自学Linux Shell8.1-linux文件系统概述及操作

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8.1-linux文件系统概述及操作

1. linux支持的文件系统

• Windows常用的分区格式有三种，分别是FAT16、FAT32、NTFS格式
• Linux支持的文件系统：NFS、MINIX、MS-DOS和ext2，日志文件系统：ext3、ext4、JFS、ReiserFS和XFS，同时还有加密文件系统（CFS）和虚拟文件系统（/proc）

1.1 基本文件系统

Ext：
extended filesystem扩展文件系统。
使用虚拟目录来操作硬件设备，在物理设备上按定长的块来存储数据。
ext文件系统采用索引节点的系统来存放虚拟目录中所存储的文件信息。索引节点系统在每个物理设备中创建一个单独的表(索引节点表)才存储这些文件。
存储在虚拟目录中的每一个文件在索引节点表中都有一个条目。
linux通过唯一的数值(索引节点号)来引用索引节表中的每个索引节点，这个值是创建问价时候由文件系统分配的。
文件系统时通过索引节点号而不是文件全名及路径来标识文件。

Ext2：
Ext2是GNU/Linux系统中标准的文件系统。extended filesystem扩展文件系统。
这是Linux中使用最多的一种文件系统，它是专门为Linux设计的，拥有极快的速度和极小的CPU占用率。
Ext2既可以用于标准的块设备(如硬盘)，也被应用在软盘等移动存储设备上。

1.2 日志文件系统

日志式文件系统（Journal File System),为linux系统增添了一层安全性。

• 之前是先将数据直接写入存储设备再更新索引节点表
• 现在是先将文件的更改写入到临时文件(就是日志)中，以便有需要时回溯追踪
  且当在某个过程中断时，系统可以根据这些记录直接回溯并重整被中断的部分，重整速度相当快。
  

linux系统广泛使用3中日志系统方法（数据模式>有序模式>回写模式）：

• 数据模式：索引节点和文件都会被写入日志；丢失数据风险低，但性能差(安全性好，速度最慢，每次写两次数据，第一次写入日志，第二次写入真正的存储设备)
• 有序模式：只有索引节点会被写入日志，但只有数据成功写入后才删除；在性能和安全性之间区中
• 回写模式：只有索引节点会被写入日志，但不控制文件数据何时写入；丢失数据风险高，但仍然比不用日志好

Ext3：
Ext3是Ext2的下一代，也就是保有Ext2的格式之下再加上日志功能。
Ext3是现在几乎所有linux发行版默认的文件系统。
Ext3采用和Ext2相同的索引节点表结构，但是给每个存储设备增加了一个日志文件，以便将准备写入存储设备的数据先写入日志。
Ext3默认情况下采用有序模式。
缺点:
    Ext3文件系统无法恢复误删的文件。
    Ext3文件系统没有任何内建的数据压缩功能。
    Ext3文件系统不支持加密
Ext4：
Ext4大多数流行的liunx发行版系统默认采用，比如Ubantu
Ext4文件系统支持数据压缩和加密。
Ext4文件系统支持一个称作区段的特性，在索引节点表中节省了一些空间。
Ext4文件系统引进了块预分配技术。

Reiser：

Reiser文件系统，2001年
Reiser文件系统只支持回写日志模式。
Reiser文件系统引进2个特性：  可以在线调整已有文件系统的大小  和 尾部压缩技术。
JFS：
JFS文件系统只有在IBM linux系统使用。
JFS文件系统采用有序日志模式。
XFS：
XFS文件系统采用回写日志模式。
XFS文件系统允许在线调整已有文件系统的大小，但是XFS文件系统只能扩大不能缩小。

1.3 写时复制文件系统Copy-On-Write

• COW技术利用快照兼顾了安全性和性能。
• 如果要修改数据会使用克隆或可写快照。
• 修改过的数据并不会直接覆盖当前数据，而是被放入文件系统中的另一个位置上，即便数据修改已经完成之前的数据也不会被重写
  （这样的好处是一旦系统突然断电，重启之后不需要做Fsck）
• 最流行的cow是Btrf 和 ZFS

ZFS系统：
2005年研发，OpenSolaris操作系统使用
最大缺点：没有GPL许可

Btrf 系统：
btrfs在Reiser4的诸多特性的基础上做了可靠性改进。
OpenSUSE Linux发行版将btrfs最为默认文件系统。

2. linux文件系统的操作

2.1 创建分区

什么是分区？
分区是将一个硬盘驱动器分成若干个逻辑驱动器，分区是把硬盘连续的区块当做一个独立的磁硬使用。分区表是一个硬盘分区的索引,分区的信息都会写进分区表。

为什么要有多个分区？

• 防止数据丢失：如果系统只有一个分区，那么这个分区损坏，用户将会丢失所的有数据。
• 增加磁盘空间使用效率：可以用不同的区块大小来格式化分区，如果有很多1K的文件，而硬盘分区区块大小为4K，那么每存储一个文件将会浪费3K空间。
                           这时需要取这些文件大小的平均值进行区块大小的划分。
• 数据激增到极限不会引起系统挂起：将用户数据和系统数据分开，可以避免用户数据填满整个硬盘，引起的系挂起。

