你也变得优秀了。怎么样才能够解决越来越多的问题呢就是你的Java技术水平一升再升。

3优秀也体现在软技能的增加

软实力软技能对Java程序员的职业生涯来说非常重要，作为一个Java程序员，你肯定知道，你的工作并不仅仅是编写代码，有时候得跟客户进行需求的更改，所以人际交往能力是必须的，自我表达能力也是要有的，团结协作的精神更是要有的，所以作为一个Java程序员你也得提升软技能，才能够更加的优秀。

不过分，只要你的技能过关满足非常符合公司的要求，程序员特别是薪资在基础水平的时候，涨薪50%是不错的。如果说你本身的薪资已经是行业顶尖了，那这个就有点难度了，毕竟一个职业的薪资是有上限的。

工业互联网的发展，对程序员产生了很大的影响，它改变了程序员的工作方式，提高了程序员的工作效率，改变了程序员的工作内容，提高了程序员的技术水平。

首先，工业互联网的发展改变了程序员的工作方式，使程序员可以在网络上进行工作，而不必在办公室里工作。这样，程序员可以节省时间，提高工作效率，更好地利用时间。

其次，工业互联网的发展改变了程序员的工作内容，使程序员可以更好地利用计算机网络，开发出更加先进的程序，提高程序的安全性和可靠性。

最后，工业互联网的发展提高了程序员的技术水平，使程序员可以更好地利用计算机网络，更好地理解网络技术，更好地开发出更加先进的程序。

总之，工业互联网的发展对程序员产生了很大的影响，改变了程序员的工作方式，提高了程序员的工作效率，改变了程序员的工作内容，提高了程序员的技术水平。

随着大数据、云计算、物联网、人工智能等技术的发展，未来程序员的薪资待遇将呈现出以下几个特点：

第一：高端人才（具备创新研发能力）的短缺将导致薪资待遇持续攀升。 目前整个IT领域正在进行产业结构化升级，在物联网、人工智能等领域需要大量的高端人才进行技术攻关和落地实践，由于人工智能等高端人才的培养周期相对较长，所以在未来较长一段时间内，高端人才的薪资待遇将持续攀升。

第二：中高端人才（具备较强的研发能力）待遇稳定提高。 中高端人才是目前推动IT领域发展的主力军，近些年随着互联网领域的快速发展，整个行业的中高端人才待遇已经得到了明显的提升。下一步随着产业互联网的发展，整个IT行业的中高端人才待遇将在一个稳定的基础上保持增长。

第三：中低端人才（应用级开发）薪资上升空间有限。 产业互联网的发展必然会需要大量的中低端人才充斥到行业应用领域，由于岗位自身的技术含量有限且培养周期相对较短，所以中低端人才的薪资待遇并不会有明显的提升。在传统的IT领域，中低端应用级程序员的淘汰率也往往比较高，随着技术不断更新，不少应用级程序员因为无法适应新技术而选择转行。

从IT行业的发展趋势来看，未来虽然IT领域会持续释放出大量的就业岗位，但是对人才的要求也会逐渐提高。如果未来想在程序员的道路上走的更远，一定要走研发级程序员路线，这样不仅能稳步提升自己的薪资待遇，职业生命周期也有明显的优势。

对于广大的大学生和初级程序员来说，读研是一个不错的选择。

作者简介：中国科学院大学计算机专业研究生导师，从事IT行业多年，研究方向包括动态软件体系结构、大数据、人工智能相关领域，有多年的一线研发经验。

欢迎关注作者，欢迎咨询计算机相关问题。

现在程序员的工资，在我看来是有一定水分的，但是和前五年、前十年相比，已经被挤出去很多了；未来程序员的工资，两极分化可能会比较严重，高的依然很高，但是跨行参加个程序员培训班，想通过半年的培训就找到一份高工资的工作，会非常难了。

程序员的工资并没有想象中那么高

未来入门门槛越来越高，低水平程序员日子不好过

近十来年，计算机一直是热门行业，所以一方面有很多大学生选择这个专业，另一方面各种培训机构也在“量产”软件程序员；我在北京这十来年，见到最夸张的时候，一个非计算机专业的学生，进培训班半年，出来就能找到一份月薪几千的工作，半年后跳槽就能月薪过万了。

