【Linux】Linux文件系统笔记

一、文件系统基础

1. 定义与作用

• 文件系统（file system，简称fs）：Linux内核中用于管理磁盘文件的软件系统，核心功能包括文件的存储、读取、查找、删除等，是操作系统与磁盘硬件之间的中间层。
• 与内核（kernel）的关系：内核是操作系统的核心软件，负责管理CPU、内存、进程、文件系统（关联磁盘）及其他硬件，文件系统的管理是内核的重要功能之一。
• 示例路径 ：XFS文件系统内核模块路径为/usr/lib/modules/5.15.0-136-generic/kernel/fs/xfs。

二、磁盘分区与引导

1. 分区查看命令

• fdisk -l：列出磁盘分区详细信息（包括分区表类型、大小等）。
• lsblk：以树形结构展示块设备（磁盘及分区）的关系。

2. 分区表类型

类型	特点
dos（MBR）	- 基于主引导记录（MBR），仅支持2TB以下磁盘 - 分区表占64字节，最多4个主分区
GPT（GUID）	- 支持2TB以上磁盘（最大支持18EB） - 最多128个主分区（不同系统可能有差异） - 具备分区表备份和校验功能

3. dos分区表中的分区类型

• 主分区：可安装系统或存放数据，编号1-4，最多4个。
• 扩展分区：突破4个主分区限制，最多1个，不直接存放数据，占用1个主分区编号。
• 逻辑分区：基于扩展分区创建，数量不限，编号从5开始。

4. MBR（主引导记录）

• 位置：硬盘的0柱面、0磁头、1扇区（主引导扇区）。
• 结构（共512字节） ：
  1. 主引导程序（如GRUB）：446字节，负责引导操作系统。
  2. 分区表（DPT）：64字节，记录分区信息（每个分区项16字节，共4项）。
  3. 结束标记：2字节（固定为0x55AA）。

三、挂载配置文件（fstab）

1. 参数格式解析

示例：/dev/disk/by-uuid/... /boot ext4 defaults 0 1

• 字段含义：设备标识（UUID）、挂载点、文件系统类型、挂载选项、dump备份标识、fsck检查优先级。

2. 关键参数说明

• defaults（默认挂载选项）：

  • rw：读写模式挂载。
  • suid：允许文件设置SUID/SGID特殊权限。
  • dev：识别设备文件（如/dev/sda）。
  • exec：允许执行分区内的可执行文件。
  • auto：开机自动挂载。
  • nouser：仅root用户可执行mount/umount。
  • async：异步I/O（数据先入缓存，再批量写入磁盘，提升性能）。

• 其他常用选项：

  • ro：只读模式挂载。
  • noexec：禁止执行分区内的可执行文件（如/tmp分区常用）。
  • sync：同步I/O（数据直接写入磁盘，牺牲性能换安全性）。

• dump备份标识（第一个数字）：

  • 0：不使用dump工具备份（默认）。
  • 1：需要定期备份（通常仅根分区/可能设置）。

• fsck检查优先级（第二个数字）：

  • 0：不检查。
  • 1：最高优先级（根分区/通常设为1）。
  • 2：次高优先级（其他分区通常设为2）。

四、文件系统核心组件

1. 核心概念

• 目录项（dentry）：记录目录内的文件/子目录，存储"文件名→inode号"的映射关系。
• inode（索引节点）：128字节（或更大），存放文件属性（权限、所有者、大小、修改时间等），每个文件对应唯一inode号。
• block（数据块）：真正存储文件内容的空间，大小固定（如4KB），由inode中的指针指向。

2. 文件存取流程

文件名 → 目录项（查inode号） → inode（获取block位置） → block（读取数据）

3. 文件删除原理

• 逻辑删除：删除目录项中"文件名→inode号"的映射，inode和block的位图标记从1（使用中）改为0（空闲），数据仍存于磁盘。
• 物理删除：仅当新数据覆盖原block时，旧数据才真正消失。
• 删除大文件较慢的原因：大文件占用的block更多，需将更多block位图的1改为0。

五、链接文件（软链接vs硬链接）

1. 区别对比

特性	软链接（符号链接）	硬链接
inode号	有独立inode	与源文件相同inode
block内容	存储源文件的路径	与源文件共享block（无独立数据）
源文件删除	软链接失效（显示"断链"）	硬链接仍可访问（inode引用计数-1）
跨文件系统	支持	不支持（inode仅在同一文件系统内唯一）
目录支持	支持（常用作目录快捷方式）	不支持（防止目录循环引用）

2. 示例

• 创建硬链接：ln 源文件 硬链接文件，执行ll -i可看到源文件与硬链接的inode号相同，硬链接计数（第二列数字）增加。
• 注意：目录中的.（当前目录）和..（上级目录）是特殊硬链接，分别指向自身和父目录的inode。

六、常见问题与工具

1. 磁盘空间异常

• 空间未满但无法创建文件 ：可能是inode耗尽（df -i查看inode使用率），需清理无用小文件释放inode。
• 释放被占用的日志文件 ：
  直接rm -rf log无效（程序仍持有inode引用），需用> log清空内容（释放block）。

2. 分区工具对比

工具	适用场景	生效方式
fdisk	2TB以下磁盘，dos分区表	执行w命令后生效
parted	2TB以上磁盘，GPT分区表	操作立即生效（需谨慎）

七、常见文件系统类型

类型	特点
ext4	主流文件系统，支持日志功能、大文件（最大16TB），兼容性好。
xfs	高性能日志文件系统，适合大文件和高吞吐量场景（如服务器），支持动态扩容。
btrfs	支持快照、 RAID、动态调整大小，适合需要灵活管理的场景（实验性较强）。
swap	交换分区专用，内存不足时临时存储数据，提升系统稳定性。

通过以上内容，可系统掌握Linux文件系统的核心原理、分区管理及常见问题处理，结合实际操作（如mount挂载、df -h查看空间、ls -i查看inode等）可加深理解。