鸟哥的Linux私房菜(8)：Linux磁盘与文件系统管理

文件系统特性

为什么磁盘建好分区后还需要格式化？

因为不同的操作系统一般使用不同的文件系统
如下是Win10的NTFS
而Linux的传统文件系统是EXT2
由于新技术（LVM和Softwoare Raid）的应用，使得一个分区槽可以被格式化为多个文件系统，或者是把多个分区格式化为一个文件系统
通常把一个可被挂载的数据称为一个文件系统

文件系统如何运作

索引式文件系统EXT2主要的三部分

1. super block：记录文件系统的总体信息，如inode和data block的总量、用量、剩余，本文件系统的格式
2. inode：记录文件的属性（权限，UGO等）和此文件的data block编号，每个文件占一个inode，编号唯一
3. data block：记录文件的实际内容，当文件太大时可能会占用多个block

索引式文件系统的存取流程

上图灰色格子代表inode，蓝色代表data block，如果某文件占用了编号为4的inode，而此inode中记录了2 7 13 15的data block编号（有序），那根据此inode即可索引到文件的实际内容

FAT文件系统的组成和存取流程

FAT文件系统（如U盘）没有inode，如果文件占用了多个data block，则下一个block的编号记录在前一个block中。假设某文件按序占用了1 7 4 15四个block，则读出block 1以后才能知道下一个要读的是block 7。如果data block太过分散，可能会导致存取效率下降，因为磁盘无法只转一圈就读到所有data block，这时可以通过碎片整理将同一个文件所属的data block整合到一起

EXT2文件系统

文件系统由Boot Sector和数个block group组成

文件系统一开始就将inode和data block规划好了，除非重新格式化或使用命令resize2fs
EXT2文件系统在格式化时分为多个群组（block group），每个group都有独立的superblock+inode+datablock，如下
文件系统中除了有许多block group外，最前面有一个Boot Sector用于安装开机管理程序。
这样可以将不同的开机管理程序安装到不同的文件系统中，而不用覆盖一块磁盘唯一的MBR，以达到多重引导的目的

block group的六部分

data block

data block特征：

• 用于放置文件的数据内容。每个block都有编号以方便inode的记录。

• EXT2中支持的block大小为1K 2K 4K，在格式化fs时大小就固定了

• 每个block内只能放置一个文件，如果没有用完，剩余的空间就浪费了。但是一个大文件可能占用多个block

• 在选择block大小的时候要仔细考虑，太小可能会导致inode中记录太多的block编号，影响读写性能，太大可能会导致存储空间被浪费。

inode table

inode记录的文件数据：

• 文件的存取模式（rwx）
• owner and group
• size
• status time（建立或状态改变的时间，即ctime）
• acess time （上次读取的时间，即atime）
• modify time （上次修改内容的时间，即mtime）
• 文件特性标记（flag）：如SUID等
• 文件真正的内容指向（pointer）

inode特征：

• EXT2的每个inode固定大小为128 bytes，ext4和xfs可达到256bytes
• 每个文件无论大小只占用一个inode
• 文件系统能建立的文件数量和inode的数量有关
• 系统读取文件时需要先找到inode，然后判断用户是否拥有相应权限，有则才能开始读data block的内容

文件size与data block、inode的关系：
记录一个block编号要占用4bytes的inode空间，但是一个大文件有可能占用数万个data block。
为了解决这个问题，引入了分级策略，类似于页表的分级

一个inode大小为128B

• 直接记录区有12个，此区直接存放文件的block编号，最多占用48B的大小来直接存放12个block编号
• 间接记录区有1个，此区存放一个block编号，然后在此block内存放文件的block编号，以较小的1K block为例，可记录 1KB/ 4B = 256个编号
• 双间接记录区一个，可记录 (1KB/ 4B) * (1KB/ 4B) = 256^2个编号
• 三间接记录区一个，可记录 256^3个编号

所以采用1KB大小的data block时，一个文件最大可以允许的size是
(256 + 256^2 + 256^3) * 1KB = 16GB

但是2K 4K的block大小会受到文件系统本身的限制，所以这样计算不可行

super block