【Linux】管理文件系统

文件系统概念：

文件系统是指文件的组织与管理结构，是一个有关于磁盘中各种有用信息的记录——即是保存以下信息的结构记录表

当前所使用磁盘的容量信息

磁盘的可用信息，包括已占用和剩余的空间；

文件与目录的属性；

文件与目录的在磁盘中确切地址与链接信息。

一句话总结：文件系统就是管理这块（分区）文件的机制或者说是组织方式。

文件系统类型：

Linux支持多种文件系统

·ext2：Linux基本文件系统

·ext3：ext2的增强版本

·ext4：ext文件系统的第四个版本（）

·swap：交换文件系统

·nfs：网络文件系统，适合Linux或Unix机器间共享

·smbfs：适合Linux或Unix和windows机器间共享

·vfat：windows早期文件系统

·ntfs：windows默认文件系统，功能非常强大

·iso9660：CD光盘的只读文件系统

·GFS：google专用存储海量搜索数据而设计的专用文件系统

·reiserfs：早期linux使用的日志功能的文件系统

 

文件系统

Linux内核采用虚拟文件系统层（VFS），通过该中间层对各类文件系统提供了完美的支持。对于用户来说，这些文件系统几乎是透明的，用户不需要关心底层文件系统的具体实现。

 

VFS 基本结构

　　·super block

　　·dentry

　　·inode

　　·data

 

super block （超级块）

　　存储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。文件系统中第一个块被称为超级块。

　　 将物理相邻的若干个扇区称为了一个块。操作系统读写磁盘的基本单位是扇区，而文件系统的基本单位是块(block)。块越大存储性能越好，但空间浪费严重。块越小性能相对越低，但空间利用率高。

Inode 索引节点（元数据）

　　保存的其实是实际的数据(文件内容)的一些信息，这些信息称为“元数据”(也就是对文件属性的描述)。例如：文件大小，文件拥有者（owner），文件属组（group），文件权限，文件读取或修改的时间戳，链接数量，同时记录此文件的数据所在的 block 号码，文件类型等等。

　　　　注意，数据分成：元数据+数据本身

每个inode节点的大小，一般是128字节或256字节。inode节点的总数，在格式化时就给定，一般每2KB就设置一个inode。一般文件系统中很少有文件小于2KB的，所以预定按照2KB分，一般inode是用不完的。

　　inode号是唯一的，表示不同的文件。其实Linux内核访问文件都是通过inode号来进行的，所谓文件名仅仅是inode号的别名，方便用户识别和使用的。当我们打开一个文件的时候，首先，系统找到这个文件名对应的inode号；然后，通过inode号，在inode table中找到inode信息，最后在inode信息中找到文件数据所在的block，接着就可以处理文件数据了。

　　当创建一个文件（包括目录）的时候，就给文件分配了一个inode。inodes最大数量就是文件的最大数量。

　　一个文件 肯定会占用一个inode，如果是空文件，就不会占用block，如果不是空文件，肯定会占用block；

　　一个文件系统内的文件总数跟inode总数一致。

dentry 目录项

　　目录项是描述文件的逻辑属性，只存在于内存中，并没有实际对应的磁盘上的描述，更确切的说是存在于内存的目录项缓存，为了提高查找性能而设计。注意不管是目录还是最终的文件，都是属于目录项，所有的目录项在一起构成一颗庞大的目录树。例如：打开一个文件/opt/data/a.txt，那么/、opt、data、a.txt都是一个目录项，VFS在查找的时候，根据一层一层的目录项找到对应的每个目录项的inode，那么沿着目录项进行操作就可以找到最终的文件。

注意：目录也是一种文件(所以也存在对应的inode)。打开目录，实际上就是打开目录文件。

data 数据

　　记录文件的实际内容，若文件太大时，会占用多个 block

 

 

链接文件：

　　硬链接：不同的文件名对应相同的inode

　　　　ln a.txt a.hard

不能跨文件系统

　　软链接：ln -s a.txt a.link

可以跨文件系统

 

创建文件系统：

创建完整的文件系统的四个步骤

　　·建立分区

　　·格式化分区建立文件系统

　　·检验文件系统

　　·装载文件系统

 

fdisk命令建立分区

　　用途：在交互式的操作环境中管理磁盘分区

　　格式：fdisk [磁盘设备]

　　交互模式中的常用指令

　　　　·m：查看操作指令的帮助信息

　　　　·p：列表查看分区信息

　　　　·n：新建分区

　　　　·d：删除分区

　　　　·t：变更分区类型

　　　　·w：保存分区设置并退出

　　　　·q：放弃分区设置并退出

 

mkfs命令

　　用途：Make Filesystem，创建文件系统（格式化）

　　格式：mkfs -t 文件系统类型 分区设备

 

fsck命令

　　用途：file system check，诊断修复文件系统

　　格式：fsck -t 文件系统类型 分区设备

　　-y：自动输入yes（与-a相同）

 

