Linux系统的文件系统

分区与文件系统
对分区进行格式化是为了在分区上建立文件系统。一个分区通常只能格式化为一个文件系统，但是磁盘阵列等技术可以将一个分区格式化为多个文件系统。

组成
最主要的几个组成部分如下：

• inode：一个文件占用一个 inode，记录文件的属性，同时记录此文件的内容所在的 block 编号；
• block：记录文件的内容，文件太大时，会占用多个 block。

除此之外还包括：

• superblock：记录文件系统的整体信息，包括 inode 和 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；
• block bitmap：记录 block 是否被使用的位域。

文件读取
对于 Ext2 文件系统，当要读取一个文件的内容时，先在 inode 中去查找文件内容所在的所有 block，然后把所有 block 的内容读出来。

而对于 FAT 文件系统，它没有 inode，每个 block 中存储着下一个 block 的编号。

磁盘碎片
指一个文件内容所在的 block 过于分散，导致磁盘磁头移动距离过大，从而降低磁盘读写性能。

block
在 Ext2 文件系统中所支持的 block 大小有 1K，2K 及 4K 三种，不同的大小限制了单个文件和文件系统的最大大小。

一个 block 只能被一个文件所使用，未使用的部分直接浪费了。因此如果需要存储大量的小文件，那么最好选用比较小的 block。

inode
inode 具体包含以下信息：

• 权限 (read/write/excute)；
• 拥有者与群组 (owner/group)；
• 容量；
• 建立或状态改变的时间 (ctime)；
• 最近一次的读取时间 (atime)；
• 最近修改的时间 (mtime)；
• 定义文件特性的旗标 (flag)，如 SetUID…；
• 该文件真正内容的指向 (pointer)。

inode 具有以下特点：

• 每个 inode 大小均固定为 128 bytes (新的 ext4 与 xfs 可设定到 256 bytes)；
• 每个文件都仅会占用一个 inode。

inode 中记录了文件内容所在的 block 编号，但是每个 block 非常小，一个大文件随便都需要几十万的 block。而一个 inode 大小有限，无法直接引用这么多 block 编号。因此引入了间接、双间接、三间接引用。间接引用是指，让 inode 记录的引用 block 块记录引用信息。

目录
建立一个目录时，会分配一个 inode 与至少一个 block。block 记录的内容是目录下所有文件的 inode 编号以及文件名。

可以看出文件的 inode 本身不记录文件名，文件名记录在目录中，因此新增文件、删除文件、更改文件名这些操作与目录的 w 权限有关。

日志
如果突然断电，那么文件系统会发生错误，例如断电前只修改了 block bitmap，而还没有将数据真正写入 block 中。

ext3/ext4 文件系统引入了日志功能，可以利用日志来修复文件系统。

挂载
挂载利用目录作为文件系统的进入点，也就是说，进入目录之后就可以读取文件系统的数据。

目录配置
为了使不同 Linux 发行版本的目录结构保持一致性，Filesystem Hierarchy Standard (FHS) 规定了 Linux 的目录结构。最基础的三个目录如下：

• / (root, 根目录)
• /usr (unix software resource)：所有系统默认软件都会安装到这个目录；
• /var (variable)：存放系统或程序运行过程中的数据文件。