《鸟哥的linux私房菜》学习笔记（第八章 Linux磁盘与文件系统管理&第九章 文件与文件系统的压缩与打包）

第八章 Linux磁盘与文件系统管理

1 磁盘组成与分区复习

• 扇区为最小的物理存储单位，每个扇区为512bytes
• 将扇区组成一个圆，那就是柱面，柱面是分区的最小单位
• 磁盘分区意即指定分区的起始与结束柱面就可以
• 指定分区的柱面范围记录在第一个扇区的分区表中
• 主分区与扩展分区最多可以有4个（硬盘的限制）
• 扩展分区最多只能有一个（操作系统的限制）
• 逻辑分区是有扩展分区持续分出来的分区
• 能够被格式化后作为数据访问的分区为主要分区与逻辑分区，扩展分区无法格式化

2 文件系统特性

• super block：记录此文件系统的整体信息，包括inode/block的总量、剩余量，以及文件系统的格式与相关信息
• inode：记录文件的属性，一个文件占用一个inode，同事记录此文件的数据所在的block号码
• block：实际记录文件的内容，若文件太大时，会占用多个block
• Linux的Ext2系统采用索引式文件系统，读取方式如下：
  
• U盘使用的文件系统一般为FAT格式，FAT这种格式的文件系统并没有inode存在，所以FAT没有办法将这个文件的所有block在一开始就读取出来。每个block号码都记录在前一个block中，读取方式如下：
  

3 Linux的Ext2文件系统

Ext2文件系统在格式化的时候基本上是区分为多个块组（block group）的，每个块组都有独立的inode/block/superblock系统。

• data block（数据块）
  ① 原则上，block的大小与数量在格式化完就不能改变了（除非重新格式化）
  ② 每个block文内最多只能够放置一个文件的数据
  ③ 承上，如果文件大于block的大小，则一个文件会占用多个block数量
  ④ 承上，如果文件小于block，则该block的剩余空间都不能够再被使用了（磁盘空间会被浪费）
  例：假如Ext2文件系统使用4KB的block，而该文件系统中有10000个小文件，每个文件大小为50bytes，则浪费了多少磁盘空间？
  答：（4096-50）*10000=38.6MB，不到1MB的总文件容量却浪费了将近40MB的容量。
  但是也不可以将block定义为1K，因为block太小的话，大型文件将占用数量更多的block，而inode也会记录更多的block号码，此时将可能导致文件系统不良的读写性能。
• inodetable（inode表格）
  inode的内容主要记录文件的属性以及该文件实际数据是防止在哪几号block内，基本上，inode记录的文件数据至少有下面这些：
  ① 该文件的访问模式（rwx）
  ② 该文件的所有者与组
  ③ 该文件的大小
  ④ 该文件创建或状态改变的时间ctime
  ⑤ 最近一次的读取时间atime
  ⑥ 最近修改的时间mtime
  ⑦ 定义文件特性的标志（flag），如SetUID等
  ⑧ 该文件真正内容的指向（pointer）
  inode的数量与大小也是在格式化时就已经固定了，另外：
  ① 每个inode的大小均固定为128bytes
  ② 每个文件都仅会占用一个inode，所以inodemap中多个inode存贮了多个文件的信息
  ③ 承上，因此文件系统能够创建的文件数量与inode的数量有关
  ④ 系统读取文件时需要先找到inode，并分析inode所记录的权限与用户是否相符合，若符合才能够开始实际读取block的内容
  ⑤ inode记录block号码的区域定义为12个直接、1个间接、1个双间接、1个三间接记录区
  结构如：
  
  以较小的1KB的block来说明，每个block号码会使用4bytes
  12个直接指向：12✖️1KB=12KB
  1个间接指向：1✖️(1KB/4bytes)✖️1KB=256KB
  1个双间接指向：1✖️(1KB/4bytes)✖️(1KB/4bytes)✖️1KB=256²KB
  1个三间接指向：1✖️(1KB/4bytes)✖️(1KB/4bytes)✖️(1KB/4bytes)✖️1KB=256³KB
  因此当文件系统将block格式化为1KB大小，能够容纳的最大文件为12+256+256²+256³=16GB。但是这个计算方法不适合block为2K或者4K时，因为大于2K的block会受到文件系统本身的限制。
  block为2K时，最大文件为256GB。
  block为4K时，最大文件为2TB。
• Superblock（超级块）
  Superblock是记录整个文件系统相关信息的地方，主要有：
  ① block与inode总量
  ② 未使用与已使用的inode/block数量
  ③ block与inode的大小（block为1K，2K，4K，inode为128bytes）
  ④ 文件系统的挂在时间、最近一次写入数据的时间、最近一次检验磁盘（fsck）的时间等文件系统的相关信息。
  ⑤ 一个validbit数值，若此文件系统已被挂载，则validbit为0，若未被挂载为1
• File system Description（文件系统描述说明）
  描述每个block group的开始与结束的block号码，以及说明每个区段（superblcok、bitmap、inodemap、date block）分别介于哪一个block号码之间
• block bitmap（块对照表）
  记录使用与未使用的block号码
• inode bitmap（inode对照表）
  记录使用与未使用的inode号码
• 使用dumpe2fs [-bh] 设备文件名 查询文件系统信息

