Linux文件系统管理

Linux文件系统管理

磁盘的组成与分区

计算机用于存取文件的硬件是磁盘，磁盘的组成主要有磁盘盘、机械手臂、磁盘读取头与主轴马达所组成， 而数据的写入其实是在磁盘盘上面。磁盘盘上面又可细分出扇区(Sector)与磁道(Track)两种单位， 其中扇区的物理量设计有两种大小，分别是 512bytes 与 4Kbytes。

分区表所在区块仅有 64 bytes 容量，因此最多仅能有四组记录区，每组记录区记录了该区段的启始与结束的磁柱号码。分区主要有两国目的：一个是数据安全性考虑，比如windows重装系统的时候可以先把重要数据移动到其他分区，然后在c盘再重装系统就不会丢失重要数据。另一个原因是系统运行效率考量，分区时候磁盘寻址范围变小了，每次只需要在分区内寻址，增加寻址效率。

文件系统特性

文件数据除了文件实际内容外， 通常含有非常多的属性，例如 Linux 操作系统的文件权限(rwx)与文件属性(拥有者、 群组、时间参数等)。文件系统通常会将这两部份的数据分别存放在不同的区块，权限与属性放置到 inode 中，至于实际数据则放置到 data block 区块中。 另外，还有一个超级区块 (superblock) 会记录整个文件系统的整体信息，包括 inode 与 block 的总量、使用量、剩余量等。

• superblock：记录此 filesystem 的整体信息，包括 inode/block 的总量、使用量、剩余量， 以及文件系统的格式与相关信息等；
• inode：记录文件的属性，一个文件占用一个 inode，同时记录此文件的数据所在的 block 号码；、
• block：实际记录文件的内容，若文件太大时，会占用多个 block 。

Linux 的 EXT2 文件系统(inode)

标准的 Linux 文件系统 Ext2 就是使用这种 inode 为基础的文件系统。

Ext2 文件系统在格式化的时候基本上是区分为多个区块群组 (block group) 的，每个区块群组都有独立的 inode/block/superblock 系统。

block

Ext2 文件系统中所支持的 block 大小有 1K, 2K 及 4K 三种,因为 block 大小而产生的 Ext2 文件系统限制如下:

inode

inode 要记录的数据非常多， 但容量只有 128bytes ， 而 inode 记录一个 block 号码要花掉 4byte ，假设我一个文件有 400MB 且每个 block 为 4K 时， 那么至少也要十万笔 block 号码的记录，因此inode与block之间的对应关系使用了类似二级页表这样的机制来实现，inode 记录 block 号码的区域定义为 了12 个直接，一个间接, 一个双间接与一个三间接记录区。

inode 本身 (128 bytes)，里面有 12 个直接指向 block 号码的对照，因此如果一个block的容量大小是1k的话，将直接、间接、双间接、三间接加总，得到 12 + 256 + 256 * 256 + 256 * 256 * 256 (K) = 16GB，也就是说能够容纳的最大文件为16GB。

superblock

Superblock 是记录整个 filesystem 相关信息的地方，没有 Superblock ，就没有这个filesystem 了。 他记录的信息主要有：

• block 与 inode 的总量；
• 未使用与已使用的 inode / block 数量；
• block 与 inode 的大小 (block 为 1, 2, 4K，inode 为 128bytes 或 256bytes)；
• filesystem 的挂载时间、最近一次写入数据的时间、最近一次检验磁盘 (fsck) 的时间等文件系统的相关信息;
• 一个 valid bit 数值，若此文件系统已被挂载，则valid bit为0 ，若未被挂载，则valid bit为1 。

此外每个block group还有一些其他的内容：

• Filesystem Description (文件系统描述说明)。描述每个 block group 的开始与结束的 block 号码，以及说明每个区段 (superblock, bitmap, inodemap, data block) 分别介于哪一个 block 号码之间。

• block bitmap (区块对照表)。从 block bitmap 当中可以知道哪些 block 是空的，删除某些文件时，那么那些文件原本占用的 block 号码就得要释放出来

• dumpe2fs： 查询 Ext 家族 superblock 信息的指令。

  首先使用blkid命令列出所有被初始化的装置
  

选择一个装置查看具体信息

与目录树的关系

当我们在 Linux 下的文件系统建立一个目录时，文件系统会分配一个 inode 与至少一块 block 给该目录。其中，inode 记录该目录的相关权限与属性，并可记录分配到的那块 block 号码； 而 block 则是记录在这个目录下的文件名与该文件名占用的 inode 号码数据。

查看目录下文件所占用的 inode 号码时，可以使用 ls -li 这个选项来处理：

文件系统的简单操作

磁盘与目录的容量

两个重要的指令：df, du

• df：列出文件系统的整体磁盘使用量；
• du：评估文件系统的磁盘使用量(常用在推估目录所占容量

df

选项与参数：
-a ：列出所有的文件系统，包括系统特有的 /proc 等文件系统；
-k ：以 KBytes 的容量显示各文件系统；
-m ：以 MBytes 的容量显示各文件系统；
-h ：以人们较易阅读的 GBytes, MBytes, KBytes 等格式自行显示；
-H ：以 M=1000K 取代 M=1024K 的进位方式；
-T ：连同该 partition 的 filesystem 名称 (例如 xfs) 也列出；
-i ：不用磁盘容量，而以 inode 的数量来显示

直接使用df列出所有的filesystem

Filesystem：代表该文件系统是在哪个 partition ，所以列出装置名称；
1k-blocks：说明底下的数字单位是 1KB！可利用 -h 或 -m 来改变容量；
Used：使用掉的磁盘空间
Available：也就是剩下的磁盘空间大小；
Use%：磁盘的使用率
Mounted on：就是磁盘挂载的目录所在

加上-h以直观的方式查看容量

如果df后面接的是文件或者目录，也可以自动转换为其所在的分区，并列出分区详细信息

du

选项与参数：
-a ：列出所有的文件与目录容量，因为默认仅统计目录底下的文件量而已。
-h ：以人们较易读的容量格式 (G/M) 显示；
-s ：列出总量而已，而不列出每个各别的目录占用容量；
-S ：不包括子目录下的总计，与 -s 有点差别。
-k ：以 KBytes 列出容量显示；
-m ：以 MBytes 列出容量显示；

直接使用du命令，会列出当前目录所有文件的大小，单位是kb，加上-a参数就是列举所有文件：

使用通配符的方式，检查根目录下每个目录所占的容量：

如果想要检查某个目录下，哪个次目录占用最大的容量，可以用这个方法找出来。

实体链接与符号链接

首先明确两点：

• 每个文件都会占用一个 inode ，文件内容由 inode 的记录来指向；
• 想要读取该文件，必须要经过目录记录的文件名来指向到正确的 inode 号码才能读取。

实体链接

因此文件名只与目录有关，但是文件内容则与 inode 有关。所以所谓的实体链接（hard link）也就是在目录下新增一个文件并与一个inode关联，因此一个inode可以对应多个文件名，那么这两个拥有相同inode的文件实际上对应了完全一样的内容。

使用ln命令可以进行实体链接，上面的例子可以看到，两个文件夹指向了相同的位置。

hard link有两个限制：

• 不能跨 Filesystem；
• 不能 link 目录。

符号链接

符号链接Symbolic link 就是在建立一个独立的文件，而这个文件会让数据的读取指向他 link 的那个文件名，所以，当来源档被删除之后，symbolic link 的文件就无法使用。

符号链接实际上就类似于windows里面的创建快捷方式。上面这个快捷方式只有12byte，这12byte实际上就是存的目标位置的路径名。