四Linux磁盘与文件系统管理

Posted 2021-10-23 sunximei1

一、Linux文件系统

每种操作系统能够使用的文件系统并不相同，Linux的正统文件系统为Ext2（Linux second extended file system, ext2fs）。现在通常可以称呼一个可被挂载的数据为一个文件系统。

文件系统的运行机制与操作系统的文件数据有关，文件数据除了文件内容外，还有文件属性。文件系统通常会把这两部分放在不同的区块。

• 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，会占用多个block（所以一个inode可对应多块block）
  注：文件名是放在block中的，此外，如果一个inode对应过多block（inode大小存不下这么多号码），则需要另外用block来记录这些对应block的号码

文件系统一开始就将inode和block规划好了，除非重新格式化，否则不再变动。但若文件系统过大，inode和block数量过多，不易于管理。所以，Ext2文件系统在格式化的时候基本上区分为多个区块组（block group），每个区块组都有独立的inode/block/superblock系统：

• boot sector：开机扇区。可以安装开机管理程序，是一个非常重要的设计，这样就能将不同的开机管理程序安装到个别的文件系统的最前端，而不用覆盖整颗磁盘唯一的MBR（多系统）。
• data block：数据区块。用来放置文件内容数据的地方。
• inode table：inode表。inode除了记录文件的属性外，还有一些特色：（1）文件系统能够创建的文件数量与inode数量有关（2）系统读取文件时需先找到inode，若inode所记录的权限与使用者符合，才能够读取block内容
  inode结构示意图：
  
• superblock：超级区块。记录整个filesystem相关信息。除了block和inode的总量、使用量剩余量外，还记录其大小（block 1， 2， 4K， inode 128, 256Bytes）以及filesystem的挂载事件、最近一次写入数据时间等文件系统相关信息。
  第一个block group内含有superblock,后续的不一定有，如果有，则是第一个的副本。
• 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block group内部每个区段之间的block号码范围（可用dumpe2fs观察）
• block bitmap：区块对照表。记录block区块是否被使用。例如新增时，要找到空的block；删除时将block对用的标志修改为“未使用”
• inode bitmap：inode对照表。与上类似

二、文件系统的简单操作

2.1 磁盘与目录容量

• df

# df [-ahikHTm] [目录或文件名]

• du

2.2 实体链接（硬链接）与符号链接（软链接）

• Hard Link：硬链接。在某个目录下新增一笔文件名到某inode号码的关联记录（可以理解为c++的智能指针）
  
  -i 查看inode相关信息，ln创建链接
  发现创建链接后，两个文件名链接到同一个inode，所有相关信息都一样（除了文件名）。链接的优点是安全，类比智能指针，任何一个指针都可以用来修改数据，但只有当最后一个指针离开作用域，内存才被释放。所以，当链接数大于1时，删除的只是文件名，inode和block仍然存在。
  使用限制：（1）不能跨filesystem（2）不能link目录
• Symbolic Link：软链接（符号链接）。
  符号链接会创建一个独立的文件，存放源文件的文件名。相当于c++的引用（别名）。所以，当源文件删除后，symbolic 的文件则无法打开。

# ln -s 源文件 链接文件

默认为hard link， -s为symbolic link

可以看到，软链接有不同的inode和block（新文件）。
当我们新建一个目录时，其默认链接数为2（当前目录 . 和上层目录 …）,
上层目录的链接数+1。

三、磁盘的分区、格式化、检验与挂载