硬盘分区格式化及文件系统的管理

Posted 2020-10-10

文件系统的挂载与卸载
什么是挂载
mount命令的功能
mount命令的用法举例
umount命令的功能
umount命令的用法举例
利用/etc/fstab文件在开机时自动挂载文件系统
虚拟内存的概念以及设置与管理
什么是虚拟内存
创建swap分区的步骤
使用硬盘分区创建和使用系统交换分区的实例
mkswap 命令的功能
mkswap 命令的用法举例
swapon命令的功能
swapon -a
swapon -s
swapon命令的用法举例
i节点
什么是i节点
符号（软）链接
什么是符号链接
使用ln命令创建软连接
硬链接
什么是硬链接
使用ln命令创建硬链接
Linux系统中的文件类型
Linux系统中的常见文件类型
怎样检查磁盘空间
df命令
du命令
课后作业
【本节内容】
1. 文件系统的挂载与卸载（详见linux系统管理P406）
1) 掌握挂载的定义：挂载指将一个设备（通常是存储设备）挂接到一个已存在的目录上。
2) 掌握mount命令的功能：实现文件系统的挂载。
3) 灵活应用mount命令实现文件系统的挂载：
例如：将/dev/sdb1分区挂载到/wg目录上的命令：
mount /dev/sdb1 /wg
4) 掌握umount命令的功能：实现文件系统的卸载。
5) 灵活应用umount命令实现文件系统的卸载：
例如：卸载/wg上的文件系统的命令：
umount /wg
2. 虚拟内存的概念以及设置与管理（详见linux系统管理P414）
1) 掌握虚拟内存的定义：所谓虚拟内存就是一块硬盘空间被当做内存使用，也被称为交换分区（swap）。
2) 了解Linux交换分区的类型为：0x82
3) 掌握mkswap命令的功能：设置交换分区，用以上的mkswap命令就可以把一个分区格式化为交换分区文件系统,。
4) 掌握使用mkswap命令设置交换分区的用法举例：
例如：将分区/dev/sdb2设置为交换分区的命令：mkswap /dev/sdb2
5) 掌握swapon命令的功能：启动交换分区。
6) 掌握swapon –a命令的功能：启动全部的交换分区。
7) 掌握swapon –s命令的功能：列出当前正在使用的所有系统交换分区的状态。
8) 掌握使用swapon命令的用法举例：
例如：启用交换分区/dev/sdb2的命令：swapon /dev/sdb2
3. i节点（详见linux系统管理P170）
1) 掌握i节点的定义：i节点实际上是一个数据结构，它存放了有关一个普通文件、目录或其他文件系统对象的基本信息。
4. 符号（软）链接（详见linux系统管理P174）
1) 掌握符号链接的定义：符号链接是指向另一个文件的一个文件。
2) 掌握ln命令创建软连接的用法举例：
a) 为wolf/dog.wolf.baby文件建立一个dog_ wolf.boy符号链接并放在bodydog目录中的命令：
ln –s wolf/dog.wolf.baby bodydog/dog_ wolf.boy
5. 硬链接（详见linux系统管理P179）
1) 掌握硬链接的定义：一个硬链接（hard link）是一个文件名与一个i节点之间的对应关系，也可以认为一个硬链接是在所对应的文件上添加了一个额外的路径名。
2) 掌握ln命令创建硬连接的用法举例：
a) 为wolf/wolf.dog文件在backup目录中建立一个名为wolf.dog2的硬链接命令：
ln wolf/wolf.dog backup/wolf.dog2
6. Linux系统中的文件类型（详见linux系统管理P183）
1) 掌握Linux系统中常见的文件类型：
-：普通文件（regular file），也有人称为正规文件。
d:目录（directory）。
l：符号（软）链接。
b:块特殊文件（b是block的第1个字符），一般指块设备，如硬盘。
c:字符特殊文件（c是character的第1个字符），一般指字符设备，如键盘。
7. 怎样检查磁盘空间（详见linux系统管理P185）
1) 掌握df命令的功能：显示文件系统中磁盘使用和空闲区的数量。只有建立挂载点之后的硬盘分区才会在df命令的结果中显示，可以使用fdisk -l /dev/sdb查看没有挂载点的硬盘分区。
-a 显示所有磁盘
-h 单位转换
2) 掌握du命令的功能： 显示当前文件夹下目录和文件的大小a h同上

