Linux文件系统管理

一、磁盘简介

    当前常用的磁盘还是机械硬盘HDD，但固态硬盘SSD的应用越来越广泛了。常见的机械硬盘有U盘、光盘、软盘、硬件和磁带等，机械硬盘能够永久存储数据（在不用通电的情况下）。

    磁盘是如何存储数据的呢？总的来说采用磁性碟片来存储数据。磁盘有很多同轴磁盘片叠成，每个磁盘片有两个磁盘面都可以用来存储数据。磁盘面上有很多同心圆的磁道，存取数据时磁盘转动，使磁头沿这些磁道运动。由于各个同心圆磁道周长不同，每个磁道存储的数据量是不同的，所以磁盘是按照磁盘上划分的扇区来存储数据的，每个扇区的大小是512bytes，每次存取数据时所有盘片的所有盘面都进行存储。磁盘在出厂时由厂家进行低级格式化，为磁盘划分磁盘柱面（不同盘面上相同磁道组成同一柱面）。磁盘分区是按照柱面划分的，分区是磁盘的逻辑边界，划分分区可以划分磁盘为多个文件系统。

    硬盘的主引导记录分区列表MBR(master boot record)从磁盘的第0磁道第0柱面第1扇区开始，共512bytes：

      前446bytes存储bootloader引导程序，用于在计算机开机时引导磁盘

      接着64bytes中每16字节标识一个分区，最多4个主分区也可以是3个主分区+1个扩展分区或两个主分区+两个扩展分区

      最后2bytes用于标记MBR是否有效（magic number）

二、Linux文件系统

    为了加快数据的存储速度，Linux文件系统将磁盘划分为一个一个的磁盘块，块大小有1024,2048,4096kb几种，一个磁盘块最多只能存储一个文件（但该文件可以有多个路径，即硬链接）。每个磁盘块对应一个inode节点。所有inode存放在同一个源数据区域里，当系统需要访问某个磁盘块的文件时，首先从该数据区域里读取这个/些磁盘块的对应inode节点，最后才访问这些磁盘块，这样系统就可以只查看这个数据区里的inode节点信息就可以找到对应磁盘块的文件，而不用扫描整个磁盘，加快了数据的读取速度。    

    多个磁盘块组成一个数据块组，每个块组都有一个块位图和一个inode表。bitmap块位图,用于管理(标识)空闲数据块。inode表与数据块的物理磁盘位置越近，数据读取时的寻道时间越短，所以将整个文件系统分成多个小的块组能加快数据读取。块组描述符表记录了每个块组从几块开始几块结束。

    超级块用于存放文件系统信息，包括保存块组个数，每个块组包含多少个磁盘块，每个磁盘快的大小，空闲磁盘块，已用磁盘块，空闲inode，已用inode。

    ext2_inode中包含的数据：mode、owner info、size、timestamps、direct blocks、data、indirect blocks、double inditect、triple indirect。

    ext3是一种日志文件系统（journal file system）。日志文件系统在相对非文件系统新增了一个日志区，日志区用于系统崩溃后的数据恢复。日志的写入方式包括顺写、回写（实际数据先写入主文件系统，元数据再写入日志系统）和全日志（元数据和实际数据同时分别写入日志系统和主文件系统）。日志文件系统的数据存储速度较慢，但在很多对数据安全性要求高的领域有很大作用。

    

三、链接文件

  硬链接--指向同一inode的不同路径

    1.只能对文件创建，不能应用于目录

    2.不能跨文件系统

    3.创建硬链接会增加文件被文件被链接的次数

  符号链接--软链接文件存放的是它所指向的文件的文件名，大小为文件名字符串的大小

    1.可应用于目录

    2.可以跨文件系统

    3.不会增加被链接文件的链接次数

    4.其大小为指定的路径所包含的字符个数

  命令：ln -s、-v

四、创建设备文件

    命令 mknod [OPTION]... NAME TYPE [MAJOR MINOR]

      -m  mode        指定创建文件的权限

      NAME TYPE       包含b、c（设备文件包括块设备b是按块为单位，随机访问的设备，字符设备c是按字节为单位的线性设备）

      [MAJOR MINOR]   包括主设备号MAJOR munber（用于标识设备类型）和次设备号MINOR number（用于标识同一种类型中不同设备）

五、显示磁盘的使用情况report file system disk space usage

    df

      -i, --inodes   显示inode的使用情况list inode information instead of block usage

      -h, --human-readable  

      -P, --portability   use the POSIX output format

六、查看磁盘的分区列表信息 manipulate disk partition table

fdisk [-uc] [-b sectorsize] [-C cyls] [-H heads] [-S sects] device

  -m   查看帮助

  p：显示当前硬件的分区，包括没保存的改动

  n:创建新分区

  e：扩展分区

  d:删除一个分区

  w：保存退出

  q：不保存退出

  t：修改分区类型

  l：显示所支持的所有类型、查看当前系统识别了几块硬盘

 

七、查看内核

[root@bogon ~]# cat /proc/partitions 

major minor  #blocks  name

   8        0   20971520 sda

   8        1     512000 sda1

   8        2    2048000 sda2

   8        3    1257472 sda3

   8        4          1 sda4

   8        5   17149952 sda5

  11        0    1048575 sr0

八、重读分区表

  partprobe

  partx

九、创建Linux文件系统build a Linux filesystem

 mkfs [options] [-t type] [fs-options] device [size]

mkfs是一个交互式的命令

十、虚拟文件系统 VFS(Virtual Filesystem Switch)

     Linux 下的文件系统主要可分为三大块：一是上层的文件系统的系统调用，二是虚拟文件系统 VFS(Virtual Filesystem Switch)，三是挂载到 VFS 中的各实际文件系统。由于文件系统类型的不同，调用机制也不同，系统调用难以支持多种文件系统，VFS解决了这个难题，VFS提供了系统调用（用户进程）和文件系统之间的抽象接口，使用户进程可以方便地调用文件系统。

   linux支持的文件系统类型 FAT32(vfat)、NTFS、、SO9660、extended（ext2、ext3、ext4）、CIFS、xfs、reiserfs、jfs、nfs、ocfs2、gfs2、swap等

十一、Linux分区

    Linux所有分区（物理）都必须挂载在某个目录（逻辑）上才能进行数据读写操作。所有的目录逻辑上都包含于根目录下的，根下的目录只是作为其它分区的转接入口，要访问某个分区就要先引用根下的目录（根分区自引用）。

 

注：本文参考自马哥的Linux运维系列视频，但是经过笔者的修改