操作系统文件系统

Posted 2023-02-25 "sudo

文章目录

• 硬盘
• • 1 - 基本组成
  • 2 - 存储机制
• Linux文件系统
• • 1 - 常见文件类型
  • 2 - 文件系统的组成
  • • 2.1 - 定义
    • 2.2 - 作用
    • 2.3 - 常见类型
    • 2.4 - 分配文件系统
  • 3 - 数据存储 层次
  • • 3.1 - inode表
    • 3.2 - Datablock
    • 3.3 - Superblock
    • 3.4 - GDT 全局描述表
  • 4 - 虚拟文件系统 - VFS
  • 5 - 软链接与硬链接
  • • 5.1 - 硬链接
    • 5.2 - 软链接

文件系统存在于硬盘之上，所以，先介绍硬盘

硬盘

1 - 基本组成

1 - 一个硬盘由多张盘片叠成，不同盘片有编号
2 - 磁道 - 每张盘片上的存储颗粒成环形一圈圈排布，每一圈称为 磁道
3 - 扇区：每条磁道上都有一圈存储颗粒，每512字节作为一个扇区，扇区是硬盘上存储的最小物理单位
	一个扇区就是一个块  BLOCK
4 - 簇：N个扇区可以组成 簇/块 ，其中 N 取决于不同的文件系统或是文件系统的配置，
	簇/块 是此文件系统中的最小存储单位
5 - 柱面：所有盘面上的同一磁道构成一圆柱面，称为柱面
	柱面 是系统分区的最小单位

2 - 存储机制

1 - 磁头读写文件的时候，首先是分区读写的，有inode编号找到对应的磁道和扇区，然后一个柱面一个柱面的进行读写；
2 - 有硬盘不意味着Linux可以立刻把它用来存储，还需要结合文件系统

Linux文件系统

1 - 常见文件类型

tree命令可以以树的形式显示整个系统的文件。

1. - 普通文件
2. d  目录文件
3. c/d  设备文件
4. l 链接文件
5. p  FIFO 完成进程通信
6. s  套接字文件，进程间网络通讯

查看文件类型

ls -l

2 - 文件系统的组成

2.1 - 定义

1 - 定义：文件系统指文件所在的物理空间中文件的 组织方法 和 数据结构
2 - Linux系统中的每个分区都是一个 文件系统，都有自己的层级目录
3 - Linux会将这些分属不同分区的 单独的文件系统 按照 一定的方式 形成一个系统的 总的 目录层次结构

2.2 - 作用

• 用户在硬件存储设备中执行的 文件建立、写入、读取、修改、转存与控制 等操作都是依靠文件系统来完成的；
• 文件系统的作用：合理规划硬盘，以保证用户正常的使用需求
• 磁盘的格式化 的过程就是对磁盘分区 标记 文件系统 的过程，包括设置 数据块大小 等信息
• dumpe2fs 和 xfs_info 命令可查看文件系统详细信息

2.3 - 常见类型

ext2	#早期的Linux常用
ext3	#带日志功能，能够在系统宕机时避免文件系统资料的丢失（不保证找回，尽力而为）
ext4	#无限多子目录，更高的读写效率
NFS	    #网络文件系统，主要用于远程文件共享
FAT		#Windows XP 使用（Linux也支持）
NTFS	#Windows NT/XP 
ISO9660	#大部分光盘采用的文件系统
SMBFS	#Samba的共享文件系统
XFS		#高性能的日志文件系统，优势 - 系统宕机快速恢复，支持超大容量系统18eb（kylin使用）

2.4 - 分配文件系统

#1 - 查看磁盘状态
fdisk -l
# 2 - 给硬盘分区
	fdisk /dev/sdb
	n
	# 设置分区
		p (主分区) - partition
		e（扩展分区） - extension
	#设置分区号
	1 （默认是1，可以选择1-4）
	# 设置第一个扇区
	2048（默认是2948）
	# 设置最后一个扇区
	+5G （默认是41943039，可以为 2048-41943039） #给该分区5G的空间
	# 查看分区表
	w