但只有当大潮退去的时候，你才能知道谁在“裸泳”，当整个行业不在“疯狂”的时候，混日子的程序员一定会被淘汰。

现在越来越多的公司在招聘程序员的时候，会看这个人的学历、能力和工作经验，而不会“是根儿菜就先捡到碗里”，大家也不要问“初中毕业参加程序员培训班，能找到工作么？”，“四十岁计算机小白想转行程序员，来得及么？”。

没问题，但过程一定很难！

未来优秀的程序员，薪资依然会很高

未来很长时间，程序员的缺口依然很大，只不过行业从原来的“野蛮生长”，变成了“优胜劣汰”；优秀的程序员需要持之以恒的学习，很多坚持不下来的，要么转行，要么只能接受低薪；

程序员这个行业的特殊性，程序员小哥哥们的“脑袋”是最重要的生产资料，优秀的程序员是可以做到“一顶五”的，并且随着自动化工具的推广，只会“体力劳动”的程序员会逐渐被淘汰，剩下的必将是高薪的“人才”；

我们单位每年校招的时候，好学校计算机专业毕业生都“抢”不到

我将持续分享Java开发、架构设计、程序员职业发展等方面的见解，希望能得到你的关注。

有个段子说，程序员之间是存在鄙视链的，我想说当你踏入这一行的时候，你会发现这不只是一个段子，而是真实存在的。

一、即使初入行，虽然都是程序员，但是起点薪资差距就已经能很明显看出差距的。

看一组招聘网站的数据

测试的工资

Java开发的工资

人工智能方向的程序员

图里是不是可以一目了然，程序员的薪资存在明显差异？

程序员嘛，大家应该也都知道，测试、开发这些，而测试分什么功能工作、自动化测试、性能测试等等，开发分什么前端开发、后端开发、Java开发等，还有人工智能等方向的。

其中最容易入门的是哪个？是的，很多人都知道就是测试。 最容易入门的测试人员，其实只需要你有执行力就够了，很明显就是会执行测试用例就行，不需要你太多的思考，不过这个时候你想拿个五六七八千的还是可以的。

很多外行人总觉得搞IT的工资很高，程序员动不动就年薪百万，不是的，你知道优秀的程序员和普通的程序员之间的差距有多大吗？你知道不同食物链端的程序员的上升和涨薪有多难吗？而且你知道低端程序员和高端程序员之间的起点差距就很大了吗？

很多人总觉得说，我大学没毕业参加培训机构转行程序员可以吗？可以是可以，但是因为培训机构出来的人越来越多的，加上资深的HR基本上从简历上有的就能判断出是培训机构出来的，这个时候你连敲门砖都敲不了，即使有也是那种要求很低的，这种的薪资是真的不高的，而且对于你的发展是真的很受限制的。

目前我接触的面试主要是针对于测试工程师的，招聘对象在毕业1年到3年之间的初级测试工程师，为什么我们不太想要3年以上的呢？一是超过3年的思维大多数比较固定化，二是薪资要的高，三是大多数能力真的很一般，那么这样就会造成啥？造成当你工作好几年还是个初级测试工程师的时候，跳槽工资也不会很高，而这个趋势会越演越烈。

所以说到底，低端的多且技术一般（即编程能力一般），工资再过多久都不可能升很高。

就目前的市场来说，程序员其实已经开始两极化了，高的那一拨真的工资是以年薪百万算的，而低的有可能年薪都不到10万。而且程序员不是一行越老越吃香的行业，一定是那一批吸收新知识掌握新技术的人，才能是说迈入高端程序员的。

所以未来程序员的薪资会变得越来越两极化，因为大批加入IT行业的人，特别是非科班出身然后只是经过了短短几个月的培训的人，你会发现你很难接触大公司，甚至你有可能一直只能在外包，这个时候你工作1到3年你会发现比刚毕业或者刚转行的要强一点，但是当你工作了5年之后，你会发现你的薪资怎么的也上不去。

当低端的程序员越来越多甚至开始达到饱和的时候，市场价格就不可能会有多大的提升空间，但是那些高端的抢手的程序员，他们一定会工资越来越高的，所以未来程序员的薪资一定会比现在的更加两极化，而且拥有一批高端程序员的公司一定会走得更快和更远，他们就越有资本吸引更高端的程序员了。

