8.1 認(rèn)識(shí) ET2文件系統(tǒng)

8.1.1硬盤(pán)組成與分區(qū)的復(fù)習(xí)

• 磁盤(pán)的物理組成 （3個(gè)物理組成 3個(gè)盤(pán)片組成 兩種磁盤(pán)文件名）
  Review p#12
• 分區(qū)（5 個(gè)點(diǎn)）
  Review p#67

8.1.2 文件系統(tǒng)特性

• Linux ->Ext2
  Windows -> NTFS

• 使用LVM (Logical Volume Manager)和 軟磁盤(pán)陣列 Softdisk RAID 將一個(gè)分區(qū)格式化為多個(gè)文件系統(tǒng)， 也能將多個(gè)分區(qū)合成一個(gè)文件系統(tǒng)。
  Review RAID 和 LVM

• 文件系統(tǒng)如何運(yùn)行?

  • Inode
    文件權(quán)限和屬性放 inode
    一個(gè)文件占用一個(gè)inode，同時(shí)記錄此文件的數(shù)據(jù)所在的block號(hào)碼

  • Block
    而文件實(shí)際數(shù)據(jù)放data block 塊中
    若文件太大，會(huì)占用多個(gè)block

  • Superblock
    用于存放整體信息，包括inode和block的總量、使用量、剩余量、以及文件系統(tǒng)的格式。

• 索引式文件系統(tǒng) indexed allocation
  根據(jù)inode查找所有block讀取

-FAT U盤(pán)
沒(méi)有inode存在，只能先將上一個(gè)block讀取出來(lái)才知道下一個(gè)block號(hào)碼。

• 碎片整理 （對(duì)于FAT文件系統(tǒng)經(jīng)常使用）
  將同一個(gè)文件所屬的的block再匯合到一起，提高讀取速度。

8.1.3 Linux的 Ext2 文件系統(tǒng)

• 為什么硬盤(pán)只有一個(gè)MBR卻可以安裝雙系統(tǒng) ?

1. Ext2 文件系統(tǒng)為了便于管理 固定的 inode 和block 區(qū)分出 多個(gè)塊組（block group），每個(gè) 塊組 都擁有自己獨(dú)立的inode block superblock 系統(tǒng)。
2. 在整體的規(guī)劃中，文件系統(tǒng)在最前面有一個(gè) 啟動(dòng)扇區(qū) BootSector 用于安裝引導(dǎo)裝載文件，不用覆蓋硬盤(pán)唯一個(gè)MBR

BootSection 在文件系統(tǒng)的 最前端

• data block （數(shù)據(jù)塊）
  三種size 1KB 2KB 4KB
  對(duì)應(yīng)最大單一文件限制 16GB 256GB 2TB
  對(duì)應(yīng)對(duì)大文件系統(tǒng)總?cè)萘?2TB 8TB 16TB

• 原則上 block 的數(shù)量和大小在格式化完成后就固定了， 除非重新格式化

• 每個(gè)block 最多放一個(gè)文件的數(shù)據(jù)

• 如果文件大于block大小，則一個(gè)文件會(huì)占用多個(gè)block

• 若小于 block 大小，則剩余空間也不能被使用

產(chǎn)生兩個(gè)問(wèn)題
如果采用了較大size的block，會(huì)造成資源的浪費(fèi)
如果采用較小的，會(huì)使讀寫(xiě)速度變慢

估計(jì)文件的大小選擇block的size

• inodetable（inode 表格）
  1.inode 記錄了哪些文件數(shù)據(jù)？
  rwx;owner/group;size;ctime/atime/mtime;SetID;pointer
  2.inode的其他特點(diǎn)
  inode 固定大小為128bytes
  每個(gè)文件只能占用一個(gè)inode
  文件系統(tǒng)能創(chuàng)建文件的數(shù)量和inode的數(shù)量有關(guān)
  系統(tǒng)讀取文件需要先找到inode， 并分析 inode所記錄的權(quán)限與用戶是否符合，符合了才開(kāi)始讀取block里面的內(nèi)容

• inode 結(jié)構(gòu)
  12個(gè)直接、一個(gè)間接、一個(gè)雙間接、一個(gè)三間接記錄區(qū)

  
  
  inode結(jié)構(gòu)圖.jpg

• Superblock （超級(jí)塊）
  block 與inode的總量
  未使用與已使用b&i總量
  b&i的大小
  文件系統(tǒng)掛載時(shí)間、最近一次寫(xiě)入數(shù)據(jù)時(shí)間、最近一次檢測(cè)磁盤(pán)fsck的時(shí)間等文件系統(tǒng)相關(guān)信息
  一個(gè)validbit數(shù)值，0->已掛載 1->未被掛載
  每個(gè)block group都可能含有superblock 作為唯一的superblock的備份

