攻城狮在路上（叁）Linux（十七）--- linux磁盘与文件管理概述

一、复习知识点：

　　1、扇区是最小的物理存储单位,大小为512bytes。

　　2、扇区组成一个圆,成为柱面,柱面是分区的最小单位。

　　3、第一个扇区很重要,因为包含了MBR(446字节)和分区表(64字节)

　　4、分区的柱面范围记录在分区表中，分区表最多有4条分区记录。

　　5、所以最多是3个主分区+一个扩展分区，然后扩展分区再分出逻辑分区。

　　6、主分区和逻辑分区可以格式化，扩展分区不可以格式。

二、认识EXT2文件系统：

　　如今的技术LVM可以把一个分区分为多个文件系统，也可以把多个分区合并为一个文件系统。

　　这里仅介绍EXT2文件系统的通用概念：

　　

   inode：存放权限和属性，以及block号码，一个文件占用一个。

　　block：存放实际的数据，一个文件占用一个或多个。

　　super block：存放文件系统的整体信息，inode/block总量、使用量等。

 

　　文件系统一经格式化，inode与block的数量与大小就固定了。

 

三、linux下的EXT2文件系统：

　　EXT2文件系统在格式化时会分为多个快组（block group），每个快组都有独立的inode（若干）/block（若干）/super block（一个或0个）。示例如下图：

　　　                                              　

　　1、文件系统最前面有一个启动扇区，这个启动扇区可以安装引导装载程序，可以用于制作多重引导的环境。

　　2、super block中存储的内容：  dumpe2fs 设备名 <==查看文件系统信息，里面有很多信息就是super block中 的信息。

　　　　①记录inode/block的数量。

　　　　②未使用与使用的inode/block数量。

　　　　③inode与block的大小（inode固定为128字节，block可以为1K/2K/4K）

　　　　④文件系统的挂载时间、最后一次写入时间、最后一个磁盘检查时间等等

　　　　⑤validbit记录是否已经挂载，0或1.

　　　　说明：每个快组中都会包含super block，但是一般只是用第一个快组的super block，其余的作为备份。一个文件系统应该仅有一个super block。

　　3、文件系统描述：

　　　　用于描述当前组块的起始block号码，以及每个区段（super block、块对应表、inode对应表、inode table 、data block等）分别介于哪个block号码之间。

　　4、block bitmap（块对应表）：用于记录哪些block为空，哪些已经存储了数据。

　　5、inode bitmap（inode对应表）：用于记录哪些inode为空，哪些已经使用。

　　6、inode table：存放的是若干个inode，每个inode大小为128字节。

　　　　A、inode首先会记录文件的属性和权限，以及实际数据存放在哪些block中。

　　　　B、inode记录一个block号码需要占用4个字节，因此128个字节可能不够用，所以它又分为了12个直接、一个间接、一个双间接、一个三间接。如下图：

　　　　　　　　

四、与目录树的关系：文件和目录如何记录数据？

　　1、目录：

　　　　A、ext2会分配一个inode和若干个block给目录。（目录的block一般不是用于保存文件的实际数据）

　　　　B、inode记录目录的权限和属性，并记录block的指向。

　　　　C、block记录目录下的文件名、文件名对用的inode，相当于记录了很多键值对。

　　　　D、可以使用ls -i 来查看目录下文件占用的inode。

　　2、文件：

　　　　A、新建文件时，会分配一个inode，根据文件大小分配若干个block。

　　　　B、注意，当文件过大，所需要的block很多时，inode仅靠12个直接指向就无法满足要求了，此时或许就需要间接、双间接、三间接了。

　　3、目录树读取的步骤：（需要明确inode中不会记录文件名）

　　　　A、首先判断目录的权限，通过目录的inode来判断，是否有读取和执行权限。

　　　　B、若目录权限符合要求，通过inode找的目录对应的block号码。

　　　　C、读取上面找到的目录block号码，在键值对中查找下级文件名，比如 etc/，找的etc/对应的inode。

　　　　D、如果还是目录，重复上面的步骤。

　　　　E、若是文件，通过上一步找到的inode，判断权限，若有权限，读取对应的block即可。

五、EXT2/EXT3文件的访问和日志文件系统的功能：

　　1、首先讲一下新增文件的步骤：

　　　　A、先确定用户对目录拥有w和x权限。

　　　　B、根据inode对应表查找可用的inode号码，写入权限和属性。

　　　　C、根据block对应表查找可用的block号码，写入数据，并更新inode的block指向。

　　　　D、将inode与block数据同步更新到inode对应表和block对应表中。

　　　　E、更新super block数据。

　　2、上述步骤若遇到系统突然中断，就有可能出现数据不一致的状态。

　　　　A、早期ext2会根据文件系统是否挂载以及state来判断是否进行一致性检查，但是这种检查需要搜寻整个文件系统，很耗时。

　　　　B、日志系统就是为了解决上面所说的问题。

　　3、日志文件系统：

　　　　在文件系统中，规划处一个块，专门用于记录写入或修改文件的步骤。

　　　　A、当出现问题时，只需要检查日志，定位修复即可。

　　　　B、Ext3是EXT2的升级版本，带有日志功能。

　　　　C、EXT2的特点：可利用性、数据完整性、速度以及易于转换。

　　4、通过dumpe2fs 命令可以查看super block中包含的以下信息：

　　　　Journal inode:  8

　　　　Journal backup: inode blocks

　　　　Journal size :　128M

六、linux文件系统的操作：

　　如果在修改文件时频繁的进行磁盘读写，效率就会很慢，因此linux采用异步处理的方式：

　　A、一个文件被加载到内存中，被设置为clean。

　　B、当文件数据有变动，被设置为dirty。

　　C、系统会定时将dirty数据写回到磁盘，保存一致性。

　　D、可以使用sync命令手动强制写入磁盘。

　　E、正常关机时，关机命令会调用sync命令。

　　F、非正常关机时，重启会进行磁盘检验，甚至会导致文件系统的损毁。

七、挂载点（mount point）的意义： 

　　将文件系统与目录树结合的操作称为挂载。

八、其他linux支持的文件系统与VFS：

　　ls -l /lib/modules/$( uname -r )/kernel/fs;  <==查看linux支持哪些文件系统

　　cat /proc/filesystems;  <== 查看目前已经加载到内存的文件系统。

　　VFS功能用来管理所有的文件系统，统一读取，不需要额外设置。