PS：每周筛选测试简历上百份，面试过多个测试候选人，目前正在进修测试技能

所有职业的收入预期，无一例外都与它所在行业的兴衰关联。互联网行业虽然已经发展多年，但仍不停有热点和新概念出现。加上传统行业的信息化需求巨大。所以程序员的需求会长期存在。

虽然现在很多人进入程序员这个行业，但程序员的流失率更大。所以在供不应求的情况下程序员的收入还是看好的。

互联网我认为IT领域未来的发展方向， 从实体方面来看一定是智能设备和物联网，从领域来看一定是互联网+，未来的网络将会越来越智能。

互联网是网络与网络，网络与人的连接；而物联网就是物体与网络，人与网络的连接。阿里巴巴的投资人孙正义在互联网大会上说过：“今天每个人大概会有两个移动设备，2020年的时候，每个人连接的设备的数量会达到一千个”。

互联网将会应用的越来越广泛， Python+人工智能、Java+大数据、 游戏 开发的人才在未来的三五年内应该都是紧需的人才。 随着大数据时代的到来， 算法/研究方向的高端人才将变得及为紧缺。

一个初级的Java工程师，薪资都是从8K起，更别说技术大牛CTO之类的年薪过百万也不是瞎说！

薪水高，企业需求量大，让很多人趋之若鹜。

2018年，教育部撤销了很多专业。

为什么这些专业一夜之间会被撤销呢？

据权威解释：主要原因是 就业问题。

很多非热门的专业招生，造成学生就业困难。而个别不符合市场未来发展方向，前景不明朗的专业也终会被淘汰。

对于被取消该院校的专业的在校大学生来说，或许有一种“还没毕业就有种被 社会 淘汰了的感觉”，因为报考的专业被取消，也就意味着 社会 需求并不是很大，或者可以说 社会 就业率低，担心自己毕业后找不到合适的工作。

那么，撤销了这些专业，

现在，又有哪些新专业比较火呢？

虽然有很多专业被取消了，但是全国也新增2072个本科专业，不久前，人力资源和 社会 保障部正式发布13个新职业，主要集中在高新技术领域，由人工智能、最新的数字技术催生出来。其中新增最热门的专业要数： 机器人工程和人工智能。

这，无疑是个风向标。

教育部公布2018年度《普通高等学校本科专业备案和审批结果》，其中，全国各大高校新增备案最多的4个本科专业分别是数据科学与大数据技术（196所）、机器人工程（101所）、智能科学与技术（96所）、智能制造工程（50所）；新增审批最多的3个本科专业分别是人工智能（35所）、网络空间安全（25所）、会计学（13所）。

应市场需求， 人工智能 专业开设院校数量稳居第一。而且，这个专业将于2019年在全国首次招生。

Python作为一种动态、面向对象的主流脚本语言，由简单易学、免费开源、可移植性高、速度快等特点，得到了越来越多开发者的青睐，同时Python还有丰富的库以及嵌入性，这也大大解放了开发者的劳动力，让大家省去很多码字时间，做更高级的思考。Python开发工程师们的年薪，普遍可以在25万-50万之间。

不管是Java还是Python，未来需求会这些变成语言的程序员肯定会越来越多，薪资肯定也会提升。

现在it行业成群体性发展bat这种都是生态链式发展今后程序员应该待遇成两级分化

程序员差别很大，技术层次差别很大，不好说啊。

不会有什么变化 这是一个有价值的工作 一般人做不了

两极分化更严重，，高端人才比如人工智能，视觉处理等高端人才的需求增大导致薪资还会持续增长，普通的程序员的工资不会和现在有太大差

本篇与之前的第三篇的内存管理知识点有相似的地方

对于运行的进程来说，内存就像一个纸箱子, 仅仅是一个暂存数据的地方， 而且空间有限。如果我们想要进程结束之后，数据依然能够保存下来，就不能只保存在内存里，而是应该保存在 外部存储 中。就像图书馆这种地方，不仅空间大,而且能够永久保存。

我们最常用的外部存储就是 硬盘 ，数据是以文件的形式保存在硬盘上的。为了管理这些文件，我们在规划文件系统的时候，需要考虑到以下几点。

第一点,文件系统要有严格的组织形式，使得文件能够 以块为单位进行存储 。这就像图书馆里，我们会给设置一排排书架，然后再把书架分成一个个小格子，有的项目存放的资料非常多，一个格子放不下，就需要多个格子来进行存放。我们把这个区域称为存放原始资料的 仓库区 。

