Linux文件系统管理

磁盘的组成与分区

计算机用于存取文件的硬件是磁盘，磁盘的组成主要有磁盘盘、机械手臂、磁盘读取头与主轴马达所组成，而数据的写入其实是在磁盘盘上面。磁盘盘上面又可细分出扇区(Sector)与磁道(Track)两种单位，其中扇区的物理量设计有两种大小，分别是 512bytes 与 4Kbytes。

分区表所在区块仅有 64 bytes 容量，因此最多仅能有四组记录区，每组记录区记录了该区段的启始与结束的磁柱号码。分区主要有两国目的：一个是数据安全性考虑，比如windows重装系统的时候可以先把重要数据移动到其他分区，然后在c盘再重装系统就不会丢失重要数据。另一个原因是系统运行效率考量，分区时候磁盘寻址范围变小了，每次只需要在分区内寻址，增加寻址效率。

文件系统特性

文件数据除了文件实际内容外，通常含有非常多的属性，例如 Linux 操作系统的文件权限(rwx)与文件属性(拥有者、群组、时间参数等)。文件系统通常会将这两部份的数据分别存放在不同的区块，权限与属性放置到 inode 中，至于实际数据则放置到 data block 区块中。另外，还有一个超级区块 (superblock) 会记录整个文件系统的整体信息，包括 inode 与 block 的总量、使用量、剩余量等。

superblock：记录此 filesystem 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：实际记录文件的内容，若文件太大时，会占用多个 block 。

Linux 的 EXT2 文件系统(inode)

标准的 Linux 文件系统 Ext2 就是使用这种 inode 为基础的文件系统。

Ext2 文件系统在格式化的时候基本上是区分为多个区块群组 (block group) 的，每个区块群组都有独立的 inode/block/superblock 系统。

block

Ext2 文件系统中所支持的 block 大小有 1K, 2K 及 4K 三种,因为 block 大小而产生的 Ext2 文件系统限制如下:

inode

inode 要记录的数据非常多，但容量只有 128bytes ，而 inode 记录一个 block 号码要花掉 4byte ，假设我一个文件有 400MB 且每个 block 为 4K 时，那么至少也要十万笔 block 号码的记录，因此inode与block之间的对应关系使用了类似二级页表这样的机制来实现，inode 记录 block 号码的区域定义为了12 个直接，一个间接, 一个双间接与一个三间接记录区。

inode 本身 (128 bytes)，里面有 12 个直接指向 block 号码的对照，因此如果一个block的容量大小是1k的话，将直接、间接、双间接、三间接加总，得到 12 + 256 + 256 * 256 + 256 * 256 * 256 (K) = 16GB，也就是说能够容纳的最大文件为16GB。

superblock

Superblock 是记录整个 filesystem 相关信息的地方，没有 Superblock ，就没有这个filesystem 了。他记录的信息主要有：

block 与 inode 的总量；
未使用与已使用的 inode / block 数量；
block 与 inode 的大小 (block 为 1, 2, 4K，inode 为 128bytes 或 256bytes)；
filesystem 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 valid bit 数值，若此文件系统已被挂载，则valid bit为0 ，若未被挂载，则valid bit为1 。

此外每个block group还有一些其他的内容：

Filesystem Description (文件系统描述说明)。描述每个 block group 的开始与结束的 block 号码，以及说明每个区段 (superblock, bitmap, inodemap, data block) 分别介于哪一个 block 号码之间。
block bitmap (区块对照表)。从 block bitmap 当中可以知道哪些 block 是空的，删除某些文件时，那么那些文件原本占用的 block 号码就得要释放出来
dumpe2fs：查询 Ext 家族 superblock 信息的指令。

首先使用blkid命令列出所有被初始化的装置

选择一个装置查看具体信息

与目录树的关系

当我们在 Linux 下的文件系统建立一个目录时，文件系统会分配一个 inode 与至少一块 block 给该目录。其中，inode 记录该目录的相关权限与属性，并可记录分配到的那块 block 号码；而 block 则是记录在这个目录下的文件名与该文件名占用的 inode 号码数据。

查看目录下文件所占用的 inode 号码时，可以使用 ls -li 这个选项来处理：

文件系统的简单操作

磁盘与目录的容量

两个重要的指令：df, du

df：列出文件系统的整体磁盘使用量；
du：评估文件系统的磁盘使用量(常用在推估目录所占容量

df

shell 复制代码

选项与参数：
-a ：列出所有的文件系统，包括系统特有的 /proc 等文件系统；
-k ：以 KBytes 的容量显示各文件系统；
-m ：以 MBytes 的容量显示各文件系统；
-h ：以人们较易阅读的 GBytes, MBytes, KBytes 等格式自行显示；
-H ：以 M=1000K 取代 M=1024K 的进位方式；
-T ：连同该 partition 的 filesystem 名称 (例如 xfs) 也列出；
-i ：不用磁盘容量，而以 inode 的数量来显示

直接使用df列出所有的filesystem

shell 复制代码

Filesystem：代表该文件系统是在哪个 partition ，所以列出装置名称；
1k-blocks：说明底下的数字单位是 1KB！可利用 -h 或 -m 来改变容量；
Used：使用掉的磁盘空间
Available：也就是剩下的磁盘空间大小；
Use%：磁盘的使用率
Mounted on：就是磁盘挂载的目录所在

加上-h以直观的方式查看容量

如果df后面接的是文件或者目录，也可以自动转换为其所在的分区，并列出分区详细信息

du

shell 复制代码

选项与参数：
-a ：列出所有的文件与目录容量，因为默认仅统计目录底下的文件量而已。
-h ：以人们较易读的容量格式 (G/M) 显示；
-s ：列出总量而已，而不列出每个各别的目录占用容量；
-S ：不包括子目录下的总计，与 -s 有点差别。
-k ：以 KBytes 列出容量显示；
-m ：以 MBytes 列出容量显示；

直接使用du命令，会列出当前目录所有文件的大小，单位是kb，加上-a参数就是列举所有文件：

使用通配符的方式，检查根目录下每个目录所占的容量：

如果想要检查某个目录下，哪个次目录占用最大的容量，可以用这个方法找出来。

实体链接与符号链接

首先明确两点：

每个文件都会占用一个 inode ，文件内容由 inode 的记录来指向；
想要读取该文件，必须要经过目录记录的文件名来指向到正确的 inode 号码才能读取。

实体链接

因此文件名只与目录有关，但是文件内容则与 inode 有关。所以所谓的实体链接（hard link）也就是在目录下新增一个文件并与一个inode关联，因此一个inode可以对应多个文件名，那么这两个拥有相同inode的文件实际上对应了完全一样的内容。

使用ln命令可以进行实体链接，上面的例子可以看到，两个文件夹指向了相同的位置。

hard link有两个限制：

不能跨 Filesystem；
不能 link 目录。

符号链接

符号链接Symbolic link 就是在建立一个独立的文件，而这个文件会让数据的读取指向他 link 的那个文件名，所以，当来源档被删除之后，symbolic link 的文件就无法使用。

符号链接实际上就类似于windows里面的创建快捷方式。上面这个快捷方式只有12byte，这12byte实际上就是存的目标位置的路径名。