4 与目录树的关系

• 目录：新建一个目录时，ext2会分配一个inode与至少一块block给该目录，其中inode记录该目录的相关权限与属性，并可记录分配到的那块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有的inode号码数据。
  想要查看目录下文件所占用的inode，使用ls -li命令
• 文件：新建一个文件时，ext2会分配一个inode与相对于该文件大小的block数量给该文件。
  
• 当新建一个文件时，文件系统的行为是：
  ① 先确定用户对于欲添加文件的目录是否具有w和x权限
  ② 根据inode bitmap找到没有使用的inode号码，并将新文件的权限/属性写入
  ③ 根据block bitmap找到没有使用中的block号码，并将实际的数据写入block中，且更新inode的block指向数据。
  ④ 将刚才写入的inode与block数据同步更新inode bitmap与block bitmap，并更新superblock的内容
• 数据存放区域与中间数据：我们将inode table和data block称为数据存放区域，至于其他例如super block、block bitmap、inode bitmap等区段称为中间数据，因为它们的数据是经常变动的，每次添加、删除、编辑时都可能会影响到这三个部分的数据，因此才称为中间数据。

5 文件系统相关的操作

（1）df 列出文件系统的整体磁盘使用量

-h：以人们较易阅读的GB、MB、KB等格式自行显示
-i：不用硬盘容量，而以inode的数量显示

（2）du 评估文件系统的磁盘使用量

du [-ahskm] 文件或者目录
-s：列出总量而以，而不列出每个个别的目录与所占容量。
-h：以人们较易阅读的GB、MB、KB等格式自行显示
常用命令：du -h --max-depth=1 /home/test1/test2，查看 /home/test1/test2目录下各个文件、目录的大小

（3）ln 连接文件

• hard link 硬连接或实际连接
  硬连接是在某个目录下新建一条文件名连接到某inode号码的关联记录。
  创建实际连接的命令 ln /etc/crontab . 在当前目录创建/etc/crontab的硬连接
  ① 不能跨文件系统
  ② 不能连接到目录
  
• symbolic link 符号连接、也即是快捷方式
  symbolic link就是在创建一个独立的文件，而这个文件会让数据的读取指向它连接的那个文件的文件名。
  
  创建符号连接的命令：ln -s 源文件 目标文件
• 目录的连接数量
  当创建一个新的目录名称为/tmp/testing时，基本上会有三个东西
  ①/tmp/testing
  ②/tmp/testing/.
  ③/tmp/testing/…
  其中①和②是一样的，都代表该目录，③代表/tmp，所以新建一个目录时，新的目录连接数是2，而上层目录连接数+1。查看连接数的命令为ls -ld 目录

六 磁盘的分区、格式化、检验和挂载

想要在系统中新增一块硬盘时，有以下动作：
1、对磁盘进行分区，以新建可用的分区
2、对该分区进行格式化，以创建系统可用的文件系统
3、若想要仔细一点，则可对刚才新建好的文件系统进行检验。
4、在Linux系统上，需要创建挂载点（也即是目录），并将它挂载上来。

第九章 文件与文件系统的压缩与打包

1、压缩与解压

tar

-c：新建打包文件，可搭配-v来查看过程中被打包的文件名
-x：解压缩的功能
-t：查看打包文件的内容含有哪些文件名
-v：在压缩/解压的过程中，将正在处理的文件名显示出来
-z：通过gzip的支持进行压缩/解压缩，此时文件名最好命名为*.tar.gz
-f：后面要接被处理的文件名

• 常用命令
  压缩
  tar -cvzf xxx.tar.gz 要被压缩的文件或者目录名称
  解压
  tar -xvzf xxx.tar.gz 欲解压缩的目录
  查询文件名
  tar -tvzf xxx.tar.gz