鸟哥的linux私房菜——第8章 Linux磁盘与文件管理系统

一、EXT2文件系统

1. 硬盘组成和分区复习

• 扇区是最小的物理存储单元
• 第一个扇区最重要，包含硬盘主引导记录MBR和分区表　　//64 bytes的分区表仅能记录共四条主分区或扩展分区
• 柱面是分区的最小单元
• /dev/sd[a-p][1-15]：SCSI，SATA，USB，Flash等接口的的磁盘文件名
• /dev/hd[a-d][1-63]：IDE接口的磁盘文件名
• 磁盘分区：指定分区的起始与结束柱面
• 主分区和扩展分区最多只有四个，其中扩展分区最多只有一个
• 扩展分区可以进一步再分为逻辑分区，能被格式化的仅有主分区和逻辑分区　　//扩展分区无法被格式化

2. 文件系统特性

（1）分区后需要被格式化，才能被操作系统使用　　//不同操作系统的文件系统并不相同

（2）文件系统中的常用数据

• super block超级块：记录文件系统的整体信息，包括inode/block的总量、使用量、剩余量，以及文件系统的格式与相关信息等
• inode：记录文件的属性，一个文件占用一个inode，同时记录此文件的数据所在的block号码
• block：实际记录文件的数据内容，若文件太大时，会占用多个block

（3）文件系统分类

• 索引式文件系统，如EXT2（一次性获取所有block索引）

• FAT文件系统，如U盘（依次逐个block索引）　　//当block过于分散时，需要进行“碎片整理”

3. Ext2文件系统　　//文件系统一开始就将inode与block规划好了（除非重新格式化），Ext2一般划分多个块组（block group）

注：启动扇区可以安装引导装载程序，制作多重引导

（1）数据块（data block）　　//存放具体的文件内容

• block的大小和数量在格式化完就不能再改变了
• 每个block内最多只能够放置一个文件的数据　　//当文件大于block的大小，一个文件会占用多个block；当文件小于block大小时，该block内剩余空间不能被其他文件使用（造成磁盘空间浪费）

（2）inode表格　　//inode的内容主要记录文件的属性和文件实际数据的block位置，每个inode大小固定为128bytes

• 该文件的访问模式（rwx）
• 该文件的所有者与组（owner、group）
• 该文件的大小
• 该文件创建或状态改变的时间（ctime）
• 最近一次的读取时间（atime）
• 最近修改的时间（mtime）
• 定义文件特性的标志（flag），如SetUID等
• 该文件真正内容的指向（pointer）　　//block

（3）Superblock 超级块　　//记录整个文件系统相关信息

• block与inode的总量
• 未使用与已使用的inode/block数量
• block与inode的大小
• 文件系统的挂载时间、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
• 一个validbit数值，文件系统已挂载为0，否则为1

注：文件系统仅在第一个block group中有一个superblock，后续block group中的superblock作为备份救援用

（4）文件系统描述

• 描述每一个块组block group的开始与结束的block号码
• 描述每个区段（super block, bitmap, inodemape, data block）分别位于哪些block号码之间

（5）块对照表（bitmap）：记录block的使用情况（使用和未使用），在使用过程中对“空/未使用”的block进行分配

（6）inode对照表（inodemap）：记录inode的使用情况

（7）文件系统查询命令

• dumpe2fs：输出文件系统每个区段的信息　　//用法：dumpe2fs [-bh] 设备文件名
• df：列出目前挂载的设备

（8）与目录树的关系

目录：对于每个目录，ext2会分配一个inode与至少一块block

• inode记录目录的相关权限与属性，并记录分配的block号码　　//可使用 ls -i 查看文件占用的inode号码
• block记录目录下的文件名和inode对照表，当一个block无法容纳对照表时，会分配多个block

文件：对于每个文件，ext2会分配一个inode和相对于文件大小的block数量，注意inode的间接记录区也需要分配block

注：inode本身并不记录文件名，文件名与inode的对照表记录在目录的block中　　//文件名只与目录有关，文件内容则与inode有关

目录树读取：由于文件名记录在目录的block中，所以访问文件需要先经过目录的inode和block，才能访问到文件

 （9）数据区段分类

• inode table、data block：数据存放区域
• super block、block bitmap、inode bitmap：中间数据（metadata）　　//经常变动