第二点,文件系统中也要有 索引区 ，用来方便查找一个文件分成的多个块都存放在了什么位置。这就好比，图书馆的书太多了,为了方便查找,我们需要专门设置一排书架,这里面会写清楚整个档案库有哪些资料,资料在哪个架子的哪个格子上。这样找资料的时候就不用跑遍整个档案库,在这个书架上找到后，直奔目标书架就可以了。

第三点,如果文件系统中有的文件是热点文件,近期经常被读取和写入，文件系统应该有 缓存层 。这就相当于图书馆里面的热门图书区,这里面的书都是畅销书或者是常常被借还的图书。因为借还的次数比较多,那就没必要每次有人还了之后，还放回遥远的货架，我们可以专门开辟一个区域, 放置这些借还频次高的图书。这样借还的效率就会提高。

第四点,文件应该用 文件夹 的形式组织起来，方便管理和查询。这就像在图书馆里面，你可以给这些资料分门别类,比如分成计算机类文学类历史类等等。这样你也容易管理，项目组借阅的时候只要在某个类别中去找就可以了。

在文件系统中，每个文件都有一个名字,这样我们访问一个文件，希望通过它的名字就可以找到。文件名就是一个普通的文本。 当然文件名会经常冲突,不同用户取相同的名字的情况还是会经常出现的。

要想把很多的文件有序地组织起来,我们就需要把它们成为 目录 或者文件夹。这样,一个文件夹里可以包含文件夹,也可以包含文件,这样就形成了一种 树形结构 。而我们可以将不同的用户放在不同的用户目录下，就可以一定程度上避免了命名的冲突问题。

第五点，Linux 内核要在自己的内存里面维护一套数据结构，来保存哪些文件被哪些进程打开和使用 。这就好比，图书馆里会有个图书管理系统，记录哪些书被借阅了，被谁借阅了，借阅了多久,什么时候归还。

文件系统是 *** 作系统中负责管理持久数据的子系统，说简单点,就是负责把用户的文件存到磁盘硬件中,因为即使计算机断电了，磁盘里的数据并不会丢失,所以可以持久化的保存文件。

文件系统的基本数据单位是 文件 ，它的目的是对磁盘上的文件进行组织管理，那组织的方式不同,就会形成不同的文件系统。

Linux最经典的一句话是:“一切皆文件”,不仅普通的文件和目录，就连块设备、管道、socket 等，也都是统一交给文件系统管理的。

Linux文件系统会为每个文件分配两个数据结构: 索引节点(index node) 和 目录项(directory entry) ，它们主要用来记录文件的元信息和目录层次结构。

●索引节点，也就是inode, 用来记录文件的元信息，比如inode编号、文件大小访问权限、创建时间、修改时间、 数据在磁盘的位置 等等。 索引节点是文件的唯一标识 ,它们之间一一对应, 也同样都会被 存储在硬盘 中,所以索引节点同样占用磁盘空间。

●目录项，也就是dentry, 用来记录文件的名字、索引节点指针以及与其他目录项的层级关联关系。多个目录项关联起来，就会形成 目录结构 ，但它与索引节点不同的是,目录项是由内核维护的一个数据结构,不存放于磁盘，而是 缓存在内存 。

由于索引节点唯一标识一个文件，而目录项记录着文件的名，所以目录项和索引节点的关系是多对一,也就是说，一个文件可以有多个别字。比如，硬链接的实现就是多个目录项中的索引节点指向同一个文件。

注意，目录也是文件，也是用索引节点唯一标识，和普通文件不同的是，普通文件在磁盘里面保存的是文件数据，而目录文件在磁盘里面保存子目录或文件。

（PS：目录项和目录不是一个东西！你也不是一个东西（^_=）， 虽然名字很相近，但目录是个文件。持久化存储在磁盘,而目录项是内核一个数据结构,缓存在内存。

如果查询目录频繁从磁盘读，效率会很低，所以内核会把已经读过的目录用目录项这个数据结构缓存在内存，下次再次读到相同的目录时，只需从内存读就可以,大大提高了 文件系统的效率。