 

文件系统使用：

　　挂载文件系统：

　　　　mount命令：

　　　　　　用途：挂载文件系统、ISO镜像到指定文件夹

　　　　　　mount [ -t 类型 ] [ -o 选项 ] 设备名 挂载点目录

　　卸载文件系统：

　　　　umount命令：

　　　　　　用途：卸载已挂载的文件系统

　　　　　　格式：umount 存储设备位置

　　　　　　umount 挂载点目录

eg：

[root@localhost ~]# df
Filesystem     1K-blocks    Used Available Use% Mounted on
/dev/sda3       18244476 1908296  15402756  12% /
tmpfs             953140       0    953140   0% /dev/shm
/dev/sda1         194241   38685    145316  22% /boot
[root@localhost ~]# df -i
Filesystem      Inodes IUsed   IFree IUse% Mounted on
/dev/sda3      1166880 56419 1110461    5% /
tmpfs           238285     1  238284    1% /dev/shm
/dev/sda1        51200    39   51161    1% /boot

　　

验证：

　1.创建小分区

[root@localhost ~]# fdisk /dev/sdb

WARNING: DOS-compatible mode is deprecated. It's strongly recommended to
         switch off the mode (command 'c') and change display units to
         sectors (command 'u').

Command (m for help): p

Disk /dev/sdb: 21.5 GB, 21474836480 bytes
255 heads, 63 sectors/track, 2610 cylinders
Units = cylinders of 16065 * 512 = 8225280 bytes
Sector size (logical/physical): 512 bytes / 512 bytes
I/O size (minimum/optimal): 512 bytes / 512 bytes
Disk identifier: 0x000215f9

   Device Boot      Start         End      Blocks   Id  System
/dev/sdb1               1           2       16033+  83  Linux
/dev/sdb2               3        1308    10490445   83  Linux
/dev/sdb3            1309        1435     1015808   83  Linux

Command (m for help): n
Command action
   e   extended
   p   primary partition (1-4)
p
Selected partition 4
First cylinder (1435-2610, default 1435):
Using default value 1435
Last cylinder, +cylinders or +size{K,M,G} (1435-2610, default 2610): +10G

　　2.创建文件系统

[root@localhost ~]# mkfs -t ext4 /dev/sdb1
mke2fs 1.41.12 (17-May-2010)
/dev/sdb1 is mounted; will not make a filesystem here!
[root@localhost ~]# mount /dev/sdb1 /tmp/sdb1/
mount: /dev/sdb1 already mounted or /tmp/sdb1/ busy
mount: according to mtab, /dev/sdb1 is already mounted on /tmp/sdb1

　　3.创建空文件

　　

while :

do

touch /tmp/sdb1/a${RANDOM}

done

快速使用block：

while :

do

cat /etc/passwd >> /test/a.txt

done

[root@localhost ~]# while :
> do
> touch /tmp/sdb1/ a${RANDOM}
> done

touch: cannot touch `/tmp/sdb1/a31677': No space left on device
touch: cannot touch `/tmp/sdb1/a2591': No space left on device
touch: cannot touch `/tmp/sdb1/a19649': No space left on device

　　4.使用df/df -i 查看空间使用情况；

[root@localhost ~]# df -i /dev/sdb1
Filesystem     Inodes IUsed IFree IUse% Mounted on
/dev/sdb1        4016  4016     0  100% /tmp/sdb1
[root@localhost ~]# df /dev/sdb1
Filesystem     1K-blocks  Used Available Use% Mounted on
/dev/sdb1          14497  14497     0    100% /tmp/sdb1

　　5.inode全使用，block还有空闲的，这时不能创建新文件了，但是还可以增加文件内容；

　　inode还有空闲，block全使用，这时可以创建新文件，但是不能增加文件内容。

 

管理交换空间：

　　虚拟内存也叫交换空间

　　短时间缓解物理内存的不足；但不能代替物理内存

mkswap命令

　　用途：Make Swap，创建交换文件系统

　　格式：mkswap 分区设备

　　-L：设置交换分区文件系统标签

swapon 分区设备 ----激活交换分区

swapoff 分区设备----停用交换分区

eg：

[root@localhost ~]# mkswap /dev/sdb5
Setting up swapspace version 1, size = 2006929 kB
[root@localhost ~]# swapon /dev/sdb5
[root@localhost ~]# free | grep -i swap
Swap:      3008456          0    3008456
[root@localhost ~]# swapoff /dev/sdb5
[root@localhost ~]# free | grep -i swap
Swap:      1048568          0    1048568