分区类型 ：

• 主分区：总共最多只能分4个 ，主分区可以直接格式化
• 扩展分区：只能有1个，也算主分区的一种，也就是说主分区+扩展分区最多只能有4个，但是扩展分区不能存储数据和格式化，必须再划分为逻辑分区才可用
• 逻辑分区：逻辑分区是在扩展分区中划分的，如果是IDE硬盘，Linux最多支持59个逻辑分区，如果是SCSI硬盘，Linux最多支持11个逻辑分区

 fdisk工具的操作界面：

fdisk命令提示符下可以使用(常用)：

• m ：显示菜单和帮助信息
• a ：活动分区标记/引导分区
• d ：删除分区
• l ：显示分区类型
• n ：新建分区
• p ：显示分区信息
• q ：退出不保存
• t ：设置分区号
• v ：进行分区检查
• w ：保存修改
• x ：扩展应用，高级功能

 sudo fdisk /dev/sda1

这块硬磁尚未分区，按"n"键新建一个分区。

出现两个菜单e表示扩展分区，p表示主分区
 按"p"键出现提示："Partition number (1-4): "选择主分区号
 输入"1"表示第一个主分区。

这样一个主分区就分好了。
接下来分第二个主分区，把剩余空间都给第二个主分区。
按"n"
键新增一个分区
按"p"键设为主分区
输入"2"把主分区编号设为2
按两下回车把剩余空间分给第二个主分区。
按"p"键打印分区表

然后通过w将更改保存在存储设备上面。

3. 创建文件系统

在将数据存储到分区之前，必须将某种文件系统对其进行格式化，这样linux才能使用它。每种文件系统类型都用自己的命令行程序来格式化分区。
 为分区创建了文件系统之后，下一步是将它挂载到虚拟目录下的某个挂载点，这样就可以将数据存储在新文件系统中了。

mkfs -t fstype /dev/part

• mkfs -t ext4   =    mkfs.ext4   =   mke2fs -t ext4
• mkfs -t ext3   =   mkfs.ext3    =   mke2fs -j   =  mke2fs -t ext3
• mkfs -t ext2   =    mkfs.ext2   =   mke2fs      =  mke2fs -t ext2

mke2fs [-b block大小] [-i inode大小] [-L 标头] [-cj] 装置
选项与参数：

• -b ：可以配置每个 block 的大小，目前支持 1024, 2048, 4096 bytes 三种；
• -i ：多少容量给予一个 inode 呢？
• -c ：检查磁盘错误，仅下达一次 -c 时，会进行快速读取测试；
          如果下达两次 -c -c 的话，会测试读写(read-write)，会很慢～
• -L ：后面可以接标头名称 (Label)，这个 label 是有用的喔！e2label命令介绍会谈到～
• -j ：本来 mke2fs 是 EXT2 ，加上 -j 后，会主动加入 journal 而成为 EXT3。

要想知道某个文件系统工具是否可用，使用type命令

以上表示btrfs文件系统不存在，ext2 ext3 存在。

tune2fs是调整和查看ext2/ext3文件系统的文件系统参数，Windows下面如果出现意外断电死机情况，下次开机一般都会出现系统自检。
Linux系统下面也有文件系统自检，而且是可以通过tune2fs命令，自行定义自检周期及方式。

参数		用途
-l		显示文件系统超级块信息
-L label		重新设定卷标
-m		调整预留给管理使用的块所占据总体空间比例
-r		调整预留给管理使用的块的个数
-o		设定挂载默认选项
-O		设定文件系统默认特性
-E		调整文件系统的扩张属性

tune2fs -r 40000 /dev/sdb1 调整/dev/sdb1分区的保留空间为40000个磁盘块

tune2fs  -o acl,user_xattr /dev/sdb1 设置/dev/sdb1挂载选项

启用Posix Access Control Lists和用户指定的扩展属性

开机取消自检:

tune2fs -l /dev/sdb1 | grep -E ‘Maximum mount count:|Check interval’
tune2fs -i 0 -c 0 /dev/sdb1

磁盘分区步骤：

• fdisk /dev/sdb 新建分区
• partprode 更新分区表
• mkfs.ex4 /dev/sdb{1..3}  格式化制作文件系统
• mkdir  /sdb1 创建目录
• mount /dev/sdb1   /sdb1 挂载

3. 文件系统的检查与修复

fsck命令能够检查和修复大部分类型的Linux文件系统。 

fsck [-t 文件系统] [-ACay] 装置名称
选项与参数：

• -t ：如同 mkfs 一样，fsck 也是个综合软件而已！因此我们同样需要指定文件系统。
• 不过由于现今的 Linux 太聪明了，他会自动的透过 superblock 去分辨文件系统，因此通常可以不需要这个选项的啰！请看后续的范例说明。
• -A ：依据 /etc/fstab 的内容，将需要的装置扫瞄一次。/etc/fstab 于下一小节说明，通常启动过程中就会运行此一命令了。
• -a ：自动修复检查到的有问题的扇区，所以你不用一直按 y 啰！
• -y ：与 -a 类似，但是某些 filesystem 仅支持 -y 这个参数！
• -C ：可以在检验的过程当中，使用一个直方图来显示目前的进度！

EXT2/EXT3 的额外选项功能：(e2fsck 这支命令所提供)

• -f ：强制检查！一般来说，如果 fsck 没有发现任何 unclean 的旗标，不会主动进入细部检查的，如果您想要强制 fsck 进入细部检查，就得加上 -f 旗标啰！
• -D ：针对文件系统下的目录进行优化配置。