Linux 基础知识 | 文件系统

前言

Linux的传统的文件系统为Ext2(Linux second extended file system,ext2fs)，在传统的磁盘和文件系统中，
一个分区就只能被格式化为一个文件系统，所以可以说成一个filesystem就是一个分区，但是由于新技术的利用。这些
技术可以将一个分区格式化为多个文件系统。所以，通常我们称呼一个可被挂载的数据为一个文件系统而不是一个分区。

Ext2文件系统

在Linux系统中，一个文件除了文件的实际数据内容之外，还包含着非常多的属性，比如文件的权限和属性等，文件系统通常会将这两部分数据分别存到不同的区块，权限和属性放置到inode中，实际数据则放置在data block中。此外还有一个超级区块super block 记录了整个文件系统的信息，包括inode和block的总量、使用量、剩余量等。这3个概念的解释如下：

superblock: 记录文件系统的整体信息，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
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(当你输入ll命令时,第一行显示的total xx则表示该目录占用的block块的个数 * block size)

block 相关知识

文件系统在格式化的时候就已经将inode和block规划好了，其中block是用来存放数据的地方，在ext2文件系统中所支持的block大小有1k，2k以及4k。由于block大小的差异，会对系统的文件有一些限制：

最大单一文件大小限制：如果block是1kb，则单一文件最大的大小支持为16GB，2kb支持的最大为256GK。4kb支持的最大为2TB
最大文件系统总量限制：1kb的block支持2TB的最大容量，2kb的block支持8TB的最大容量，4kb支持16TB最大容量
block的大小和数量在安装系统前的格式化磁盘就已经决定，无法更改，除非重新格式化
每个block最多存放一个文件的数据。
如果文件大小大于block，则一个文件会占用多个block数量
如果文件大小小于block，则该block的剩余容量则不能够再使用(磁盘空间会浪费)

可以通过一下命令查看操作系统的block size （只适用于ext2、ext3、ext4的文件系统）

# 列出挂载点
df -h 

# 根据上一个命令中的挂载点查看block size
tune2fs -l  /dev/sda3 |grep -i 'block size'

inode 相关知识

inode记录的数据有如下几部分：

该文件的存取模式
该文件的拥有者与群组
该文件的容量
该文件创建时间或状态改变时间
该文件最近一次读取时间
该文件最近修改时间
该文件真正内容的指向

inode的数量和大小也是在格式化的时候已经固定，除此之外，inode还有以下特点：

每个inode大小固定为128B(新的ext4和xfs可设置到256B)
每个文件占用一个inode
文件系统能创建的文件数量以inode数量有关
系统读取文件的时候，要先找到inode,并分析inode所记录的权限与使用者是否符合，若符合才能开始读block的内容

`super block`相关知识

super block记录着整个文件系统的相关信息，记录了block与inode的总量和大小。同时保存了一份inode和block的对照表，用来记录inode是否已经被使用，已经block是否为空(可以存数据)，通过这些信息可以知道文件应该存在那个地方。

系统目录组成

当我们在Linux下的文件系统创建一个目录是，文件系统会分配一个inode和至少一个block给该目录，如果想要观察某个文件的inode号码，可以通过输入ll -i命令来查看。

下面查看根目录的inode号码

[root@xxx info]# ls -lid /
2 dr-xr-xr-x. 21 root root 4096 Mar 13 11:47 /

如上，查看了根目录的inode的编号为2。而且可以看到该文件占用大小4096。由此我们可以猜测该文件系统的block块大小为4k。

ext2文件系统的局限性在于写入数据错误的时候，系统启动恢复的时候需要检查磁盘花费大量时间，所以就有了ext3、 ext4这类日志式文件系统。这些文件系统优化了数据一致性的保障功能，通过日志的方式，可以很快速的检查是否有文件错误。

挂载点

一个文件系统需要挂载到主机上的某个目录才可以工作。一个目录树可以挂载多个文件系统，而linux支持很多文件系统，当我们访问某个目录的时候，有可能在目录路径中挂载的文件系统不同，此时会有一个一个Linux VFS（Virtual Filesystem Switch）的功能帮我们自动切换文件系统。

XFS文件系统

ContOs 7 开始，默认的文件系统由Ext4改成了XFS。XFS几乎兼容Ext4所有的功能，但是为什么要使用XFS呢？这是因为
Ext系列的文件系统在格式化大容量硬盘的时候需要划分inode以及block等需要花费大量时间。而XFS文件系统基本上就是为了适应大容量磁盘的文件系统。XFS也是采用inode和block的文件内容分布方式，但是inode和block并不是在格式化磁盘的时候指定的，他是根据创建文件的时候动态计算的。所以速度相对比较快，至于XFS比较深入一点的知识这里就不介绍了。

操作文件系统

列出文件系统磁盘使用量

命令：df

参数：

a 列出所有文件系统
k 以KB输出大小
m 以MB输出大小
h 以人类易读的格式输出
H 以M = 1000K取代M = 1024K的方式显示
T 连同分区的文件系统名称列出
i 以inode的数量来显示文件大小

# 查看 /usr 目录的文件系统
[root@xxxx info]# df -T /usr 
Filesystem     Type 1K-blocks     Used Available Use% Mounted on
/dev/xvda1     ext4 103079200 19937072  77882972  21% /

# 查看容量使用情况
[root@xxx info]# df -h
Filesystem      Size  Used Avail Use% Mounted on
/dev/xvda1       99G   20G   75G  21% /
devtmpfs        3.9G     0  3.9G   0% /dev
tmpfs           3.9G     0  3.9G   0% /dev/shm
tmpfs           3.9G  1.6M  3.9G   1% /run
tmpfs           3.9G     0  3.9G   0% /sys/fs/cgroup
tmpfs           783M     0  783M   0% /run/user/0

显示文件数量

命令： du

默认情况下，这个命令会列出系统总共的文件个数。这个命令有如下参数：

a 列出某个目录的文件以及所占用的空间大小
h 以人类易读的格式输出
s 列出总量
S 不包括子目录的容量
k 以KB输出大小
m 以MB输出大小