操作系统-文件系统Linux文件系统管理

Posted 2020-12-05 扬羽流风

主流分区机制有MBR和GPT两种

MBR分区：第一个扇区最重要，里面有：引导代码(Bootstrap code area)及分区表(partition table)， 其中Bootstrap code area 占有 446 bytes，而 partition table 则占有 16*4 bytes,知道分隔槽的启动和结束磁柱，最后两个字节是启动标识55h和AAh

只能使用不超过2T的硬盘，否则只能使用2T空间（有第三方解决方案）

最多4个主分区，扩展分区占用主分区位置且无法格式化

逻辑分区建立在扩展分区上：Linux最多支持63个IDE分区，15个SCSI分区

 

文件系统主要分三个区块：

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。每个 block group 都可能有 superblock，但后面的仅作为备份。

inode：记录档案的属性，一个档案占用一个inode，同时记录此档案的数据所在的 block 号码，大小固定为128bytes，记录一个block号码需要4bytes，因此系统将block号码的纪录区域定义为12个直接、1个间接，1个双间接与1个三间接记录区。

使用stat命令查看某个文件的inode信息

- File：显示文件名 

- Size：显示文件大小 

- Blocks：文件使用的数据块总数 

- IO Block：IO块大小 

- regular file：文件类型（常规文件） 

- Device：设备编号 

- Inode：Inode号 

- Links：链接数 

- Access：文件的权限 

- Gid、Uid：文件所有权的Gid和Uid。

- Access Time：简写为atime，表示文件的访问时间。当文件内容被访问时，更新这个时间 

- Modify Time：简写为mtime，表示文件内容的修改时间，当文件的数据内容被修改时，更新这个时间。 

- Change Time：简写为ctime，表示文件的状态时间，当文件的状态被修改时，更新这个时间，例如文件的链接数，大小，权限，Blocks数。

block：实际记录档案的内容，若档案太大时，会占用多个 block 。每个block内最多放一个档案的数据，大小和数量在格式化后就不能再改变了。

 

⭐️建立目录时，会分配一个 inode 和若干个 block 给该目彔。其中，inode 记录该目录相关权限与属性，并记录分配到的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。

例：系统读取/etc/passwd的过程如下：

（1）透过挂载点的信息找到 /dev/XXX 的 inode 号码为 2 的根目录inode， 且该 inode 规范的权限让我们可以读取该 block 的内容(有r和x)

（2）/ 的 block： 经过上个步骤取得 block 的号码，并找到该内容有 etc/ 目录的 inode 号码 (16777281)

（3）etc/ 的 inode： 读取16777281 号 inode 得知 用户 具有r和x的权限，因此可以读取 etc/的 block内容

（4）etc/ 的 block： 经过上个步骤取得 block 号码，并找到该内容有 passwd 档案的 inode 号码 (18313675)

（5）passwd 的 inode： 读取 18313675号 inode 得知用户 具有 r 的权限，因此可以读叏 passwd 的 block 内容

（6）passwd 的 block： 最后将该 block 内容数据读出来。

系统建立新档案的过程如下：

（1）先确定用户对想增加新档案的目录是否具有w和x的权限

（2）根据inode bitmap找到没有使用的inode号码，将新档案的权限和属性写入

（3）根据block bitmap找到没有使用的block号码，写入实际数据并更新inode中的block指向

（4）将新写入的信息同步到inode bitmap和block bitmap，并更新superblock

 

想知道Linux支持的文件系统有哪些，进入目前核心的模块目录：

ls -l /lib/modules/$(uname -r)/kernel/fs，其中uname -r用于输出Linux的版本号

系统目前已加载到内存中支持的文件系统通过命令cat /proc/filesystems查看

整个Linux文件系统都是通过VFS（ Virtual  Filesystem Switch）的核心功能去读取文件系统的，通过VFS，可以把多种具体文件系统纳入统一框架，不同磁盘分区可以包含不同具体文件系统，对它们的使用和传统的单一文件系统并无区别；用户可以通过同一组系统调用对不同文件系统及文件进行操作，系统调用可以跨物理介质和文件系统执行；对网络共享文件提供完全的支持，访问远程节点上的文件和本地节点上的文件一样。

