基于centos7学习总结 -- 文件系统相关内容

个人学习总结，多有不足之处，还望大佬多多指点。

一、文件系统

1. 磁盘的组成与分区：

磁盘的组成：磁盘是由磁头、机械手臂、圆形碟片和主轴马达组成。
扇区：是最小的存储单位，依据磁盘的设计不同，目前主要有512b与4K两种格式。
柱面：将扇区组成一个圆，就是柱面。
磁盘分区主要有两种格式：一种是MBR分区表，一种是GPT分区表。
MBR分区表限制较多，MBR第一个扇区为boot sector，内存储的有主引导记录MBR和分区表，其中MBR占用446b，分区表仅占用64b。
GPT分区表有较多的分区，支持的硬盘容量可以超过2TB。

2. 文件系统

2.1linux早期的ext2文件系统：

ext2文件系统通常会将文件的权限与属性与实际存储的内容分别存储。
权限与属性存放于“inode”中，文件内的数据则存放在“数据区块”中。另外还会有超级区块（superblock）会记录整个文件系统的整体信息，包括inode和数据区块的总量、使用量和剩余量等。

每个inode和数据区块都会有编号。

• 超级区块：记录此文件系统的整体信息，inode和数据区块的总量、使用量和剩余量，以及文件系统格式等相关信息。
• inode：记录文件属性，一个文件占用一个inode，同时记录该文件的数据所在的数据区块号码。
• 数据区块：真正存储文件数据的地方，如果文件较大，这回产生多个数据区块。

其中ext2 的inode 、 数据区块的大小、个数是在格式化文件系统时设置并固定写死的。如需修改则需重新格式化该文件系统。

例如：有一个文件存储的内容很多，理所应当的占用较多的磁盘容量。如果一个数据区块的大小设置为1K，文件总大小为3k，则存储该文件应需要3个大小为1k的数据区块。

此时文件操作系统会根据inode中数据区块地址一口气将3个block内的数据读取出来。这种存取的方法称为 索引式文件系统（indexed allocation）

常见的U盘文件系统格式一般为FAT格式。该文件系统并没有inode的存在，存储数据时，没办法一次性找出所有数据的存储地址，它会找到第一块存储地址，然后读取到末尾时才会知道第二块存储地址。

由于fat文件系统文件存储机制，只有读取到一个data black的末尾才能知道下一个数据区块的地址，如果一个文件有多个数据区块且在磁盘的储存位置较为分散时，读取文件数据就会多消耗一部分时间用于磁盘寻址，读取效率降低。
如何解决：将该文件复制出去再复制回来。

2.2 ext2 的 inode

上面说到ext2 的inode 、 数据区块的大小、个数是在格式化文件系统时设置并固定写死的。如需修改则需重新格式化该文件系统。
如果磁盘较大，将所有的inode和数据区块放到一个磁盘上，是非常不明智的，因为较大的磁盘容量势必会有更多的inode和数据区块，不易管理。
所以ext2文件系统在格式化的时候会分为多个区块群组（block group），每个区块群组都有独立的inode、数据区块、超级区块。就像在部队，一个营分为多个连，每个连都有自己的联络系统，但最终都要向营部汇报。
ext2就有点类似：
每个文件系统的最前端都有一个启动扇区，该扇区可以安装启动引导程序。
每个区块群组包含：超级区块、文件系统描述、inoder对照表、数据区块对照表、inoder table和datablock。

superblock：主要存储文件系统相关信息。
主要存储有：

• inode与数据区块总量。
• inode与数据区块使用、未使用量。
• inode与数据区块的大小。（block为1K、2K、4K，inode为128、256）
• 文件系统挂载时间、最近一次写入数据的时间、最近一次检验磁盘的时间等文件系统的相关信息。
• 一个有效数字为，以判断该文件系统是否被挂载，0已挂载，1未挂载。
  注意：每个区块群组都可能会有一个超级区块，但仅有一个超级区块是为主要的，其余超级区块作为备份，一旦该文件系统故障后可用于恢复。

文件系统描述（filesystem description）
主要记录文件系统中区块群组的开始与结束区块，以及说明每个区段（inode、数据区块、超级区块）所在那个区块之间。

inode对照表
只是记录使用和未使用indoe号码。
数据区块对照表
与inode对照表类似，仅记录使用与未使用数据区块号码。
inode table
主要记录文件或目录的权限（own 的 rwx，group 的 rwx，other 的 rwx）、属性（mtime，ctime，atime、own、group，附属组，filesize 、文件真正内容的指向）。
记录每个inode 的大小。（固定为128b或256b）
还有一部分是存储数据区块的指向：12个直接记录区、1个间接记录区、1个双间接记录区和1个三间接记录区。
每个记录区占用4B。
间接记录区指该位置指向一个数据区块，该数据区块用于存储真正存储数据的数据区块的地址。
三间接记录区也是如此。如下图：

可使用dumpe2fs 文件系统名来查看具体信息。

2.3 与目录树的关系

上面有提到无论是文件还是目录都会占用一个inode，目录在文件系统中又如何存在的呢？
一个目录占用一个inode，其中inode中记录了目录的目录名、权限即各种属性，在inode原指向文件数据存储的数据区块，则在目录中存储的是目录下的文件或目录的inode和文件名对照表。

在读取/etc/passwd 文件时：

1. 查找 / 的indoe，根据 / 的inode查找并验证所操作的用户是否有足够权限读取该区块的内容。
2. 根据步骤 1 取得数据区块地址，找到 内容有 et