Linux文件系统结构
- 硬盘结构
- 文件系统结构
- 硬链接和软链接
- 实战：解决磁盘有空间但创建不了文件
1、硬盘的结构
硬盘的内部是一个圆形的金属盘片，一个硬盘内部往往不止一张，常见的有两张。
将原因的盘片分成若干个扇形区域，我们叫做扇区；
以盘片中心为圆心，把盘片分成若干个同心圆，每一个划分圆的“线条”，我们叫做磁道；
硬盘的存储容量=磁头数磁道数每磁道扇区数每磁道扇区字节数
磁道从外向内自0开始进行编号，各个磁道上的扇区数都是在硬盘格式化的时候确定的。
硬盘的最小存储单位，我们叫做“扇区”，每个扇区存储512字节（相当于0.5KB）
windows安装系统的C盘或Linux boot分区一般安装在磁盘的最外面还是最里面？
windows：C盘安装最外，速度也是最快
Linux：boot分区和swap分区，装在最外面
磁盘有以下特点：读外圈的数据快，读内圈的数据慢，所以测试硬盘经常
看到读取速度越来越慢的曲线图就很正常了
2、磁盘读写
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，而是一次性连续的取多个扇区，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 （扇区）组成一个 block
Windows系统中文件的最小单位是簇；Linux系统中文件的最小单位是block
例：在Windows平台，新建一个文档，输入aa两个字符
右击属性查看大小： 说明我的 NTFS 文件系统中默认的簇大小为 4KB
.
Linux平台中，我们通过stat命令，也可以查到block的大小
[root@xuegod140 ~]# stat mima File: ‘mima’ Size: 2429
Blocks: 8 IO Block: 4096 regular file Device:
802h/2050d Inode: 16797766 Links: 1 Access: (0644/-rw-r–r--) Uid:
( 0/ root) Gid: ( 0/ root) Access: 2019-04-12
20:37:55.318027969 +0800 Modify: 2019-04-12 20:33:47.514020700 +0800
Change: 2019-04-12 20:38:53.664029681 +0800
重点：簇和block调大：
优点：读取速度快，节约寻址时间
缺点：浪费空间
比如：2T的硬盘，前1.5T，block使用4K，后500MB使用64KB，这样综合利用，就是我们所说的用空间换时间
总结：分区的簇或者block越大，查询和读取数据的速度越快，但是浪费空间，因为簇或block是分区存放单个文件大小的数值；
block设置大：效率高，利用率低；
block设置小：效率低，利用率高
例如：簇或者block的大小是64kb，我们存储放一个650kb的数据，需要用到11个簇或block，就会造成浪费10kb的空间，但是因为我们存放的簇或block数量少，在硬盘读取数据的时，因为读取的簇或block少，速度就比较块；同样，如果簇或者block的大小是32kb，我们存放一个650kb的数据，需要用到21个簇或block，但是因为我们存放的簇或block多，硬盘读取的时候，需要寻址的簇或block多，所以读写的速度相对来说就慢。
3、inode的内容
文件的三种时间：
mtime ： modify time 修改文件内容的时间
atime ： access time 访问文件内容的时间
ctime 指 inode 上一次文件属性变动的时间，change time 。 比如： chmod +x a.sh
mtime 指文件内容上一次变动的时间，modify time 。如：echo aa >> a.sh 或vim a.sh 修改内容
atime 指文件上一次查看文件的时间，access time 。 如： cat a.sh
例1：atime时间变动
[root@xuegod140 ~]# stat mima Access: 2019-04-12 20:37:55.318027969
+0800 Modify: 2019-04-12 20:33:47.514020700 +0800 Change: 2019-04-12 20:38:53.664029681 +0800 [root@xuegod140 ~]# cat mima [root@xuegod140
~]# stat mima Access: 2019-04-13 09:07:50.518031307 +0800
#atime时间变动 Modify: 2019-04-12 20:33:47.514020700 +0800 Change: 2019-04-12 20:38:53.664029681 +0800
例2：mtime时间变动
[root@xuegod140 ~]# stat mima Access: 2019-04-13 09:07:50.518031307
+0800 Modify: 2019-04-12 20:33:47.514020700 +0800 Change: 2019-04-12 20:38:53.664029681 +0800 [root@xuegod140 ~]# echo aaa > mima
[root@xuegod140 ~]# stat mima #修改内容后，发现mtime和ctime都变动
Access: 2019-04-13 09:07:50.518031307 +0800 Modify: 2019-04-13
09:09:51.104032241 +0800 Change: 2019-04-13 09:09:51.104032241 +0800
例3：ctime时间
[root@xuegod140 ~]# stat mima Access: 2019-04-13 09:07:50.518031307
+0800 Modify: 2019-04-13 09:09:51.104032241 +0800 Change: 2019-04-13 09:09:51.104032241 +0800 [root@xuegod140 ~]# chmod +x mima
[root@xuegod140 ~]# stat mima #看到是ctime的时间发生变动 Access:
2019-04-13 09:07:50.518031307 +0800 Modify: 2019-04-13
09:09:51.104032241 +0800 Change: 2019-04-13 09:12:09.582033314 +0800
4、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，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%。
5、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。
