Linux文件系统管理文件系统

概述

文件系统：文件系统这个名词大家都很陌生，不过如果说成分区，大家就比较容易理解了。原先每个分区只能格式化为一个文件系统，所以我们可以认为文件系统就是指分区。不过随着技术的进步，现在一个文件系统可以由几个分区组成，或者一个分区可以格式化为几个不同的文件系统，所以我们已经不能把文件系统和分区等同对待了。不过，为了便于理解，大家可以把文件系统想象成分区。

硬盘：硬盘是计算机的主要外部存储设备。计算机中的存储设备种类非常多，常见的主要有软盘、硬盘、光盘、U 盘等，甚至还有网络存储设备 SAN、NAS 等，不过我们使用最多的还是硬盘。如果从存储数据的介质上来区分，那么硬盘可以分为机械硬盘（Hard Disk Drive, HDD）和固态硬盘（Solid State Disk, SSD），机械硬盘采用磁性碟片来存储数据，而固态硬盘是通过闪存颗粒来存储数据的。

Linux系统分区类型

Linux系统分区有三类主分区、扩展分区、逻辑分区

主分区：最多只能分 4 个。

扩展分区：只能有一个，是将某一个主分区作为扩展分区来使用，也就是说主分区加上扩展分区最多有 4 个。扩展分区不能存储数据和格式化，必须在划分为逻辑分区后才能使用。

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。

分区的设备文件名

分区的设备文件名
主分区1	/dev/sda1
主分区2	/dev/sda2
主分区3	/dev/sda3
扩展分区	/dev/sda3
逻辑分区	/dev/sda3
逻辑分区	/dev/sda3
逻辑分区	/dev/sda3

注意：如果只有一个主分区，一个扩展分区，扩展分区下有三个逻辑分区。那么主分区的设备文件名为/dev/sda1,扩展分区的设备文件名为 /dev/sda2。而逻辑分区直接是 /dev/sda5，也就是说系统默认的设备文件名从/dev/sda1——/dev/sda4是给主分区和扩展分区命名的，而逻辑分区的设备文件名是从/dev/sda5开始的。

文件系统的构成

文件系统中除要保存文件的数据外，还要保存文件的属性，如文件的权限、所有者、属组和时间参数等内容。文件系统把文件的数据和属性分开存放，把文件的数据放入 date block 中（数据块，保存文件的具体数据），把文件的属性保存在 inode 中（i 节点，保存文件属性，如权限、所有者、属组和时间参数等）。每个 block 和 inode 都有序列号，用来区分和编码。另外，还有一个 super block（超级块）用于记录整个文件系统的信息，如 inode 和 block 的总量、已经使用量和剩余量。

super block（超级块）：记录整个文件系统的信息，包括 block 与 inode 的总量、已经使用的 inode 和 block 的数量、未使用的 inode 和 block 的数量、block 与 inode 的大小、文件系统的挂载时间、最近一次的写入时间、最近一次的磁盘检验时间等。

date block（数据块，也称作block）：用来实际保存数据，block 的大小（1KB、2KB 或 4KB）和数量在格式化后就已经决定，不能改变，除非重新格式化。每个 block 只能保存一个文件的数据，如果文件数据小于一个 block 块，那么这个 block 的剩余空间不能被其他文件使用；如果文件数据大于一个 block 块，则要占用多个 block 块。Windows 中磁盘碎片整理工具的原理就是把一个文件占用的多个 block 块尽量整理到一起，这样可以加快读写速度。

inode（i 节点）：用来记录文件的权限（r、w、x）、文件的所有者和属组、文件的大小、文件的状态改变时间（ctime）、文件的最近一次读取时间（atime）、文件的最近一次修改时间（mtime）、文件的数据真正保存的 block 编号。每个文件需要占用一个 inode。

在 inode 中并没有保存文件的文件名，那是因为文件名是文件所在目录的数据，所以保存在上一级目录的 block 中。所以要对文件的上一级目录拥有 w 权限，才能删除目录中的文件，就是因为文件名是保存在目录的 block 中的。

Linux支持的常见文件系统

Linux 系统能够支持的文件系统非常多，除 Linux 默认文件系统 ext2、ext3 和 ext4 之外，还能支持 fat16、fat32、NTFS（需要重新编译内核）等 Windows 文件系统。也就是说，Linux 可以通过挂载的方式使用 Windows 文件系统中的数据。Linux 所能够支持的文件系统在"/usr/src/kemels/当前系统版本/fs"目录中（需要在安装时选择），该目录中的每个子目录都是一个可以识别的文件系统。我们介绍较为常见的 Linux 支持的文件系统，如表 1 所示。

文件系统	描述
ext	Linux 中最早的文件系统，由于在性能和兼容性上具有很多缺陷，现在已经很少使用
ext2	是 ext 文件系统的升级版本，Red Hat Linux 7.2 版本以前的系统默认都是 ext2 文件系统。于 1993 年发布，支持最大 16TB 的分区和最大 2TB 的文件（1TB=1024GB=1024x1024KB)
ext3	是 ext2 文件系统的升级版本，最大的区别就是带日志功能，以便在系统突然停止时提高文件系统的可靠性。支持最大 16TB 的分区和最大 2TB 的文件
ext4	是 ext3 文件系统的升级版。ext4 在性能、伸缩性和可靠性方面进行了大量改进。ext4 的变化可以说是翻天覆地的，比如向下兼容 ext3、最大 1EB 文件系统和 16TB 文件、无限数量子目录、Extents 连续数据块概念、多块分配、延迟分配、持久预分配、快速 FSCK、日志校验、无日志模式、在线碎片整理、inode 增强、默认启用 barrier 等。它是 CentOS 6.3 的默认文件系统
swap	swap 是 Linux 中用于交换分区的文件系统（类似于 Windows 中的虚拟内存)，当内存不够用时，使用交换分区暂时替代内存。一般大小为内存的 2 倍，但是不要超过 2GB。它是 Linux 的必需分区
NFS	NFS 是网络文件系统（Network File System）的缩写，是用来实现不同主机之间文件共享的一种网络服务，本地主机可以通过挂载的方式使用远程共享的资源
iso9660	光盘的标准文件系统。Linux 要想使用光盘，必须支持 iso9660 文件系统
fat	就是 Windows 下的 fatl6 文件系统，在 Linux 中识别为 fat
vfat	就是 Windows 下的 fat32 文件系统，在 Linux 中识别为 vfat。支持最大 32GB 的分区和最大 4GB 的文件
NTFS	就是 Windows 下的 NTFS 文件系统，不过 Linux 默认是不能识别 NTFS 文件系统的，如果需要识别，则需要重新编译内核才能支持。它比 fat32 文件系统更加安全，速度更快，支持最大 2TB 的分区和最大 64GB 的文件
ufs	Sun 公司的操作系统 Solaris 和 SunOS 所采用的文件系统
proc	Linux 中基于内存的虚拟文件系统，用来管理内存存储目录 /proc
sysfs	和 proc —样，也是基于内存的虚拟文件系统，用来管理内存存储目录 /sysfs
tmpfs	也是一种基于内存的虚拟文件系统，不过也可以使用 swap 交换分区