8. 课后作业（用时65分钟）
1) 开启Linux系统前添加一块大小为15G的SCSI硬盘
2) 开启系统，右击桌面，打开终端
3) 为新加的硬盘分区，一个主分区大小为5G，剩余空间给扩展分区，在扩展分区上划分1个逻辑分区，大小为5G
4) 格式化主分区为ext3系统
5) 将逻辑分区设置为交换分区
6) 启用上一步的交换分区
7) 查看交换分区的状态
8) 新建目录/dir1
9) 将主分区挂载到/dir1目录
10) 查看整个磁盘的使用情况
11) 查看/分区的使用总量
12) 在root用户的家目录新建文件file1
13) 为file1创建硬链接file2
14) 为file1创建符号链接file3
15) 以长列表格式显示root用户家目录下的内容，要求显示i阶段，并比较硬链接、符号链接的i节点和原文件的关系

 

一、inode是什么？

理解inode，要从文件储存说起。

文件储存在硬盘上，硬盘的最小存储单位叫做"扇区"（Sector）。每个扇区储存512字节（相当于0.5KB）。

 

操作系统读取硬盘的时候，不会一个个扇区地读取，这样效率太低，而是一次性连续读取多个扇区，即一次性读取一个"块"（block）。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。

 

文件数据都储存在"块"中，那么很显然，我们还必须找到一个地方储存文件的元信息，比如文件的创建者、文件的创建日期、文件的大小等等。这种储存文件元信息的区域就叫做inode，中文译名为"索引节点"。

 

 

二、inode的内容

inode包含文件的元信息，具体来说有以下内容：

　　* 文件的字节数

　　* 文件拥有者的User ID

　　* 文件的Group ID

　　* 文件的读、写、执行权限

　　* 文件的时间戳，共有三个：ctime指inode上一次变动的时间，mtime指文件内容上一次变动的时间，atime指文件上一次打开的时间。

　　* 链接数，即有多少文件名指向这个inode

　　* 文件数据block的位置

 

可以用stat命令，查看某个文件的inode信息：

stat example.txt

 

 

总之，除了文件名以外的所有文件信息，都存在inode之中。至于为什么没有文件名，下文会有详细解释。

 

三、inode的大小

inode也会消耗硬盘空间，所以硬盘格式化的时候，操作系统自动将硬盘分成两个区域。一个是数据区，存放文件数据；另一个是inode区（inode table），存放inode所包含的信息。

每个inode节点的大小，一般是128字节或256字节。inode节点的总数，在格式化时就给定，一般是每1KB或每2KB就设置一个inode。假定在一块1GB的硬盘中，每个inode节点的大小为128字节，每1KB就设置一个inode，那么inode table的大小就会达到128MB，占整块硬盘的12.8%。

 

查看每个硬盘分区的inode总数和已经使用的数量，可以使用df命令。

df -i

 

查看每个inode节点的大小，可以用如下命令：

sudo dumpe2fs -h /dev/hda | grep "Inode size"

 

由于每个文件都必须有一个inode，因此有可能发生inode已经用光，但是硬盘还未存满的情况。这时，就无法在硬盘上创建新文件。

 

四、inode号码

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。

 

这里值得重复一遍，Unix/Linux系统内部不使用文件名，而使用inode号码来识别文件。对于系统来说，文件名只是inode号码便于识别的别称或者绰号。表面上，用户通过文件名，打开文件。实际上，系统内部这个过程分成三步：首先，系统找到这个文件名对应的inode号码；其次，通过inode号码，获取inode信息；最后，根据inode信息，找到文件数据所在的block，读出数据。

 

使用ls -i命令，可以看到文件名对应的inode号码：

ls -i example.txt

 

 

五、目录文件

Unix/Linux系统中，目录（directory）也是一种文件。打开目录，实际上就是打开目录文件。

 

目录文件的结构非常简单，就是一系列目录项（dirent）的列表。每个目录项，由两部分组成：所包含文件的文件名，以及该文件名对应的inode号码。

 

ls命令只列出目录文件中的所有文件名：

ls /etc

 

ls -i命令列出整个目录文件，即文件名和inode号码：

ls -i /etc

 