目录项这个数据结构不只是表示目录，也是可以表示文件的。）

磁盘读写的最小单位是 扇区 ，扇区的大小只有512B大小，很明显，如果每次读写都以这么小为单位，那这读写的效率会非常低。

所以，文件系统把多个扇区组成了一个 逻辑块 ，每次读写的最小单位就是逻辑块(数据块) , Linux中的逻辑块大小为4KB,也就是一次性读写 8个扇区,这将大大提高了磁盘的读写的效率。

以上就是索引节点、目录项以及文件数据的关系，下面这个图就很好的展示了它们之间的关系:

索引节点是存储在硬盘上的数据，那么为了加速文件的访问，通常会把索引节点加载到内存中。

另外，磁盘进行格式化的时候，会被分成三个存储区域，分别是超级块、索引节点区和数据块区。

●超级块,用来存储文件系统的详细信息，比如块个数、块大小、空闲块等等。

●索引节点区,用来存储索引节点;

●数据块区，用来存储文件或目录数据;

我们不可能把超级块和索引节点区全部加载到内存,这样内存肯定撑不住，所以只有当需要使用的时候，才将其加载进内存，它们加载进内存的时机是不同的

●超级块:当文件系统挂载时进入内存;

●索引节点区:当文件被访问时进入内存;

文件系统的种类众多，而 *** 作系统希望 对用户提供一个统一的接口 ，于是在用户层与文件系统层引入了中间层，这个中间层就称为 虚拟文件系统(Virtual File System, VFS) 。

VFS定义了一组所有文件系统都支持的数据结构和标准接口,这样程序员不需要了解文件系统的工作原理，只需要了解VFS提供的统一接口即可。

在Linux文件系统中，用户空间、系统调用、虚拟机文件系统、缓存、文件系统以及存储之间的关系如下图:

Linux支持的文件系统也不少，根据存储位置的不同，可以把文件系统分为三类:

●磁盘的文件系统，它是直接把数据存储在磁盘中,比如Ext 2/3/4 XFS 等都是这类文件系统。

●内存的文件系统，这类文件系统的数据不是存储在硬盘的,而是占用内存空间，我们经常用到的/proc 和/sys文件系统都属于这一类,读写这类文件,实际上是读写内核中相关的数据。

●网络的文件系统,用来访问其他计算机主机数据的文件系统，比如NFS SMB等等。

文件系统首先要先挂载到某个目录才可以正常使用，比如Linux系统在启动时,会把文件系统挂载到根目录。

在 *** 作系统的辅助之下，磁盘中的数据在计算机中都会呈现为易读的形式，并且我们不需要关心数据到底是如何存放在磁盘中,存放在磁盘的哪个地方等等问题，这些全部都是由 *** 作系统完成的。

那么，文件数据在磁盘中究竟是怎么样的呢我们来一探究竟!

磁盘中的存储单元会被划分为一个个的“ 块 ”，也被称为 扇区 ,扇区的大小一般都为512byte这说明即使一块数据不足512byte,那么它也要占用512byte的磁盘空间。

而几乎所有的文件系统都会把文件分割成固定大小的块来存储，通常一个块的大小为4K。如果磁盘中的扇区为512byte,而文件系统的块大小为4K,那么文件系统的存储单元就为8个扇区。这也是前面提到的一个问题，文件大小和占用空间之间有什么区别文件大小是文件实际的大小，而占用空间则是因为即使它的实际大小没有达到那么大,但是这部分空间实际也被占用，其他文件数据无法使用这部分的空间。所以我们 写入1byte的数据到文本中,但是它占用的空间也会是4K。

这里要注意在Windows下的NTFS文件系统中，如果一开始文件数据小于 1K,那么则不会分配磁盘块来存储，而是存在一个文件表中。但是一旦文件数据大于1K,那么不管以后文件的大小，都会分配以4K为单位的磁盘空间来存储。

与内存管理一样,为了方便对磁盘的管理,文件的逻辑地址也被分为一个个的文件块。于是文件的逻辑地址就是(逻辑块号，块内地址)。用户通过逻辑地址来 *** 作文件, *** 作系统负责完成逻辑地址与物理地址的映射。