• File System Descripition （文件系統(tǒng)描述說(shuō)明）
  用于描述：
  每個(gè)block group 的開(kāi)始與結(jié)束的 block號(hào)碼
  說(shuō)明每個(gè)區(qū)段分別介于哪個(gè)block號(hào)碼之間
  (superblock，bitmap，inodemap，data block)

• block bitmap
  哪些block號(hào)碼用著，哪些block號(hào)碼未使用，刪除文件時(shí)釋放block號(hào)碼

-inode bitmap
如上，替換成 inode

Tips：可以使用dumpe2fs 查看Superblock和File Syetem Descripition

• df 查看目前掛載的設(shè)備
• dumpe2fs /dev/hdc2
  稍后問(wèn)萱萱

8.1.4 與目錄樹(shù)的關(guān)系

• 目錄
  當(dāng)我們mkdir時(shí)，ext2會(huì)分配一個(gè)inode和至少一塊block給該目錄
  inode記錄目錄相關(guān)權(quán)限和屬性，并可記錄分配到的那塊block號(hào)碼
  block記錄該目錄下的文件名與該文件名占用的inode號(hào)碼數(shù)據(jù)。

  • 使用 ls -i 查看目錄文件所占用的inode號(hào)碼
  • 查看 /bin /boot /proc /lost+found /sbin 這五個(gè)目錄的ls -l
    ll -d / /bin /boot /proc /lost+found /sbin
    Review 目錄樹(shù) p#156 （proc為什么不占用硬盤(pán)容量）

• 文件
  當(dāng)我們?cè)?ext2 下新建一個(gè)文件時(shí)， ext2會(huì)分配一個(gè)indoe和相對(duì)于該文件大小的的block數(shù)量給該文件。超過(guò)12個(gè)block，會(huì)多一個(gè)block作為塊號(hào)碼的記錄

• 目錄樹(shù)讀取
  文件名實(shí)際上是存在目錄文件的block里，所以文件名的新增、刪除、重命名都是需要 讀取 目錄文件的inode和block，才能找到文件名占用的inode，再找到文件的block。

  • 目錄樹(shù)讀取的過(guò)程
    1 通過(guò)掛載點(diǎn)信息找到/dev/hdc2 的inode 號(hào)碼為2的根目錄 inode ，且inode 具有的權(quán)限讓我們可以讀取該block的內(nèi)容
    2 取得的block號(hào)碼， 并找到etc/下的inode內(nèi)容
    3 讀取inode號(hào)碼得知vbird具有r和x的權(quán)限 ，因此可以讀取etc/的block內(nèi)容
    4 取得的block號(hào)碼，找到block內(nèi)容中的passwd文件的inode號(hào)碼
    5 讀取inode號(hào)碼得知vbird具有r的權(quán)限，因此可以讀取passwd的block內(nèi)容

• 文件大小的磁盤(pán)讀取性能
  分區(qū)的規(guī)劃不是越大越好，大的文件系統(tǒng)存在文件數(shù)據(jù)離散的問(wèn)題，造成數(shù)據(jù)讀取性能低。

8.1.5 Ext2/Ext3 文件的訪問(wèn)與日志文件系統(tǒng)的功能

• 新增文件時(shí)，系統(tǒng)的行為？
  1 用戶在該目錄下，是否有w 和x 的權(quán)限？有，繼續(xù)。
  2 根據(jù)inode bitmap找到?jīng)]有使用的inode號(hào)碼，并將新文件的權(quán)限和屬性寫(xiě)入
  3 根據(jù) block bitmap 找到?jīng)]有使用的block 號(hào)碼，并將實(shí)際數(shù)據(jù)寫(xiě)入block，且更新 inode 的block指向數(shù)據(jù)
  4 將剛才寫(xiě)入的inode 與block 數(shù)據(jù)同步更新inode bitmap 與block bitmap，并更新superblock的內(nèi)容

