『学了就忘』Linux文件系统管理 — 57、Linux文件系统介绍

在了解Linux的文件系统管理之前，先简单了解一下硬盘的结构。

1、了解硬盘结构（了解即可）

（1）硬盘的逻辑结构

如下图所示：

说明：

• 上图中一圈一圈的同心圆（蓝色部分），我们称之为磁道。数据就存放在磁道当中。
• 从磁盘的中心向外发散切割线，这切割先和磁道的重叠区域就是一个扇区。
  
• 每个扇区的大小事固定的，为512Byte。扇区也是磁盘的最小存贮单位。

接下来我们从侧面看，如下图所示：

说明：

• 硬盘的大小是使用“磁头数×柱面数×扇区数×每个扇区的大小”这样的公式来计算的。
• 磁头数（Heads）表示硬盘总共有几个磁头，也可以理解成为硬盘有几个盘面，然后乘以二（磁头在磁盘两面都有）；
• 柱面数（Cylinders）表示硬盘每一面盘面有几条磁道（就是把磁盘横过来，磁盘是有厚度的，具有相同编号的磁道形成一个圆柱，称之为磁盘的柱面。也可以说成磁道就是一个柱面，有多个磁道，就有多少个柱面数，磁盘的柱面数与一个盘面上的磁道数是相等的。）
• 扇区数（Sectors）表示每条磁道上有几个扇区；每个扇区的大小一般是512Byte。

硬盘示例图如下：

以上就是机械师硬盘，他的优点是，容量大，价格便宜。缺点，由于是物理结构的磁盘，需要转动磁盘来存储或者读取数据的，转速越快，存取效率越高。普通硬盘转速一般7200转每分钟，转速越高，硬盘发热量越大。（注意磁头是不搭在磁盘上的，是悬空的。）

（2）硬盘接口

硬盘接口的种类如下：

• IDE硬盘接口（Integrated Drive Electronics，并口，即电子集成驱动器）也称作"ATA硬盘"
  或"PATA硬盘”，是早期机械硬盘的主要接口，ATA133硬盘的理论速度可以达到133MB/s
  （此速度为理论平均值），IDE硬盘接口。（基本淘汰）
• SATA接口（Serial ATA，串口）是速度更高的硬盘标准，具备了更高的传输速度，并具备了更强的纠错能力。目前已经是SATA三代，理论传输速度达到600MB/s（此速度为理论平均值）。
• SCSI接口（Small Computer System Interface，小型计算机系统接口）广泛应用在服务器上，具有应用范围广、多任务、带宽大、CPU占用率低及支持热插拔等优点，理论传输速度达到320MB/s。（已淘汰）

2、Linux文件系统介绍

文件系统管理也就是分区管理。

（1）Linux文件系统的特性

• super block（超级块）：记录整个文件系统的信息，包括block与inode的总量，已经使用的inode和block的数量，未使用的inode和block的数量，block与inode的大小，文件系统的挂载时间，最近一次的写入时间，最近一次的磁盘检验时间等。
• date block（数据块，也称作block）：用来实际保存数据的（相当于柜子的隔断），block的大小（1KB，2KB或4KB->默认）和数量在格式化后就已经决定，不能改变，除非重新格式化（制作柜子的时候，隔断大小就已经决定，不能更改，除非重新制作柜子）。
  每个blcok只能保存一个文件的数据，要是文件数据小于一个block块，那么这个block的剩余空间不能被其他文件使用；要是文件数据大于一个block块，则占用多个block块。
  Windows中磁盘碎片整理工具的原理就是把一个文件占用的多个block块尽量整理到一起，这样可以加快读写速度。
• inode（i节点，柜子门上的标签，128字节）：用来记录文件的权限（r，w、x），文件的所有者和属组，文件的大小，文件的状态改变时间（ctime），文件的最近一次读取时间（atime），文件的最近一次修改时间（mtime），文件的数据真正保存的block编号。每个文件需要占用一个inode。