不同的文件系统为文件分配磁盘空间会有不同的方式，这些方式各自都有优缺点。

连续分配要求每个文件在磁盘上有一组连续的块，该分配方式较为简单。

通过上图可以看到，文件的逻辑块号的顺序是与物理块号相同的,这样就可以实现随机存取了，只要知道了第一个逻辑块的物理地址, 那么就可以快速访问到其他逻辑块的物理地址。那么 *** 作系统如何完成逻辑块与物理块之间的映射呢实际上,文件都是存放在目录下的，而目录是一种有结构文件, 所以在文件目录的记录中会存放目录下所有文件的信息，每一个文件或者目录都是一个记录。 而这些信息就包括文件的起始块号和占有块号的数量。

那么 *** 作系统如何完成逻辑块与物理块之间的映射呢 (逻辑块号, 块内地址) -> (物理块号, 块内地址)，只需要知道逻辑块号对应的物理块号即可,块内地址不变。

用户访问一个文件的内容, *** 作系统通过文件的标识符找到目录项FCB, 物理块号=起始块号+逻辑块号。 当然，还需要检查逻辑块号是否合法,是否超过长度等。因为可以根据逻辑块号直接算出物理块号，所以连续分配支持 顺序访问和随机访问 。

因为读/写文件是需要移动磁头的，如果访问两个相隔很远的磁盘块,移动磁头的时间就会变长。使用连续分配来作为文件的分配方式，会使文件的磁盘块相邻，所以文件的读/写速度最快。

连续空间存放的方式虽然读写效率高，但是有 磁盘空间碎片 和 文件长度不易扩展 的缺陷。

如下图，如果文件B被删除，磁盘上就留下一块空缺，这时，如果新来的文件小于其中的一个空缺，我们就可以将其放在相应空缺里。但如果该文件的大小大于所

有的空缺，但却小于空缺大小之和，则虽然磁盘上有足够的空缺，但该文件还是不能存放。当然了，我们可以通过将现有文件进行挪动来腾出空间以容纳新的文件,但是这个在磁盘挪动文件是非常耗时，所以这种方式不太现实。

另外一个缺陷是文件长度扩展不方便，例如上图中的文件A要想扩大一下，需要更多的磁盘空间,唯一的办法就只能是挪动的方式，前面也说了，这种方式效率是非常低的。

那么有没有更好的方式来解决上面的问题呢答案当然有，既然连续空间存放的方式不太行，那么我们就改变存放的方式，使用非连续空间存放方式来解决这些缺陷。

非连续空间存放方式分为 链表方式 和 索引方式 。

链式分配采取离散分配的方式，可以为文件分配离散的磁盘块。它有两种分配方式:显示链接和隐式链接。

隐式链接是只目录项中只会记录文件所占磁盘块中的第一块的地址和最后一块磁盘块的地址, 然后通过在每一个磁盘块中存放一个指向下一 磁盘块的指针， 从而可以根据指针找到下一块磁盘块。如果需要分配新的磁盘块,则使用最后一块磁盘块中的指针指向新的磁盘块,然后修改新的磁盘块为最后的磁盘块。

我们来思考一个问题, 采用隐式链接如何将实现逻辑块号转换为物理块号呢

用户给出需要访问的逻辑块号i, *** 作系统需要找到所需访问文件的目录项FCB从目录项中可以知道文件的起始块号，然后将逻辑块号0的数据读入内存,由此知道1号逻辑块的物理块号，然后再读入1号逻辑块的数据进内存，此次类推，最终可以找到用户所需访问的逻辑块号i。访问逻辑块号i,总共需要i+ 1次磁盘1/0 *** 作。

得出结论: 隐式链接分配只能顺序访问，不支持随机访问，查找效率低 。

我们来思考另外一个问题，采用隐式链接是否方便文件拓展

我们知道目录项中存有结束块号的物理地址，所以我们如果要拓展文件，只需要将新分配的磁盘块挂载到结束块号的后面即可，修改结束块号的指针指向新分配的磁盘块，然后修改目录项。

得出结论: 隐式链接分配很方便文件拓展。所有空闲磁盘块都可以被利用到，无碎片问题，存储利用率高。

显示链接是把用于链接各个物理块的指针显式地存放在一张表中，该表称为文件分配表(FAT, File Allocation Table)。

由于查找记录的过程是在内存中进行的,因而不仅显著地 提高了检索速度 ，而且 大大减少了访问磁盘的次数 。但也正是整个表都存放在内存中的关系，它的主要的缺点是 不适 用于大磁盘 。