如果要查看文件的详细信息，就必须根据inode号码，访问inode节点，读取信息。ls -l命令列出文件的详细信息。

ls -l /etc

 

 

六、硬链接

一般情况下，文件名和inode号码是"一一对应"关系，每个inode号码对应一个文件名。但是，Unix/Linux系统允许，多个文件名指向同一个inode号码。这意味着，可以用不同的文件名访问同样的内容；对文件内容进行修改，会影响到所有文件名；但是，删除一个文件名，不影响另一个文件名的访问。这种情况就被称为"硬链接"（hard link）。

 

ln命令可以创建硬链接：

ln 源文件 目标文件

 

运行上面这条命令以后，源文件与目标文件的inode号码相同，都指向同一个inode。inode信息中有一项叫做"链接数"，记录指向该inode的文件名总数，这时就会增加1。反过来，删除一个文件名，就会使得inode节点中的"链接数"减1。当这个值减到0，表明没有文件名指向这个inode，系统就会回收这个inode号码，以及其所对应block区域。

 

这里顺便说一下目录文件的"链接数"。创建目录时，默认会生成两个目录项："."和".."。前者的inode号码就是当前目录的inode号码，等同于当前目录的"硬链接"；后者的inode号码就是当前目录的父目录的inode号码，等同于父目录的"硬链接"。所以，任何一个目录的"硬链接"总数，总是等于2加上它的子目录总数（含隐藏目录）,这里的2是父目录对其的“硬链接”和当前目录下的".硬链接“。

 

七、软链接

除了硬链接以外，还有一种特殊情况。文件A和文件B的inode号码虽然不一样，但是文件A的内容是文件B的路径。读取文件A时，系统会自动将访问者导向文件B。因此，无论打开哪一个文件，最终读取的都是文件B。这时，文件A就称为文件B的"软链接"（soft link）或者"符号链接（symbolic link）。

 

这意味着，文件A依赖于文件B而存在，如果删除了文件B，打开文件A就会报错："No such file or directory"。这是软链接与硬链接最大的不同：文件A指向文件B的文件名，而不是文件B的inode号码，文件B的inode"链接数"不会因此发生变化。

 

ln -s命令可以创建软链接。

ln -s 源文文件或目录 目标文件或目录

 

 

八、inode的特殊作用

由于inode号码与文件名分离，这种机制导致了一些Unix/Linux系统特有的现象。

　　1. 有时，文件名包含特殊字符，无法正常删除。这时，直接删除inode节点，就能起到删除文件的作用。

　　2. 移动文件或重命名文件，只是改变文件名，不影响inode号码。

　　3. 打开一个文件以后，系统就以inode号码来识别这个文件，不再考虑文件名。因此，通常来说，系统无法从inode号码得知文件名。

      第3点使得软件更新变得简单，可以在不关闭软件的情况下进行更新，不需要重启。因为系统通过inode号码，识别运行中的文件，不通过文件名。更新的时候，新版文件以同样的文件名，生成一个新的inode，不会影响到运行中的文件。等到下一次运行这个软件的时候，文件名就自动指向新版文件，旧版文件的inode则被回收。

 

九 实际问题

在一台配置较低的Linux服务器（内存、硬盘比较小）的/data分区内创建文件时，系统提示磁盘空间不足，用df -h命令查看了一下磁盘使用情况，发现/data分区只使用了66%，还有12G的剩余空间，按理说不会出现这种问题。 后来用df -i查看了一下/data分区的索引节点(inode)，发现已经用满(IUsed=100%)，导致系统无法创建新目录和文件。 

 

 

查找原因：

　　/data/cache目录中存在数量非常多的小字节缓存文件，占用的Block不多，但是占用了大量的inode。 

 

解决方案：
　　1、删除/data/cache目录中的部分文件，释放出/data分区的一部分inode。
　　2、用软连接将空闲分区/opt中的newcache目录连接到/data/cache，使用/opt分区的inode来缓解/data分区inode不足的问题：
　　ln -s /opt/newcache /data/cache