（2）Linux常见文件系统

• ext：Linux中最早的文件系统，由于在性能和兼容性上具有很多缺陷，现在已经很少使用。
• ext2：是ext文件系统的升级版本，Red Hat Linux 7.2版本以前的系统默认都是ext2文件系统。于1993年发布，支持最大16TB的分区和最大2TB的文件（1TB=1024GB-1024× 1024KB）。
• ext3：ext2文件系统的升级版本，最大的区别就是带日志功能，以便在系统突然停止时，提高文件系统的可靠性。支持最大16TB的分区和最大2TB的文件。
• ext4：是ext3文件系统的升级版。ext4在性能、伸缩性和可靠性方面进行了大量改进。ext4的变化可以说是翻天覆地的，比如向下兼容ext3、最大1EB文件系统和16TB文件、无限数量子目录、Extents连续数据块概念、多块分配、延迟分配、持久预分配、快速FSCK、日志校验、无日志模式、在线碎片整理、inode增强、默认启用barrier等。它是CentOS6.x的默认文件系统。（说这么多，意思就是ext4文件系统比前三个强很多）
• xfs：XFS最早针对IRIX操作系统开发，是一个高性能的日志型文件系统，能够在断电以及操作系统崩溃的情况下，保证文件系统数据的一致性。它是一个64位的文件系统，后来进行开源并且移植到了Linux操作系统中，目前CentOS 7.x将XFS+LVM作为默认的文件系统。据官方所称，XFS对于大文件的读写性能较好。
  （以上都是Linux系统中的文件系统，知道越新越好就可以了。 ）
• swap：swap是Linux中用于交换分区的文件系统（类似于Windows中的虚拟内存），当内存不够用时，使用交换分区暂时替代内存。一般大小为内存的2倍，但是不要超过2GB，它是Linux的必需分区。
• NFS：NFS是网络文件系统（Network File System）的缩写，是用来实现不同主机之间文件共享的一种网络服务，本地主机可以通过挂载的方式使用远程共享的资源。
• iso9660：光盘的标准文件系统。Linux要想使用光盘，必须支持iso9660文件系统。
• fat：就是Windows下的fat16文件系统，在Linux中识别为fat。
• vfat：就是Windows下的fat32文件系统，在Linux中识别为vfat。支持最大32GB的分区和最大4GB的文件。
• NTFS：就是Windows下的NTFS文件系统，不过Linux默认是不能识别NTFS文件系统的，如果需要识别，则需要重新编译内核才能支持。它比fat32文件系统更加安全，速度更快支持最大2TB的分区和最大64GB的文件
• ufs：Sun公司的操作系统Solaris和SunOS所采用的文件系统。（用不着，了解一下即可）
• proc：Linux中基于内存的虚拟文件系统，用来管理内存存储目录/proc。（了解一下即可）
• sysfs：和proc一样，也是基于内存的虚拟文件系统，用来管理内存存储目录/sysfs。（了解一下即可）
• tmpfs：也是一种基于内存的虚拟文件系统，不过也可以使用swap交换分区。（了解一下即可）

3、整理一下对文件系统的认识

我们以前说一个分区，会分成两个部分，一小部分为上半部分，下面大部分为下半部分。

上半部分会分成一个一个i节点信息，理论上每个文件都会有自己唯一的i节点信息（如果遇到硬链接，两个文件的i节点就会一样）。

下半部分会分成一个一个block（数据块），在Linux系统下默认是4KB，用于存储数据。

如下图：

上边的图今天要稍微变一下。

在我们的电脑上一般一个分区100GB，block块默认是4KB，所以100GB大小的分区，要有2500万+个block块。可以说是一个非常大的数字，这样会非常不好管理。

我们真正分区中系统文件的结构是如下：

首先一个分区，会在一个分区的开头，用一部分很小的空间，组成一个超级块。超级块的作用看上边，每个分区都会有一个超级块。

查看超级块信息，用下面命令。

[root@localhost ~]# dumpe2fs -h + 分区号(/dev/sda1)

然后该分区中的block块太多了，就在该分区中形成一些块组。在块组中，在进行上面形式的划分。

查看块组信息

[root@localhost ~]# dumpe2fs + 分区号(/dev/sda1)

Linux文件系统结构如下：