比如，对于200GB的磁盘和1KB大小的块，这张表需要有2亿项，每一项对应于这2亿个磁盘块中的一个块,每项如果需要4个字节，那这张表要占用800MB内存,很显然FAT方案对于大磁盘而言不太合适。

一直都在，加油！（゜Д゜）σ凸←自爆按钮

链表的方式解决了连续分配的磁盘碎片和文件动态打展的问题，但是不能有效支持直接访问(FAT除外) ,索引的方式可以解决这个问题。

索引的实现是为每个文件创建一个 索引数据块 ，里面存放的 是指向文件数据块的指针列表 ,说白了就像书的目录一样,要找哪个章节的内容,看目录查就可以。

另外， 文件头需要包含指向索引数据块的指针 ,这样就可以通过文件头知道索引数据块的位置，再通过索弓|数据块里的索引信息找到对应的数据块。

创建文件时，索引块的所有指针都设为空。当首次写入第i块时，先从空闲空间中取得一个块， 再将其地址写到索引块的第i个条目。

索引的方式优点在于:

●文件的创建、增大、缩小很方便;

●不会有碎片的问题;

●支持顺序读写和随机读写;

由于索引数据也是存放在磁盘块的，如果文件很小，明明只需一块就可以存放的下，但还是需要额外分配一块来存放索引数据，所以缺陷之一就是存储索引带来的开销。

如果文件很大，大到一个索引数据块放不下索引信息，这时又要如何处理大文件的存放呢我们可以通过组合的方式，来处理大文件的存储。

先来看看 链表+索引 的组合，这种组合称为 链式索引块 ，它的实现方式是在 索引数据块留出一个存放下一个索引数据块的指针 ，于是当一个索引数据块的索引信息用完了，就可以通过指针的方式，找到下一个索引数据块的信息。那这种方式也会出现前面提到的链表方式的问题，万一某个指针损坏了，后面的数据也就会无法读取了。

还有另外一种组合方式是 索引+索引 的方式，这种组合称为多级索引块，实现方式是通过一个索引块来存放多个索引数据块,一层套一层索引， 像极了俄罗斯套娃是吧๑乛◡乛๑ 

前面说到的文件的存储是针对已经被占用的数据块组织和管理，接下来的问题是，如果我要保存一个数据块, 我应该放在硬盘上的哪个位置呢难道需要将所有的块扫描一遍，找个空的地方随便放吗

那这种方式效率就太低了，所以针对磁盘的空闲空间也是要引入管理的机制，接下来介绍几种常见的方法:

●空闲表法

●空闲链表法

●位图法

空闲表法

空闲表法就是为所有空闲空间建立一张表，表内容包括空闲区的第一个块号和该空闲区的块个数，注意，这个方式是连续分配的。如下图:

当请求分配磁盘空间时，系统依次扫描空闲表里的内容，直到找到一个合适的空闲区域为止。当用户撤销一个文件时，系统回收文件空间。这时，也需顺序扫描空闲表,寻找一个空闲表条目并将释放空间的第一个物理块号及它占用的块数填到这个条目中。

这种方法仅当有少量的空闲区时才有较好的效果。因为，如果存储空间中有着大量的小的空闲区,则空闲表变得很大,这样查询效率会很低。另外，这种分配技术适用于建立连续文件。

空闲链表法

我们也可以使用链表的方式来管理空闲空间，每一个空闲块里有一个指针指向下一个空闲块，这样也能很方便的找到空闲块并管理起来。如下图：

当创建文件需要一块或几块时，就从链头上依次取下一块或几块。反之，当回收空间时，把这些空闲块依次接到链头上。

这种技术只要在主存中保存一个指针, 令它指向第一个空闲块。其特点是简单,但不能随机访问，工作效率低，因为每当在链上增加或移动空闲块时需要做很多1/0 *** 作,同时数据块的指针消耗了一定的存储空间。

空闲表法和空闲链表法都不适合用于大型文件系统，因为这会使空闲表或空闲链表太大。

位图法

位图是利用二进制的一位来表示磁盘中一个盘块的使用情况，磁盘上所有的盘块都有一个二进制位与之对应。

当值为0时，表示对应的盘块空闲，值为1时，表示对应的盘块已分配。它形式如下:

