了解Linux文件系統(tǒng)的知識(shí)

在最新版本的Centos Linux系統(tǒng)已經(jīng)采用xfs文件系統(tǒng)作為默認(rèn)的文件系統(tǒng)，但是想詳細(xì)了解Linux文件系統(tǒng)的知識(shí)還得從最傳統(tǒng)的文件系統(tǒng)（filesystem）ext2說(shuō)起。而文件系統(tǒng)都是建立在磁盤(pán)上面，因此磁盤(pán)（硬盤(pán)）的有關(guān)知識(shí)也應(yīng)該了解清楚。在Linux系統(tǒng)中比較重要的有關(guān)文件系統(tǒng)的知識(shí)就是inode(i節(jié)點(diǎn))、數(shù)據(jù)區(qū)塊（block）以及超級(jí)區(qū)塊（superblock）等相關(guān)的文件系統(tǒng)知識(shí)。

㈠磁盤(pán)的物理組成

一個(gè)物理磁盤(pán)的組成主要有圓形的碟片（數(shù)據(jù)存放的地方，一般現(xiàn)在的磁盤(pán)都由很多碟片所組成），磁頭（磁頭跟機(jī)械臂相連，通過(guò)它讀取碟片上的數(shù)據(jù)），旋轉(zhuǎn)馬達(dá)（跟碟片相連帶動(dòng)碟片一起運(yùn)動(dòng)以方便磁頭讀取在碟片上的數(shù)據(jù)），物理磁盤(pán)如圖3-1所示。

對(duì)于碟片上的內(nèi)容我們是這樣定義的：

①扇區(qū)（Sector）為最小的物理存儲(chǔ)單位，并且會(huì)根據(jù)設(shè)計(jì)的不同，扇區(qū)的容量主要有512B和4KB兩種格式;

②柱面（Cylinder），由扇區(qū)組成的一個(gè)圓,早期的分區(qū)以柱面為單位，現(xiàn)在一般都是以扇區(qū)為單位，每一個(gè)扇區(qū)都有一個(gè)號(hào)碼標(biāo)記。

③目前的分區(qū)格式主要有兩種：MBR分區(qū)表和GPT分區(qū)表；在MBR分區(qū)表中最重要的為第1扇區(qū)的內(nèi)容，在MBR的第1扇區(qū)內(nèi)有如下的內(nèi)容：

主引導(dǎo)記錄（Master boot record,簡(jiǎn)稱MBR），分區(qū)表（partition table）,其中主引導(dǎo)記錄占用446個(gè)字節(jié)，而分區(qū)表占用64個(gè)字節(jié)，2個(gè)校驗(yàn)字節(jié)，共512字節(jié)。這種分區(qū)模式只支持小于2TB容量的磁盤(pán)。

GPT分區(qū)表支持的容量多達(dá)2TB以上，并且分區(qū)數(shù)較多。

在Linux系統(tǒng)中設(shè)備都是由文件名來(lái)表示，磁盤(pán)的名字一般為/dev/sd[a-p]的格式，第1個(gè)磁盤(pán)的名字為/dev/sda，而如果對(duì)其進(jìn)行分區(qū)操作，那么分區(qū)后的文件名則為/dev/sd[1-128]，如果僅分為2個(gè)分區(qū)則有兩個(gè)文件名/dev/sda1和/dev/sda2等。

如果是虛擬磁盤(pán)則文件名為/dev/vd[a-p]等格式，如果是磁盤(pán)軟陣列其文件名則為/dev/md[0-128],如果做成LVM磁盤(pán)陣列則為/dev/VGNAME/LVNAME,其中VGNAME為卷組名，LVNAME為邏輯卷名。

特別說(shuō)明現(xiàn)在的磁盤(pán)容量都很大，大于2TB以上一般應(yīng)該采用GPT格式的分區(qū)表，但是磁盤(pán)容量比較少也可以使用MBR分區(qū)表，建議采用GPT格式的分區(qū)表。