# 3 - 分配文件系统
	mkfs.ext4 /dev/sdb1
# 4 - 查看系统分区
	df -h #此时查看不到sdb1的分区信息
# 5 - 挂载文件系统 - 物理硬盘和目录创建连接（也称 分区和 目录对应）
	mount /dev/sdb1 /dir  #解释：对dir目录中文件的修改相当于是对/dev/sdb1这块磁盘的修改
# 6 - 再次查看系统分区
	df h #此时可以显示sdb1的信息
	

创建好文件系统后，查看

df -Th

3 - 数据存储 层次

第一层：物理硬盘 - MBR - 分区，分成四个分区
第二层：分区 - 包括 Boot-Sector 和 File-System(文件系统)  【四个分区可以为不同的文件系统】
第三层：文件系统 - 由一个一个的 Block-Group （块组） 组成，Block-Group-0 ,Block-Group-1,...Block-Group-n,【Block-Group-0比较特殊一点】
第四层：块组 - 包括：
	1 - Super-Block：一般来讲，一个文件只有一个超级块，一般这个超级块位于Block-Group-0，其他块组也可存在超级块，是块组0的副本；
	2 - GDT
	3 - Block-Bitmap
	4 - inode-Bitmap
	5 - inode-table
	6 - Data-Blocks
第五层：inode表

下面小节会依次描述：

3.1 - inode表

一个文件对应一个inode表！！！

作用：记录文件的属性以及该文件实际数据是放置在哪些Block（xfs系统，一个块4KB）中

1 - 一个文件占用一个 inode 编号，唯一
2 - 文件大小、真正内容的Block号
3 - 访问模式 ：读写执行
4 - 拥有者owner，群组 group
5 - 各种时间：创建时间、读取时间和最近修改的时间

inode的数量与文件系统有关

inode的大小:
	128bytes(EXT2) 
	256 bytes(EXT4) 
	512bytes（XFS）

inode能够建立的文件数量与inode的数量有关（一对一），存在空间还有但inode不够的情况。

[root@localhost ~]# stat anaconda-ks.cfg 
  文件：“anaconda-ks.cfg”
  大小：3183      	块：8          IO 块：4096   普通文件
设备：fd00h/64768d	Inode：939872185   硬链接：1
权限：(0600/-rw-------)  Uid：(    0/    root)   Gid：(    0/    root)
最近访问：2022-09-16 11:02:10.029762729 +0800
最近更改：2022-09-16 10:54:54.174062223 +0800
最近改动：2022-09-16 10:54:54.174062223 +0800
创建时间：-

3.2 - Datablock

1 - 每个Block中最多只能放一个文件，但一个文件可以放在多个Block中；
2 - 在格式化的时候，Block的大小就固定了（1K，2K，4K），且每个Block都有编号
3 - 若文件小于 Block ，则 该Block 剩余空间就不能再被使用~（磁盘空间浪费）

3.3 - Superblock

super-block 十分重要，没有super-block，可能就没有这个文件系统了。

1 - 分区文件系统中 包含的 block 和 inode 的总量；
2 - 未使用 与 已使用 的 inode/block 的数量；
3 - valid-bit数值，
4 - block 和 inode 的大小（block-1k,2k,4k，inode=128bytes,512bytes）

3.4 - GDT 全局描述表

1 - 每个块组的开始与结束的块的号码；
2 - 每个区段分别介于哪两个block号码之间。

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4 - 虚拟文件系统 - VFS

产生原因：每个分区的操作系统可能是不同的，为了使用户在读取或写入文件时不用关心底层的硬盘结构，用户只要记住一套shell命令即可~

1 - 用户层应用使用统一的标准接口 进行文件管理；（简单理解，就是一套shell命令可以操作整个磁盘）
2 - 可以动态支持很多文件系统。添加一个文件系统只需要安装驱动就可，不需要内核重新编译

5 - 软链接与硬链接

1 - 硬链接：九头鸟
	1.1 - 只有在同一个文件系统内才可创建 硬链接，不能跨分区创建
	1.2 - 以文件副本的形式存在，但不占用实际空间；
	1.3 - 不可对 目录创建 硬链接
	

2 - 软链接(符号链接)：快捷方式
	2.1 - 以路径的形式存在，类似于快捷方式；
	2.2 - 可以跨文件系统
	2.3 - 可以对一个不存在的文件名进行链接
	2.4 - 可以对目录进行链接

5.1 - 硬链接

ln source target

5.2 - 软链接

ln -s source target