学习笔记：Linux操作系统——1.磁盘管理和数据存储
学习笔记：Linux操作系统——磁盘管理和数据存储
目录
学习笔记：Linux操作系统——磁盘管理和数据存储
一、磁盘管理
1.命令df（disk filesystem）用于查看已挂载磁盘的信息，可以不接参数；
2.命令du（disk useage）查看某个文件或者目录所占空间大小
3.分区命令fdisk（Linux下硬盘分区工具，只能划分小于2TB的分区）
4.格式化
二、数据读取
1.理解inode
2.inode的内容
3.inode的大小
4.inode号码
5.目录文件
6.硬链接和软链接
7.inode的特殊作用
8.实际问题
一、磁盘管理
如何分区？如何格式化？如何挂载？如何卸载？
1.命令df（disk filesystem）用于查看已挂载磁盘的信息，可以不接参数；
可接参数介绍：
df -i //表示查看inodes的使用状况
//这里介绍个同等结果的指令：grep -v tmpfs <过滤掉包含tmpfs字符串的行>
//tmpfs指临时文件系统，文件都存储在内存，读取速度快但重启会丢失
df -h //表示使用合适的单位显示，如用GB
df -k、-m //表示以KB和MB为单位显示示例：
2.命令du（disk useage）查看某个文件或者目录所占空间大小
可接参数如下：
du -a 表示全部文件和目录都列出来，不带参数责只列出目录及子目录大小，默认单位为KB
-b 表示以B为单位输出
-k 表示以kb为单位输出
-m 表示以mb为单位输出
-h 表示自动调节单位
du -c 表示最后加总
du -s 表示只列出总和 示例：
3.分区命令fdisk（Linux下硬盘分区工具，只能划分小于2TB的分区）
fdisk [-l] [设备名称]可以查看所有设备及分区表，或者查看指定设备的
#fdisk /dev/sdb可以直接进入指定设备进行分区
n 新建分区（依次选择类型、分区号、起始扇区、结束扇区【这里可以直接使用<+大小>）
w 表示保存
q 表示退出
d 表示删除
p 查看/打印 当前磁盘分区情况
- 分区后并不能直接使用分区需要先格式化，然后将分区挂载到一个空目录中，访问目录来访问分区
4.格式化
- 命令 mke2fs、mkfs.ext2、mkfs.ext3、mkfs.ext4和mkfs.ext5（前四个用法相似第五个稍微不同）
- 以mke2fs为例，常用选项有
mke2fs -t ext4 /dev/sdb1
这里的-t后接属性为文件格式类型
其他选项：
-b：设定数据区块占用的大小，目前每个块支持1024b，2048b及4096b
-i：设定inode的大小
-N：设定inode的数量，默认值不够时需要自定义
-c：格式化之前先检查磁盘，加该选项后格式化较慢
-L：表示预设该分区标签
-j：表示建立ext3格式分区，如果使用mkfs.ext3指令则不需选项
-t:指定文件系统类型，有ext2、ext3、ext4等5.挂载/卸载
- 5.1挂载卸载的命令：
mkdir [新目录1]
touch [新目录1]/文件.txt
mount /dev/sdb1 /[新目录1] （挂载命令）
ls [新目录1] （访问目录即访问磁盘sdb1）
df -h (查看已经挂载的磁盘)
umount 挂载点|设备 （取消挂载）
- 5.2配置文件/etc/fstab
查看配置文件/etc/fstab (使用指令cat查看文件内容)
第一列是分区标识；第二列是挂载点；第三列是分区的格式；第四列是mount的挂载参数；
第五列的数字标识是否被dump备份，1表示备份0表示不备份；
第六列的数字标识开机时是否自检磁盘，1和2表示检测0表示不检测，1比2优先级高，多个需要检测则都设定为2；
挂载参数：
async/sync： 前者表示磁盘和内存不同步，后者表示同时同步
auto/noauto： 开机自动挂载/不自动挂载
default： 按照默认值挂载包含rw，suid，dev，exec，auto，nouser，async
ro： 按只读权限挂载
rw： 按可读可写挂载
exec/noexec： 允许/不允许 可执行文件执行
user/nouser： 允许/不允许 root外的其他用户挂载分区，为了安全使用nouser
suid/nosuid 允许/不允许 分区有suid属性，一般弄suid
usrquota 启用用户的磁盘配额模式
grquota 启动群组的磁盘配额模式假如我在配置文件中加入一行：
先卸载sdb1，使用df -h命令查看没有了sdb1
后使用mount -a命令，再使用df -h命令就可以看到配置文件中已经配置好的挂载磁盘
/dev/sdb1 /newdir ext4 defaults 0 0
表示将设备sdb1挂载到newdir目录，文件系统类型为ext4，挂载类型默认，不dump备份，不开机自检
- 5.3指令可选项：
mount -a 把配置文件/etc/fstab中出现的所有磁盘分区挂载上
-t 指定挂载分区的类型，默认不指定，会自动识别
-o 指定挂载分区有哪些特性，即上面配置文件中第四列的属性
umount -l 假如当前目录在要卸载的目录中会报错，使用此选项可以解决- 6.使用扩展
- 使用blkid命令获取各个分区的UUID和LABEL
- 让某个分区开机自动挂载的方法有两种，一是在上述配置文件中添加一行如上述配置，二是把挂载命令写在/etc/rc.d/rc.local中，但是要使用命令的绝对绝对路径如：（在文件中末尾加入）
二的配置完成后得输入指令：/usr/bin/mount 设备的UUID /[挂载点]# chmod a+x /etc/rc.d/rc.local- 建议在挂载时尽量使用UUID（上述命令查看）或者LABEL（分区时设定）
二、数据读取
1.理解inode
- 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"。
2.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（无法看到文件名，下面会有解释）
3.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。
4.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.txt5.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 /etc6.硬链接和软链接
6.1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“。
6.2软连接
- 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7.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，系统无法从inode号码得知文件名。
上述第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。
8.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