㈡文件系統(tǒng)的特性

磁盤(pán)分區(qū)完成一般都要對(duì)磁盤(pán)分區(qū)進(jìn)行格式化（format）操作，格式化的過(guò)程就是創(chuàng)建文件系統(tǒng)（filesystem）的過(guò)程（把物理磁盤(pán)分成一塊塊的數(shù)據(jù)區(qū)塊）。而每一種文件系統(tǒng)它管理的文件屬性及權(quán)限設(shè)置又是不相同的，因此保存數(shù)據(jù)的方式及保護(hù)措施也不相同。并且不同的操作系統(tǒng)它們的文件系統(tǒng)格式有可能是不相通的，不能相互進(jìn)行訪問(wèn)操作等，如Linux系統(tǒng)的文件系統(tǒng)就不與windiws文件系統(tǒng)相通，但也有可能支持同屬性的文件系統(tǒng)存在，也可以進(jìn)行交流數(shù)據(jù)。

在Linux系統(tǒng)中傳統(tǒng)的文件系統(tǒng)是ext2(Linux second extended file system,ext2fs),傳統(tǒng)的文件系統(tǒng)一般都是一個(gè)分區(qū)格式化為一個(gè)文件系統(tǒng)，也就是一個(gè)分區(qū)就是一個(gè)文件系統(tǒng)，但是現(xiàn)在出現(xiàn)了很多新的技術(shù)，也可以將一個(gè)分區(qū)格式化為多個(gè)文件系統(tǒng)，或者把幾個(gè)分區(qū)合并成一個(gè)文件系統(tǒng)（LVM，RAID）等，因此，現(xiàn)在我們多采用一個(gè)能掛載數(shù)據(jù)的點(diǎn)稱為一個(gè)文件系統(tǒng)而不是一個(gè)分區(qū)。

文件系統(tǒng)與操作系統(tǒng)有關(guān)，一般情況下，操作系統(tǒng)的文件除了保存實(shí)際的數(shù)據(jù)內(nèi)容之外，通常都會(huì)包含有許多的屬性（如權(quán)限，文件的擁有者、同組用戶、文件的一些時(shí)間參數(shù)等）。文件系統(tǒng)通常會(huì)把文件內(nèi)容與文件的屬性分別存放到不同的數(shù)據(jù)區(qū)塊中，在Linux系統(tǒng)中權(quán)限與屬性放置到inode(i節(jié)點(diǎn))中，實(shí)際的數(shù)據(jù)保存在數(shù)據(jù)區(qū)塊中，除此之外，會(huì)使用一個(gè)超級(jí)區(qū)塊（Super block）來(lái)保存整個(gè)文件系統(tǒng)的相關(guān)信息，包括inode數(shù)、整個(gè)磁盤(pán)的數(shù)據(jù)區(qū)塊的總量，已經(jīng)使用的數(shù)據(jù)區(qū)塊，剩余的數(shù)據(jù)區(qū)塊等信息。

區(qū)塊與inode的相關(guān)知識(shí)：

在Linux系統(tǒng)中，每個(gè)i節(jié)點(diǎn)與區(qū)塊都有編號(hào)（Number），超級(jí)區(qū)塊記錄的都是文件系統(tǒng)的整體信息，如上所示。i節(jié)點(diǎn)(inode)記錄文件的屬性，一個(gè)文件占用一個(gè)inode，并記錄此文件的數(shù)據(jù)區(qū)塊位置（號(hào)碼），一般的區(qū)塊就是保存數(shù)據(jù)的實(shí)際內(nèi)容，如果文件很大占用一個(gè)區(qū)塊的容量以上（一般都是占用多個(gè)區(qū)塊的內(nèi)容），也就是說(shuō)一個(gè)文件的容量如果超過(guò)區(qū)塊的容量會(huì)使用多個(gè)區(qū)塊來(lái)保存文件的內(nèi)容。