在Linux文件系统就采用了位图的方式来管理空闲空间,不仅用于数据空闲块的管理,还用于inode空闲块的管理，因为inode也是存储在磁盘的，自然也要有对其管理。

前面提到Linux是用位图的方式管理空闲空间，用户在创建一个新文件时， Linux 内核会通过inode的位图找到空闲可用的inode,并进行分配。要存储数据时，会通过块的位图找到空闲的块，并分配，但仔细计算一下还是有问题的。

数据块的位图是放在磁盘块里的，假设是放在一个块里,一个块4K,每位表示一个数据块,共可以表示4 1024 8 = 2^15个空闲块,由于1个数据块是4K大小，那么最大可以表示的空间为2^15 4 1024 = 2^27个byte,也就是128M。

也就是说按照上面的结构，如果采用（一个块的位图+ 一系列的块），外加一（个块的inode的位图+一系列的inode）的结构能表示的最大空间也就128M,

这太少了，现在很多文件都比这个大。

在Linux文件系统，把这个结构称为一个 块组 ，那么有N多的块组,就能够表示N大的文件。

最终,整个文件系统格式就是下面这个样子。

最前面的第一个块是引导块,在系统启动时用于启用引导，接着后面就是一个一个连续的块组了,块组的内容如下:

● 超级块 ,包含的是文件系统的重要信息，比如inode总个数、块总个数、每个块组的inode个数、每个块组的块个数等等。

● 块组描述符 ,包含文件系统中各个块组的状态,比如块组中空闲块和inode的数目等，每个块组都包含了文件系统中「所有块组的组描述符信息」。

● 数据位图和inode位图 ，用于表示对应的数据块或inode是空闲的，还是被使用中。

● inode 列表 ，包含了块组中所有的inode, inode 用于保存文件系统中与各个文件和目录相关的所有元数据。

● 数据块 ，包含文件的有用数据。

你可以会发现每个块组里有很多重复的信息，比如 超级块和块组描述符表，这两个都是全局信息，而且非常的重要 ，这么做是有两个原因:

●如果系统崩溃破坏了超级块或块组描述符,有关文件系统结构和内容的所有信息都会丢失。如果有冗余的副本,该信息是可能恢复的。

●通过使文件和管理数据尽可能接近，减少了磁头寻道和旋转,这可以提高文件系统的性能。

不过，Ext2 的后续版本采用了稀疏技术。该做法是，超级块和块组描述符表不再存储到文件系统的每个块组中,而是只写入到块组0、块组1和其他ID可以表示为3、5、7的幂的块组中。

在前面，我们知道了一个普通文件是如何存储的，但还有一个特殊的文件,经常用到的目录，它是如何保存的呢

基于Linux 一切切皆文件的设计思想，目录其实也是个文件,你甚至可以通过vim打开它，它也有inode, inode 里面也是指向一些块。

和普通文件不同的是， 普通文件的块里面保存的是文件数据，而目录文件的块里面保存的是目录里面一项一项的文件信息 。

在目录文件的块中，最简单的保存格式就是 列表 ，就是一项一项地将目录下的文件信息(如文件名、文件inode文件类型等)列在表里。

列表中每一项就代表该目录下的文件的文件名和对应的inode,通过这个inode,就可以找到真正的文件。

通常，第一项是「则」，表示当前目录,第二项是，表示上一级目录, 接下来就是一项一项的文件名和inode。

如果一个目录有超级多的文件,我们要想在这个目录下找文件,按照列表一项一项的找,效率就不高了。

于是，保存目录的格式改成 哈希表 ，对文件名进行哈希计算,把哈希值保存起来,如果我们要查找一个目录下面的文件名，可以通过名称取哈希。如果哈希能够匹配上,就说明这个文件的信息在相应的块里面。

Linux系统的ext文件系统就是采用了哈希表，来保存目录的内容,这种方法的优点是查找非常迅速，插入和删除也较简单,不过需要一些预备措施来避免哈希冲突。

目录查询是通过在磁盘上反复搜索完成，需要不断地进行/0 *** 作,开销较大。所以,为了减少/0 *** 作,把当前使用的文件目录缓存在内存，以后要使用该文件时只要在内存中 *** 作，从而降低了磁盘 *** 作次数,提高了文件系统的访问速度。

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