VFS实质上是一种存在于内存中、支持多种具体文件系统的运行环境，功能有：记录所安装的文件系统类型、建立设备与文件系统之间的联系、实现面向文件的通用操作、涉及特定文件系统的操作时映射到具体文件系统中去

VFS之所以能衔接不同文件系统，因为它定义了所有文件系统都必须支持的基本抽象接口和数据类型，各种文件系统也要与其定义保持一致。非Unix类型的文件系统也必须经过封装提供符合VFS概念的接口（如不支持inode概念的文件系统，必须在内存中装配inode结构体，如同本身包含inode一样），这些装配和转换必须在使用现场引入特别处理，使得文件系统能够兼容Unix操作系统的使用规则和满足VFS的接口要求。

 

df列出文件系统的整体磁盘使用量

-h 以人容易阅读的格式显示

-i 不用硬盘容量而用inode的数量显示

-T 列出文件系统的类型

 

du -sh * 列出当前目录下所有档案容量

-s 列出总量 

-h 以人容易阅读的格式显示

 

dumpe2fs /dev/sda3      查看文件系统详细信息

-h  仅列出superblock的数据

 

fdisk:基于MBR的分区工具，root用户才能运行

fdisk -l列出所有已安装硬盘和分区信息

Disk /dev/sda: 21.5 GB, 21474836480 bytes, 41943040 sectors
Units = sectors of 1 * 512 = 512 bytes
Sector size (logical/physical): 512 bytes / 512 bytes
I/O size (minimum/optimal): 512 bytes / 512 bytes
Disk label type: dos
Disk identifier: 0x000b2bc5
 
   Device Boot      Start         End      Blocks   Id  System
/dev/sda1   *        2048     2099199     1048576   83  Linux
/dev/sda2         2099200    41943039    19921920   8e  Linux LVM

 

fdisk /dev/sda    进行分区，按【m】进入帮助页面后按照提示操作。

Command (m for help): m
Command action
   a   toggle a bootable flag
   b   edit bsd disklabel
   c   toggle the dos compatibility flag
   d   delete a partition
   g   create a new empty GPT partition table
   G   create an IRIX (SGI) partition table
   l   list known partition types
   m   print this menu
   n   add a new partition
   o   create a new empty DOS partition table
   p   print the partition table
   q   quit without saving changes
   s   create a new empty Sun disklabel
   t   change a partition\'s system id
   u   change display/entry units
   v   verify the partition table
   w   write table to disk and exit
   x   extra functionality (experts only)

 创建分区后需要设置id,Linux默认为83，最终将分区表写 入磁盘并退出。

/proc/partprobe更新内核分区信息

 

裸设备需要格式化才能使用（创建文件系统）

NTFS（Windows）

Ext3、Ext4（Linux） 

 

mke2fs -t ext4 /dev/sda3

              -t 指定要创建的文件系统类型

              -c 创建时检测损坏

              -L  Label 指定卷标（名字）

              -b blocksize 指定文件系统块大小

mkfs.ext4  /dev/sda3

 

e2label /dev/sda3 LABELNAME       打上标签名，一般大写

fsck      检查并修复损坏的文件系统（必须先卸载）

           -y   直接修复

           -t   指定类型（损坏严重时）

对于识别为文件的损坏数据，fsck会放入lost+found目录

 

创建文件系统后，磁盘需要挂载在某个目录下才能使用

手工挂载操作，或配置系统进行自动挂载

mount   /dev/sda3   /mnt/(挂载点)

不带命令的mount命令会显示所有已挂载的文件系统

mount -o remount, ro /dev sda3  /mnt/

-o                         指定挂载选项

ro,rw                    以只读或读写形式挂载，默认读写

remount              重新挂载

sync/async          不使用缓存/使用缓存

noatime/atime   访问文件时不更新文件访问时间/访问文件时更新文件访问时间

 

umount 设备/挂载点（必须先卸载再进行操作）

fuser -m  /mnt             查看使用文件系统的进程

lsof  /mnt                      查看正在使用的文件

      

/etc/fstab定义需要自动挂载的文件系统

/dev/sda3             /mnt               ext4                 defaults                         0    0

需挂载设备              挂载点           文件系统          挂载选项                      dump、fsck相关

LABEL=XX识别