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。
例1：查看每个分区的inode信息
[root@xuegod140 ~]# df -Th Filesystem Type Size Used Avail
Use% Mounted on /dev/sda2 xfs 10G 4.7G 5.4G 47% /
devtmpfs devtmpfs 2.0G 0 2.0G 0% /dev tmpfs
tmpfs 2.0G 0 2.0G 0% /dev/shm tmpfs tmpfs 2.0G
21M 2.0G 2% /run tmpfs tmpfs 2.0G 0 2.0G 0%
/sys/fs/cgroup /dev/sr0 iso9660 4.2G 4.2G 0 100% /mnt
/dev/sda1 xfs 497M 148M 350M 30% /boot tmpfs
tmpfs 394M 8.0K 394M 1% /run/user/42 tmpfs tmpfs
394M 0 394M 0% /run/user/0
例2：查看目录文件的inode信息
[root@xuegod140 ~]# ls -id /etc 8388673 /etc [root@xuegod140 ~]# stat
/etc File: ‘/etc’ Size: 8192 Blocks: 24 IO Block:
4096 directory Device: 802h/2050d Inode: 8388673 Links: 136
Access: (0755/drwxr-xr-x) Uid: ( 0/ root) Gid: ( 0/
root) Access: 2019-04-13 22:50:07.893020097 +0800 Modify: 2019-04-13
22:48:34.164020980 +0800 Change: 2019-04-13 22:48:34.164020980 +0800
Birth: -
5、block块大小
blcok是真正存储数据的地方
blcok是文件系统中最小的存储单位
扇区是磁盘中最小的存储单位
两个扇区成为：簇或者block
在Linux中叫block（块）；在Windows中叫簇；
操作系统在读取数据的不是一个个扇区的读取，这样效率太低，而是一次性读取多个扇区，即一次性读取一个块（block）。这种由多个扇区组成的块，我们叫做block，是文件存储的最小单位。块的大小通常是1kb，即是2个sector（扇区）组成一个blcok。
如果我们的磁盘没有block，我们在读取数据的时候效率和速度非常慢。比如看一个4G的高清电影，一次读一个扇区（512B），寻址的次数太多，太慢了，导致电影看成jpg。
例1：修改簇的大小
在windows系统中，修改簇大小，需将硬盘进行格式化，进行修改。
6、文件的硬链接和软连接
Linux 链接分两种，一种被称为硬链接（Hard Link），另一种被称为软链接，即符号链接（Symbolic Link）。
默认情况下，ln 命令产生硬链接。
【硬链接】：硬链接指通过索引节点号来进行连接。inode 是可以对应多个文件名的，在 Linux 的文件系统中，保存在磁盘分区中的文件不管是什么类型都给它分配一个编号，称为索引节
点号(Inode Index)。在 Linux 中，多个文件名可以指向同一索引节点。一般这种连接就是硬连接。
硬连接的作用是允许一个文件拥有多个有效路径名，这样用户就可以建立硬连接到重要文件，以防止“误删”的功能。
只删除一个链接并不影响索引节点本身和其它的链接，只有当最后一个链接被删除后，文件的数据块及目录的链接才会被释放。也就是说，文件真正删除的条件是与之相关的所有硬连接文件均被删除。
【软连接】：另外一种连接称之为符号连接（Symbolic Link），也叫软连接。软链接文件有类似于Windows 的快捷方式。它实际上是一个特殊的文件。在符号连接中，文件实际上是一个文本文件，其中包含的有另一文件的位置信息
硬链接：
命令：ln
语法：ln 源文件 目标文件
[root@xuegod140 ~]# echo aaa >> a.txt
[root@xuegod140 ~]# ln a.txt
b.txt [root@xuegod140 ~]# ll -i a.txt b.txt #两个文件的inode号相同
18684490 -rw-r–r-- 2 root root 4 Apr 13 23:03 a.txt 18684490
-rw-r–r-- 2 root root 4 Apr 13 23:03 b.txt
我们修改其中一个文件的内容，查看另外一个文件内容是否同步
[root@xuegod140 ~]# echo 123 >> a.txt
[root@xuegod140 ~]# cat b.txt #文件内容会同步
aaa
123
我们删除其中一个文件，查看是否对另外一个文件造成影响
[root@xuegod140 ~]# rm -rf a.txt
[root@xuegod140 ~]# cat b.txt
aaa
123
[root@xuegod140 ~]# echo 456 >> b.txt
[root@xuegod140 ~]# cat b.txt
aaa
123
456
注意：硬链接不能跨分区进行链接文件；因为每个分区都有自己的inode号，两个分区的inode会重复。
硬链接不能针对目录进行设置链接；
例2：测试是否可以针对目录和跨分区
[root@xuegod140 ~]# lsblk NAME MAJ:MIN RM SIZE RO TYPE MOUNTPOINT
sda 8:0 0 20G 0 disk ├─sda1 8:1 0 500M 0 part /boot
├─sda2 8:2 0 10G 0 part / └─sda3 8:3 0 4G 0 part
[SWAP] sdb 8:16 0 20G 0 disk ├─sdb1 8:17 0 300M 0
part /sdb1 [root@xuegod140 ~]# ln /etc/passwd /sdb1/mim #/sdb1和/不在同一个分区
ln: failed to create hard link ‘/sdb1/mim’ => ‘/etc/passwd’: Invalid cross-device link
[root@xuegod140 ~]# ln /boot/grub /opt/ #无法针对目录设置硬链接 ln:
‘/boot/grub’: hard link not allowed for directory
扩展：
为什么不能针对目录设置硬链接？
[root@xuegod140 ~]# ll -d /sdb1/
drwxr-xr-x 2 root root 6 Apr 13 23:11 /sdb1/
为什么我们新创建的目录，链接数是2？
[root@xuegod140 ~]# ll -id /sdb1/ /sdb1/.
