深入解析文件系统原理

Posted 2023-02-26

Inode and Block概述

文件储存在硬盘上，硬盘的最小储存单位叫“扇区”（sector），每个扇区拥有512字节。

操作系统从硬盘上读取数据时，不会按照扇区的方式读取，这样读取效率太低，而是一次性连续读取多个扇区，即一次性读取一个“块”（Block，由多个扇区的空间组成）。这种由多个扇区组成的“块”，是文件存取的最小单位。“块”的大小，最常见的是4KB，即连续八个sector组成一个Block。Block存储文件数据。

文件数据存储在“块”中，那么还必须找到一个地方存储文件的元信息，比如文件的所属用户、文件所属组、文件的类型、文件的权限、文件的创建时间、文件的修改时间、文件的访问时间、文件使用的Block信息、文件的硬链接数、文件的大小等等属性信息。这种储存文件元信息的区域叫做Inode。中文译名为“索引节点”，也叫i节点。

Inode 和 Block 是文件系统组成的基本核心概念，文件系统是在分区格式化的时候形成的，文件系统负责组织文件在分区上的存放的。

 

注意：

Inode不包含文件名。文件名是储存在目录的目录项中。

一个文件必须占用一个inode，至少占用一个block。

查看文件的inode信息：stat

在虚拟机上面实验

读取文件内容，查看Atime的改变

文件写入内容，查看Mtime/Ctime的改变

修改文件权限，查看Ctime的改变

建硬链接，查看Ctime的修改

修改文件名，查看Ctime的改变

Touch更新时间，三个时间全部修改

目录文件的结构

目录也是一种文件

每个inode都有一个号码，操作系统用inode号码来识别不同的文件

         文件系统内部不使用文件名引用文件，而是使用inode号码来识别文件。对于文件系统来说，文件名只是inode号码便于识别的别称，文件名是目录的数据。

Inode的号码

文件系统访问文件的步骤：

1．用户在目录中看到要访问的文件名

2．通过目录的数据找到这个文件名对应的inode号码

3．通过inode号码，获取inode信息（文件的元信息）

4．根据inode信息，找到文件数据所在的block，读出数据

 

查看文件的inode号码

ls -i 文件名

stat 文件名

删除指定inode号所对应的文件

格式：find ./ -inum inode号

示例：当文件名中包含特殊符号时我们可以删除其inode号达到删除文件的目的

从/root/目录下查找3天内修改的文件，并复制到/tmp下

‘-amin +n 查找n分钟以前被访问过的所有文件。

-atime -n 查找n天以内被访问过的所有文件。

-cmin +n 查找n分钟以前文件状态被修改过的所有文件。

-ctime +n 查找n天以前文件状态被修改过的所有文件。

-mmin +n 查找n分钟以前文件内容被修改过的所有文件。

-mtime +n 查找n天以前文件内容被修改过的所有文件。

查看文件系统的inode与block的信息

df -i 设备名（文件系统已挂载时查询，查询inode总数与已用数量）

dumpe2fs -h 设备名（文件系统无需挂载）ext有效

tune2fs -l 设备名（文件系统无需挂载）ext有效

 

示例：

加一块磁盘

重启

磁盘分区

格式化时指定文件系统的inode个数与block大小

mkfs.ext4 -N inode数 -b 块大小（单位字节） 设备名

 

示例：inode数设定为60000个，block大小为1KB

解决inode耗尽导致的磁盘故障

1．  删除不使用的文件，配置磁盘配额

cd /data

touch 1..10000.txt

2．将文件备份，重新格式化此文件系统，指定较多的inode个数

Linux文件系统软硬链接原理

硬链接（hard link）

方法：ln 源文件 目标文件

特点：

         硬链接指向的文件inode号，新生成的硬链接文件的inode号与源文件的inode号相同，不可针对目录进行硬链接，必须在同一文件系统内。删除一个文件名，不影响另外一个的访问。

 

软链接（soft link）

方法：ln -s 源文件或目录 目标文件或目录

特点：

         软连接又被称为符号链接

         软链接指向的文件名，新生成的软链接文件的inode号与源文件不同，目录也可以生成软链接，软链接文件与源文件可以不在同一文件系统内，软链接文件的内容是源文件的路径，读取时系统会自动导向源文件路径，根据源文件找到文件内容，但当源文件移动或重命名时，软链接将报错。

重命名源文件，硬链接不受影响，但软链接失效