（10）日志文件系统：当遇到突发停电等不明原因导致的系统中断，可能会产生meta data与实际数据不一致的情况，可以通过查找日志记录进行一致性检查，进行系统的快速修复

常用的日志记录步骤包括

• 预备
• 实际写入
• 结束

注：Linux使用异步处理的方式进行文件修改，即先写入内存，再写回磁盘，提高写入效率

（11）挂载点：挂载点一定是目录，该目录为进入相应文件系统的入口　　//文件系统最顶层的目录的inode一般为2号

（12）查看文件系统

• Linux支持的文件系统：ls -l /lib/modules/$(uname -r)/kernel/fs
• 已加载的文件系统：cat /proc/filesystems

（13）虚拟文件系统VFS：管理所有的文件系统，避免用户自行设置如何读取不同的文件系统　　// /proc为加载的系统数据，挂载在内存中

二、文件系统的简单操作

1. 磁盘与目录的容量

（1）df：列出文件系统的整体磁盘用量

（2）du：评估文件系统的磁盘用量（常用于目录）

2. 连接文件：ln命令

（1）hard link：硬连接或实际连接，在某个目录的block下新建一条“新文件名到已分配的某inode号码”的关联记录，仅产生新文件名，不产生新文件，无需分配新的文件inode

优势：删除任何一个文件名后，仍能访问到文件的inode和block内容，仅会改变文件连接数

缺点：不能连接到目录；不能跨文件系统

（2）symbolic link：符号连接，即快捷方式，创建一个独立的文件，该文件将数据的读取指向它连接的文件的文件名（指向作用），需要分配文件inode和block

缺点：源文件名删除后，该连接将无法打开

注：针对目录的连接数量，新建目录时，默认的连接数为2（如/tmp和/tmp/.），上层目录连接数增加1（如/tmp/..）

三、磁盘的分区、格式化、检验与挂载

1. 磁盘分区：fdisk [-l] 设备名称　　//可以先用 df 查询挂载的磁盘文件名

注：当需要重启以读取新的分区表时，可以使用 partprobe 命令强制让内核重新读取新的分区表

2. 磁盘格式化：mkfs [-t 文件系统格式] 设备文件名　　//make file system

3. 磁盘检验：fsck [-t 文件系统] [-ACayt] 设备名称　　//file system check

注：执行fsck时，被检查的分区不可挂载到系统上，务必处于卸载的状态

4. 磁盘挂载与卸载

注意事项

• 单一文件系统不应该被重复挂载在不同的挂载点（目录）中
• 单一目录不应该重复挂载多个文件系统
• 作为挂载点的目录理论上应该为空目录　　//若不是空目录，则挂载文件系统后，原目录下的东西会被暂时隐藏直至分区被卸载

磁盘挂载：mount 设备文件名 挂载点　　//常用，更多参考man mount

• mount -o remount,rw,auto /　　将根目录 / 重新挂载，并加入参数rw与auto
• umount [-fn] 设备文件名或挂载点　　卸载设备文件

四、设置开机挂载

1. /etc/fstab：配置文件，包含开机自动挂载的所有的挂载参数，file system table

系统挂载的限制

• 根目录/必须第一个挂载
• 所有挂载点在同一时间之内，只能挂载一次
• 所有分区在同一时间之内，只能挂载一次　　//利用 df 查看是否已挂载
• 卸载前，工作目录必须位于挂载点之外

注：实际文件系统的挂载时记录到/etc/mtab和/proc/mounts文件中的

2. 特殊设备loop挂载（镜像文件不刻录就挂载使用）

mount -o loop 镜像文件 挂载点目录

五、内存交换空间swap的构建　　//swap：应付物理内存不足

1. 分区：fdisk + 修改system ID：82 —— Linux swap + partprobe

2. 格式化： mkswap 设备文件名

3. 使用：swapon 设备文件名

4. 查看：free命令查看内存使用情况