當(dāng)我們對(duì)磁盤(pán)進(jìn)行格式化操作時(shí),分配的區(qū)塊跟磁盤(pán)容量有關(guān)也跟設(shè)置的區(qū)塊的大小有關(guān)，區(qū)塊分得大所能儲(chǔ)存的文件數(shù)相對(duì)來(lái)說(shuō)就少，這是因?yàn)槊恳粋€(gè)文件都會(huì)占用一個(gè)區(qū)塊，而文件太大會(huì)占用多個(gè)區(qū)塊。如圖3-2所示。

從上所知每一個(gè)i節(jié)點(diǎn)（inode）與數(shù)據(jù)區(qū)塊都會(huì)有編號(hào)，而每一個(gè)文件都會(huì)占用一個(gè)i節(jié)點(diǎn)（inode）如果是大文件還會(huì)占用多個(gè)區(qū)塊,而inode除了保存文件的屬性之外，還保存（記錄）數(shù)據(jù)所在的區(qū)塊號(hào)碼，因此，只要能找到i節(jié)點(diǎn)（inode）就能夠找到我們所需要的文件實(shí)際數(shù)據(jù)了，采用i節(jié)點(diǎn)來(lái)記錄文件所在的數(shù)據(jù)區(qū)塊號(hào)碼提高了文件的訪問(wèn)效率，i節(jié)點(diǎn)就像是文件的檢索數(shù)據(jù)庫(kù)。不同的文件系統(tǒng)由于工作的方式不同，讀取文件的效率也是不相同的。現(xiàn)在來(lái)比較一下Linux系統(tǒng)的ext2文件系統(tǒng)讀取數(shù)據(jù)方式與windows系統(tǒng)里的FAT文件系統(tǒng)讀取數(shù)據(jù)方式的不同。Linux讀取數(shù)據(jù)的方式我們稱為索引式文件系統(tǒng)（indexed allocation）,而FAT讀取數(shù)據(jù)的方式我們稱為連鎖式。如圖3-3所示。

如圖3-3所示，對(duì)于采用索引方式的文件系統(tǒng)，找文件時(shí)先找到i節(jié)點(diǎn)，因?yàn)閕節(jié)點(diǎn)保存了這個(gè)文件所在的所有區(qū)塊號(hào)碼，從而同時(shí)直接找到文件儲(chǔ)存的所有數(shù)據(jù)，效率很高。而FAT文件系統(tǒng)的每一個(gè)區(qū)塊都會(huì)保存前一區(qū)塊的號(hào)碼，例如，這個(gè)文件是保存在數(shù)據(jù)區(qū)塊2、7、10、14這4個(gè)區(qū)塊中，它的動(dòng)作是依次2→7→10→14寫(xiě)入?yún)^(qū)塊，讀取時(shí)也是一個(gè)一個(gè)區(qū)塊的讀取，效率相對(duì)來(lái)說(shuō)說(shuō)慢，這是因?yàn)楫?dāng)時(shí)間久了之后，數(shù)據(jù)會(huì)比較離散，有可能一個(gè)文件中的數(shù)據(jù)保存有在最前面的磁盤(pán)區(qū)塊，也有最后面的區(qū)塊，區(qū)塊之間距離相差好大，磁盤(pán)在讀取時(shí)，磁頭移動(dòng)范圍很大，會(huì)造成數(shù)據(jù)讀取變慢，而索引文件系統(tǒng)它會(huì)直接找到所需的文件數(shù)據(jù)，基本不會(huì)出現(xiàn)這種問(wèn)題，而FAT文件系統(tǒng)就不一樣了，文件的讀取是依次讀取，這是因?yàn)樵诿總€(gè)區(qū)塊中都保存有前一個(gè)區(qū)塊的號(hào)碼，因此，F(xiàn)AT文件系統(tǒng)通過(guò)碎片整理后可以提高文件的訪問(wèn)速度。

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