• 數(shù)據(jù)的不一致?tīng)顟B(tài) （Inconsistent）

  • 數(shù)據(jù)存放區(qū)域 -> inode 和 data block
  • metadata （中間數(shù)據(jù)） -> super block , inode bitmap, block bitmap:因?yàn)檫@數(shù)據(jù)都是經(jīng)常變動(dòng)的，每次添加、刪除、編輯都可能會(huì)影響到這三個(gè)部分的數(shù)據(jù)。
    1 文件在寫(xiě)入文件系統(tǒng)時(shí)，系統(tǒng)中斷，inode table 和 data block 被寫(xiě)入，但metadata還未更新，metadata和數(shù)據(jù)存放區(qū)不一致
    2 Ext2 會(huì)在系統(tǒng)重新啟動(dòng)時(shí)，強(qiáng)制比對(duì)metadata 和數(shù)據(jù)存放區(qū)，數(shù)量多，時(shí)間慢，系統(tǒng)繁忙

• 出現(xiàn)日志文件系統(tǒng) （Journaling file system）
  專(zhuān)門(mén)在文件系統(tǒng)中規(guī)劃出一個(gè)塊，該塊專(zhuān)門(mén)記錄寫(xiě)入或修訂文件時(shí)的步驟：
  1 預(yù)備：當(dāng)系統(tǒng)寫(xiě)入文件時(shí)，會(huì)先在Journal 塊中記錄某個(gè)文件準(zhǔn)備要寫(xiě)入的信息
  2 實(shí)際寫(xiě)入： 寫(xiě)入文件的權(quán)限與數(shù)據(jù)； 開(kāi)始更新meta data
  3 結(jié)束：完成數(shù)據(jù)與meta data 的更新后，在journal塊當(dāng)中完成該文件的記錄

  • 只要檢查journal塊就可以知道是哪些文件出現(xiàn)了inconsistent的狀態(tài)，針對(duì)文件修復(fù)
  • dumpe2fs 中的 superblock 有Journal inode/backup/size 的信息
  • 為什么 從Ext2 轉(zhuǎn)換到Ext3 ？可利用性 數(shù)據(jù)完整性 速度 和 易于轉(zhuǎn)換（不用格式化）

8.1.6 Linux 文件系統(tǒng)的操作

Review #p
所有數(shù)據(jù)都得加載到內(nèi)存后cpu才能夠?qū)?shù)據(jù)進(jìn)行處理。當(dāng)編輯很大的文件時(shí)，頻繁的要系統(tǒng)寫(xiě)入磁盤(pán)中，由于磁盤(pán)寫(xiě)入速度要比內(nèi)存慢很多，耗在等待硬盤(pán)的寫(xiě)入和讀取中，沒(méi)效率。

• Asynchronously 異步處理
  1 當(dāng)系統(tǒng)加載一個(gè)文件到內(nèi)存后，若沒(méi)被改動(dòng)，則內(nèi)存區(qū)段的文件數(shù)據(jù)會(huì)被設(shè)置為clean
  2 如若被改動(dòng)，內(nèi)存中數(shù)據(jù)會(huì)被改成dirty
  3 改動(dòng)被保存在內(nèi)存里，未被保存到磁盤(pán)中
  4 系統(tǒng)會(huì)不定時(shí)將 dirty 的數(shù)據(jù)寫(xiě)回磁盤(pán)，保持磁盤(pán)和內(nèi)存數(shù)據(jù)的一致性。（sync命令強(qiáng)制同步）
• 內(nèi)存 與 文件系統(tǒng)的關(guān)系
  1 系統(tǒng)將常用文件放置在主儲(chǔ)存器的緩沖區(qū)，以提高文件系統(tǒng)的讀寫(xiě)速度
  2 Linux的物理內(nèi)存會(huì)被用光，正常。可加速系統(tǒng)性能
  3 sync 手動(dòng)同步
  4 正常關(guān)機(jī)，關(guān)機(jī)命令會(huì)調(diào)用sync同步
  5 非正常關(guān)機(jī)會(huì)導(dǎo)致長(zhǎng)時(shí)間的磁盤(pán)校驗(yàn)，甚至導(dǎo)致文件系統(tǒng)損毀

8.1.7 掛載點(diǎn)（mount point）的意義

文件系統(tǒng)鏈接到某個(gè)目錄 -> 掛載
一定是目錄，該目錄為掛載點(diǎn)

？#p208 難道不是掛載到root下？

8.1.8 其他Linux支持的文件系統(tǒng)與VFS

傳統(tǒng)文件系統(tǒng)
日志文件系統(tǒng)
網(wǎng)絡(luò)文件系統(tǒng)：NFS SMBFS

• 查看Linux支持的文件系統(tǒng)
  ls -l /lib/modules/$ (uname -r)/kernel/fs
• 查看系統(tǒng)目前已經(jīng)加載的內(nèi)存支持的文件系統(tǒng)
  cat /proc/filesystems
• VFS Virtual Filesystem System
  Linux 通過(guò)VFS的內(nèi)核功能讀取文件系統(tǒng)
  （文件系統(tǒng)略）