64 drwxr-xr-x 2 root root 6 Apr 13 23:11 /sdb1/
64 drwxr-xr-x 2 root root 6 Apr 13 23:11 /sdb1/.
这里我们可以看出/sdb1和.是同一个文件，也就是链接的目录文件，inode号码一样。
软链接：
命令：ln -s
语法：ln -s 源文件 链接的名字
注意：
软链接可以对目录设置；
软链接可以跨分区设置；
软链接的路径必须是绝对路径；（跨分区）
源文件删除，链接文件失效
例1：对目录设置软链接
[root@xuegod140 ~]# ln -s /boot/grub grub-link
[root@xuegod140 ~]# ll grub-link -d
lrwxrwxrwx 1 root root 10 Apr 13 23:24 grub-link -> /boot/grub
例2：链接一个文件
[root@xuegod140 ~]# ln -s mima mima-link
[root@xuegod140 ~]# ll mima-link
lrwxrwxrwx 1 root root 4 Apr 13 23:26 mima-link -> mima
删除mima文件，查看对软链接有影响
[root@xuegod140 ~]# rm -rf mima
[root@xuegod140 ~]# ll mima-link
lrwxrwxrwx 1 root root 4 Apr 13 23:26 mima-link -> mima #这里发现源文件会闪烁，颜色变了
[root@xuegod140 ~]# cat mima-link
cat: mima-link: No such file or directory
注：源文件删除，链接文件失效
例3：跨分区设置
[root@xuegod140 ~]# cp /etc/passwd mima
[root@xuegod140 ~]# ln -s mima /sdb1/mima-link
[root@xuegod140 ~]# ll /sdb1/mima-link
lrwxrwxrwx 1 root root 4 Apr 13 23:30 /sdb1/mima-link -> mima
注：这里可以看到虽然没有报错，但是软链接的文件是无效的。说明跨分区设置软链接源文件必须要绝对路径
将源文件的路径写成绝对路径
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。
- 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。
- 移动文件或重命名文件，只是改变文件名，不影响 inode 号码。
- 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。
互动：为什么每次修改完服务器配置文件后，都需要重新加载一下配置文件？
因为 vim 每次修改完后，Inode 号都会变。
例1：删除inode号，来实现删除文件
方法一：
[root@xuegod140 ~]# ll -i mima
18684497 -rw-r–r-- 1 root root 2433 Apr 13 23:30 mima
[root@xuegod140 ~]# rmfind . -inum 18684497
方法二：
[root@xuegod140 ~]# ll -i mima-link
18684499 lrwxrwxrwx 1 root root 4 Apr 13 23:26 mima-link -> mima
[root@xuegod140 ~]# find . -inum 18684499 -exec rm -rf {} ;
[root@xuegod140 ~]# ls mima-link
ls: cannot access mima-link: No such file or directory
例2：移动文件，查看是否改变inode号
[root@xuegod140 ~]# cp /etc/passwd mima
[root@xuegod140 ~]# ll -i mima
18684497 -rw-r–r-- 1 root root 2433 Apr 13 23:42 mima
[root@xuegod140 ~]# mv mima /opt/mima
mv: overwrite ‘/opt/mima’? y
[root@xuegod140 ~]# ll -i /opt/mima
18684497 -rw-r–r-- 1 root root 2433 Apr 13 23:42 /opt/mima
例3：查看vim后的文件inode号是否会改变
[root@xuegod140 ~]# ll -i /opt/mima
18684497 -rw-r–r-- 1 root root 2433 Apr 13 23:42 /opt/mima
[root@xuegod140 ~]# vim /opt/mima
[root@xuegod140 ~]# ll -i /opt/mima
8388686 -rw-r–r-- 1 root root 2443 Apr 13 23:44 /opt/mima
8、解决磁盘有空间，但是无法创建文件
环境准备：
[root@xuegod140 ~]# cd /sdc2
[root@xuegod140 sdc2]# df -i /sdc2/
Filesystem Inodes IUsed IFree IUse% Mounted on
/dev/sdc2 25600 3 25597 1% /sdc2
[root@xuegod140 sdc2]# touch {1…25700}.txt
touch: cannot touch ‘25662.txt’: No space left on device
touch: cannot touch ‘25663.txt’: No space left on device
