鸟哥的Linux学习笔记之三

第8章 Linux磁盘与文件系统管理

1 磁盘组成与分区：

磁盘由  圆的盘片、磁头、主轴马达 等组成。

盘片主要有：

扇区（Sector）为最小的物理存储单位，每个扇区512bytes

将扇区组成一个圆，就是柱面（Cylinder），是分区的最小单位。

第一个扇区最重要，里面有MBR（主引导记录）、分区表；MBR占446字节，分区表占64bytes。

分区表最多支持4个分区，成为 主primary分区或者 扩展Extended分区。

扩展分区最多有一个；

逻辑分区是由扩展分区分出来的。

能被格式化的只有主分区和逻辑分区。

各种接口的磁盘在Linux 中的文件名为：

/dev/sd[a-p][1-15]:为SCSI、SATA、USB,Flash等接口设备

/dev/hd[a-p][1-63]:为IDE接口的磁盘。

2. 文件系统特性

分区完后之所以要进行格式化，是因为每种操作系统所设置的文件属性权限不相同，为了存放这些文件所需的数据，因此需要将分区进行进行格式化，以成为操作系统能够利用的文件格式。

Linux正规文件系统为Ext2（Linux second Extended file system，Ext2fs），默认情况下，windows是不识别Linux的Ext2文件系统的。

传统情况下，一个分区只能格式化为一个文件系统，也就是一个文件系统就是一个分区。但是新技术的发展，我们常通道LVM与软磁盘阵列（software raid）可以将一个分区格式化成多个文件系统个，，也能够将多个分区合成一个文件系统。目前我们已经不在说针对分区进行格式化了，而是一个可被挂在的数据为一个文件系统而不是一个分区。

Linux较新的文件系统，除了文件数据外还有很多属性，如rwx与文件属性（owner、group、time parameter等）。文件系统通常会将这两部分数据分别存在不同的块，权限和属性放在inode中，数据放在data block中，另外还有个超级快（super block）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。

super block：记录文件系统整体信息，包括inode与block的总量、使用量、剩余量、文件系统的格式与相关信息等。

inode： 记录文件属性，一个文件占用一个inode，同时记录文件数据所在的block。

block： 记录文件的数据，若文件太大，会占用多个block。

这种访问方法称为： 索引式文件系统（indexed allocation）。

3 Linux的Ext2文件系统（inode）

文件系统一开始就将inode与block规划好了，除非重新格式化或者利用resize2fs等命令更改文件系统大小，否则inode与block固定后就不再变动。

在Ext2格式化时是将分区分为多个块组（block group），每个块组都有独立的inode/block/super block，文件系统最前面有一个启动扇区（boot sector），这个启动扇区用来安装引导装载程序的。

每个块组有6个主要内容组成：

data block:

在Ext2中支持的block大小有1kb、2kb、4kb三种，在格式化时block大小就固定了，且每个block都有编号，以方便inode的记录。block大小决定文件系统能支持的最大单一文件大小如下：

inodetable：

inode记录的文件数据有以下几个：

该文件的访问模式（rwx）；

文件所有者与组（owner、group）；

文件大小；

文件创建或者状态改变的时间（ctime）

最近一次读取时间（atime）；

最近修改时间（mtime）；

定义文件特性的标志flag，如SetUID等

该文件真正执行的数据内容；

inode的数量和大小在格式化时就已经确定了，

每个inode大小均为128bytes；

每个文件占有一个inode；

文件系统能够创建的文件数量和inode的数量有关；

系统读取文件时先找到对应的inode，分析inode所记录的权限与用户是否符合，若符合才能开始读取指向的block块。

inode/block与文件大小的关系:

inode结构如下：

inode有12个直接指向、1个间接、一个双间接和一个三间接记录区。

假如1k的block，每条block记录需要4bytes，因此1k的block可以记录256个block记录。

super block：

记录的信息主要有：

block与inode的总量；

未使用与已使用inode、block的数量

block与inode的大小（1k、2k、4k； 128bytes）；

文件系统的挂载时间、最近一次写入数据的时间、最近一次检查磁盘（fsck）的时间等文件系统相关信息；

一个validbit数值，表示文件系统是否被挂载。

一般来说，superblock大小为1024bytes。相关信息可以用dumpe2fs命令来查看。

文件系统描述（file system description）：

用来描述每个block group的开始与结束block 号码，以及每个区段的superblock inode block 分别位于哪个block之间；

block bitmap：

用来记录那些block用过，那些block未用。

inode bitmap：

记录inode的使用与未使用情况。

dumpe2fs [-bh] 设备文件名

-b:列出保留为坏道的部分

-h：列出superblock的数据，不会列出其他的区段内容。

df  ：这个命令调出目前挂载设备

4. Ext2/Ext3文件访问与日志文件系统：

一般来说，将inode table和data block成为数据区域，将其他区域成为metadata（中间区域）。

日志文件系统：

1：预备，当系统写入一个文件中，现在日志记录总记录够格文件准备要写入的信息。

2：实际写入：开始吸入文件权限和数据，开始更新meta data数据

3： 结束：完成数据与meta data更新，在日志记录块当中完成该文件的记录。

这样当断电等，系统只要检查日志记录块就知道那些文件出现问题，针对该问题再进行一致性检查。

5 Linux文件操作：

当系统加载一个文件到内存中，如果该文件没有被改过，则在内存区段的文件数据会设置为clean；如果发生改过，此时内存中的数据会被设置成dirty，系统会不定时的将内存中设置为dirty的数据歇会磁盘，保持磁盘与内存数据的一致性。

可以利用sync命令强制内存中dirty的文件写回到磁盘。