8.2 文件系統(tǒng)的簡(jiǎn)單操作

8.2.1 磁盤(pán)與目錄的容量

• df [-hiTa] display free disk space列出文件系統(tǒng)的整體磁盤(pán)使用量

  • -h human readable
    -i 不用硬盤(pán)容量，用inode數(shù)量顯示
    -T 列出該分區(qū)的文件系統(tǒng)名稱

  • Output
    Filesystem 代表文件系統(tǒng)是在哪個(gè)分區(qū)
    1K-block 說(shuō)明下面單位為1kb
    Used 使用掉的硬盤(pán)空間
    Available剩下
    Use% 使用率
    mountedon 掛載點(diǎn)

  • df 針對(duì)整個(gè)文件系統(tǒng) ，需特別關(guān)注 根目錄 的剩余容量

  • 特殊的 /proc 和 /dev/shm(虛擬的，下次開(kāi)機(jī)就沒(méi)了)

• du display disk usage statistics
  不使用任何參數(shù)時(shí)，會(huì)列出當(dāng)前目錄下的目錄文件容量
  -a 列出目錄和文件的容量
  -s 只列出總量 -S 去除子目錄
  使用通配符 查看 每個(gè)目錄所占用容量
  du -sm /*

8.2.2 連接文件 ln

softlink 快捷方式
hardlink 通過(guò)文件系統(tǒng)的inode連接產(chǎn)生新文件名，而非新文件

• Hard Link
  ls -al link字段下的數(shù)字，實(shí)際是多少文件link到了這個(gè)inode號(hào)碼
  為什么？
  安全。
  1 任意的文件名被刪除，文件內(nèi)容仍然實(shí)際存在。
  2 任意的文件名進(jìn)入編輯，文件內(nèi)容都可以被修改。
  3 就是多在block里寫(xiě)入一個(gè)關(guān)聯(lián)信息而已

缺點(diǎn)
1 不能跨文件系統(tǒng) 2 不能連接到目錄 ？#p214

• symbolic link
  創(chuàng)建一個(gè)獨(dú)立的文件（新的inode號(hào)碼，新的block），讓這個(gè)文件數(shù)據(jù)讀取指向它連接的文件名。
  當(dāng)源文件被刪除后，slink文件無(wú)法打開(kāi)，實(shí)際就是找不到連接的文件名。

• ln link 源文件 目標(biāo)文件
  -s 創(chuàng)建symbolic link
  -f 如果目標(biāo)文件存在，則先將其刪除再創(chuàng)建

• Tips
  ln -s /bin /root/bin
  此時(shí)/root/bin（為符號(hào)連接文件） 下內(nèi)容進(jìn)入/bin下內(nèi)容，如果被刪除了，block中就沒(méi)有這份數(shù)據(jù)了（軟連接文件）
  挽救：趕緊刪除/root/bin 這個(gè)符號(hào)鏈接文件
  原本hardlink，/root/bin下刪除，與/bin下內(nèi)容無(wú)關(guān)。

• 關(guān)于目錄的鏈接數(shù)量
  新目錄底下存在 . 和 .. 目錄
  該目錄本身 鏈接數(shù)量為2 （自身+.）
  上級(jí)目錄 鏈接數(shù)量+1 （原有 + ..）

8.3 磁盤(pán)的分區(qū)、格式化、檢驗(yàn)與掛載

加磁盤(pán)怎么做？
1 對(duì)磁盤(pán)分區(qū)
2 對(duì)分區(qū)format創(chuàng)建可用文件系統(tǒng)
3 對(duì)文件系統(tǒng)檢驗(yàn)
4 Linux，需要?jiǎng)?chuàng)建掛載點(diǎn)，并掛載。

8.3.1 磁盤(pán)分區(qū)

• fdisk DOS partition maintenance program
  按m顯示所有操作 離開(kāi)q所有操作不會(huì)生效
  w操作生效 p 輸出目前磁盤(pán)狀態(tài)
  Device 設(shè)備文件名
  Boot 是否為開(kāi)機(jī)引導(dǎo)模塊
  Start End 哪個(gè)柱面號(hào)碼之間 決定分區(qū)的大小
  Blocks 以1k為單位的容量
  ID system 提示文件系統(tǒng)
  最后dev的End柱面號(hào)碼為多少 與最大柱面號(hào)碼5005差距多少 即剩余可分區(qū)的大小
  Start End 判斷拓展分區(qū)和邏輯分區(qū)
  fdisk -l 查閱系統(tǒng)內(nèi)所有分區(qū)
  設(shè)備文件名不要加上數(shù)字 (數(shù)字就是分區(qū))