touch: cannot touch ‘25664.txt’: No space left on device
touch: cannot touch ‘25665.txt’: No space left on device
[root@xuegod140 sdc2]# df -i /sdc2/ #inode号不足
Filesystem Inodes IUsed IFree IUse% Mounted on
/dev/sdc2 25600 25600 0 100% /sdc2
[root@xuegod140 sdc2]# df -Th /sdc2/ #空间还有剩余
Filesystem Type Size Used Avail Use% Mounted on
/dev/sdc2 xfs 47M 17M 31M 35% /sdc2
[root@xuegod140 sdc2]# touch a.txt
touch: cannot touch ‘a.txt’: No space left on device
解决方法：
1、删除/sdc2目录中其它一些文件，释放除/sdc2目录中的一些inode号
2、先备份/sdc2目录下的一些文件，然后在目录下创建一个目录，重启在这个目录下挂载一个别的分区，下次在需要写数据就向这个目录写数据
演示：
[root@xuegod140 sdc2]# rm -rf 25661.txt
[root@xuegod140 sdc2]# df -i /sdc2/
Filesystem Inodes IUsed IFree IUse% Mounted on
/dev/sdc2 25664 25663 1 100% /sdc2
[root@xuegod140 sdc2]# mkdir cache
[root@xuegod140 sdc2]# df -i /sdc2/
Filesystem Inodes IUsed IFree IUse% Mounted on
/dev/sdc2 25664 25664 0 100% /sdc2
[root@xuegod140 sdc2]# cd cache/
[root@xuegod140 cache]# touch a.txt b.txt
[root@xuegod140 cache]# echo aa > a.txt bb > b.txt
[root@xuegod140 cache]# cat a.txt b.txt
aa bb
[root@xuegod140 cache]# df -i /sdc2/cache/
Filesystem Inodes IUsed IFree IUse% Mounted on
/dev/sdb5 153600 5 153595 1% /sdc2/cache
3、创建一个软链接的方法
[root@xuegod140 sdc2]# df -i /sdc2/
Filesystem Inodes IUsed IFree IUse% Mounted on
/dev/sdc2 25664 25663 1 100% /sdc2
[root@xuegod140 sdc2]# ln -s /sdb1/ sdb1-link
[root@xuegod140 sdc2]# cd sdb1-link/
[root@xuegod140 sdb1-link]# touch a.txt
[root@xuegod140 sdb1-link]# cd …
[root@xuegod140 sdc2]# df -i sdb1-link/
Filesystem Inodes IUsed IFree IUse% Mounted on
/dev/sdb1 153600 4 153596 1% /sdb1
4、inode分区完了之后，indoe号是否可以修改
ext4的分区，无法直接修改，必须通过格式化来修改inode号
[root@xuegod140 Packages]# mkfs.ext4 -N 500000 /dev/sdb1
mke2fs 1.42.9 (28-Dec-2013)
Filesystem label=
OS type: Linux
Block size=1024 (log=0)
Fragment size=1024 (log=0)
Stride=0 blocks, Stripe width=0 blocks
500464 inodes, 307200 blocks
15323 blocks (4.99%) reserved for the super user
First data block=1
Maximum filesystem blocks=20866560
62 block groups
5016 blocks per group, 5016 fragments per group
8072 inodes per group
Superblock backups stored on blocks:
5017, 15049, 25081, 35113, 45145, 125401, 135433, 245785
Allocating group tables: done
Writing inode tables: done
Creating journal (8192 blocks): done
Writing superblocks and filesystem accounting information: done
[root@xuegod140 Packages]# mount /dev/sdb1 /sdb1/
[root@xuegod140 Packages]# df -i /sdb1/
Filesystem Inodes IUsed IFree IUse% Mounted on
/dev/sdb1 500464 11 500453 1% /sdb1
xfs分区可以直接修改inode号的数量
通过查看分区的inode信息，可以计算出inode的数量
修改inode占用硬盘的百分比
修改百分比后，分区的inode数量自动变更