• 刪除分區(qū)
  fdisk /dev/hdc
  p
  d 選擇
  w or q

• 新增分區(qū)
  后略，實(shí)操

8.3.2 磁盤(pán)格式化

mkfs -t 文件系統(tǒng)格式 /dev/hdc6
mke2fs 指定格式化 創(chuàng)建文件系統(tǒng)

8.3.3 磁盤(pán)檢驗(yàn) fsck badblocks

• fsck filesystem consistency check and interactive repair

8.3.4 磁盤(pán)掛載與卸載

單一文件系統(tǒng)不應(yīng)該被重復(fù)掛載在不同的掛載點(diǎn)
單一目錄不應(yīng)該重復(fù)掛載多個(gè)文件系統(tǒng)
作為掛載點(diǎn)的目錄應(yīng)該是空目錄
掛載：
mount 剛才創(chuàng)建的文件系統(tǒng)/dev/hdc6 目錄/mnt/hdc6
Linux有驅(qū)動(dòng)程序和分析superblock可以自動(dòng)識(shí)別出掛載的文件系統(tǒng)類(lèi)型
依靠 兩個(gè)文件
/etc/filesystems
/proc/filesystems
驅(qū)動(dòng)程序目錄
/lib/modules/$ (uname -r )/kernel/fs/
查看 mount -l
光驅(qū)一旦掛載之后就無(wú)法退出光盤(pán)

• 格式化（mksf）與掛載軟盤(pán)
  略
• 掛載U盤(pán)
• 重新掛載
  mount -o remount,rw,auto/
• 掛載不特定目錄
  mount --bind /hom /mnt/home
• 將設(shè)備文件卸載
  umount
• 使用Label name 進(jìn)行掛載的方法
  查看Label name （dumpe2fs -h /dev/hdc6）
  掛載（mount -L “vibird_logical” /mnt/hdc6）

8.3.5 磁盤(pán)參數(shù)修改

mknod(略)
修改Lable name （e2label）
tune2fs & hdparm 命令（略）

8.4 設(shè)置開(kāi)機(jī)掛載

8.4.1 開(kāi)機(jī)掛載文件/etc/fstab 及/etc/mtab

• 系統(tǒng)掛載的一些限制
  1 根目錄是必須掛載的，而且一定要先于其他mount point被掛載出來(lái)
  2 其他掛載點(diǎn)必須為已新建的目錄，可任意指定，但一定要遵守必需的系統(tǒng)目錄架構(gòu)原則。
  3 所有掛載點(diǎn)在同一時(shí)間之內(nèi)，只能掛載一次
  4 所有分區(qū)在同一時(shí)間之內(nèi)，只能被掛載一次
  5 若進(jìn)行卸載，你必須將工作目錄移到掛載點(diǎn)外（以及子目錄）之外

• Lable 或設(shè)備文件名

• mount point

• 磁盤(pán)分區(qū)的文件系統(tǒng)

• 文件系統(tǒng)的參數(shù)

  
  
  screenshot.png

• 能否被 dump 備份命令作用
  dump 是一個(gè)用來(lái)做為備份的命令， 我們可以透過(guò) fstab 指定哪個(gè)文件系統(tǒng)必須要進(jìn)行 dump 備份！ 0 代表不要做 dump 備份， 1 代表要每天進(jìn)行 dump 的動(dòng)作。 2 也代表其他不定日期的 dump 備份動(dòng)作， 通常這個(gè)數(shù)值不是 0 就是 1 啦！

• 是否以 fsck 檢驗(yàn)扇區(qū)：
  啟動(dòng)的過(guò)程中，系統(tǒng)默認(rèn)會(huì)以fsck檢驗(yàn)我們的 filesystem 是否完整 (clean)。 不過(guò)，某些 filesystem 是不需要檢驗(yàn)的，例如內(nèi)存置換空間 (swap) ，或者是特殊文件系統(tǒng)例如 /proc 與 /sys 等等。所以，在這個(gè)字段中，我們可以配置是否要以 fsck 檢驗(yàn)該 filesystem 喔。 0 是不要檢驗(yàn)， 1 表示最早檢驗(yàn)(一般只有根目錄會(huì)配置為 1)， 2 也是要檢驗(yàn)，不過(guò) 1 會(huì)比較早被檢驗(yàn)啦！ 一般來(lái)說(shuō)，根目錄配置為 1 ，其他的要檢驗(yàn)的 filesystem 都配置為 2 就好了。