【Linux@基础篇 ~】# 磁盘与文件系统

浏览数：22 / 时间：2015年06月20日

之前三篇文章我们简单介绍了Linux系统的用户管理，文件操作等，都是比较浅显的基本操作。这节我们要深入一下了，从文件系统我们要看到磁盘系统。从磁盘系统我们要看到操作系统的整体架构。废话不多少让我们开始学习吧！

磁盘与文件系统

1、磁盘系统

1.1 磁盘结构

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如图所示，磁盘由扇区和柱面组成，分区的最小单位是柱面（柱是有厚度的，本图是截面图），磁盘读取的最小单位是扇区。第一扇区的MBR（446bytes）分区表可以最大包含四个分区（64bytes）的信息，即从开始柱面到结束柱面4组数据，每组16个字节，每个值8个字节，即柱号最大为2^16-1。扩展分区由主分区组成，扩展分区分出的分区称为逻辑分区。主分区与扩展分区最多可以4个；扩展分区最多只能一个；能够被格式化后作为数据访问的分区为主分区和逻辑分区，扩展分区无法格式化。SATA硬盘逻辑分区从5-15，IDE硬盘逻辑分区从5-63。

1.2 查看挂载的设备

Linux分区表示可可挂载的设备，每个分区上可以挂载相应的文件系统（目录）

[david@192 ~]$ df -h [文件或目录]
Filesystem            Size Used Avail Use% Mounted on
/dev/sda3              16G 2.4G   13G 16% /
tmpfs                 935M   72K 935M   1% /dev/shm
/dev/sda1             291M   37M 240M 14% /boot

-h human read

通过df -h 我们可以查看目前文件系统挂载的设备，不加文件/目录默认列出所有的文件系统。

其中Size是指磁盘总容量，Use指已使用的，Avail指可用的剩余容量，Use%使用率 = Use/(Use+Avail)

1.3 磁盘分区

1.31 查看所有分区

[root@192 weijie]# fdisk -l #查看所有分区

Disk /dev/sda: 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: 0x000a4289

   Device Boot      Start         End      Blocks   Id System
/dev/sda1   *           1          39      307200   83 Linux
Partition 1 does not end on cylinder boundary.
/dev/sda2              39         549     4096000   82 Linux swap / Solaris
Partition 2 does not end on cylinder boundary.
/dev/sda3             549        2611    16567296   83 Linux

上面信息显示，sda磁盘有21.5G大小（21474836480字节）255个磁头管理读写，每个磁头管理63个扇区，每个扇区512字节，共有5005个柱面。

Device:设备文件名，依据不同的磁盘接口/分区位置而变。

Boot:表示是否为开机引导模块 * 表示是的

Start,End:表示这个分区在哪两个柱面号码之间，可确定此分区的大小。

Blocks:就是以1K为单位的容量。

ID,System:代表分区的文件系统。

1.32 新建/删除一个分区

fdisk /dev/sda3

操作命令：

d 删除一个分区

n 新增一个分区新增分区的条件是由剩余未分配的空间或是有扩展分区，可分逻辑分区。

m 打印命令提示

p 在屏幕上显示分区表

q 不保存分区修改，退出程序

w 保存修改并退出

+512M 设置容量时可用+容量的方法

1.4 磁盘格式化

磁盘格式化主要使用mkfs和mke2fs两个命令

mkfs [-t 文件系统格式] 设备文件名

mke2fs [-b block大小] [-i block/node一个node分配多少block] [-L卷标] [-c检查磁盘错误] [-j 系统格式为ext3(有journeal功能)，不加则为ext2]

1.5 磁盘检测

检查文件系统是否出错

fsck [-t 文件系统ext2/ext3] [-A扫描设备] [-C检查过程中用直方图显示] [-a自动修复有问题的扇区] [-y 与a类似，用于某些文件系统] 设备名称

检查硬盘或软盘扇区是否有坏道

badblock [-s屏幕上显示进度] [-v可以在屏幕上看到进度] [-w使用写入的方式来测试] 设备名称

1.6 磁盘挂载和卸载

说到挂载首先介绍/etc/fstab配置文件，我们先用cat命令来查看一下：

[root@192 weijie]# cat /etc/fstab

#
# /etc/fstab
# Created by anaconda on Sun Jan 25 07:14:00 2015
#
# Accessible filesystems, by reference, are maintained under ‘/dev/disk‘
# See man pages fstab(5), findfs(8), mount(8) and/or blkid(8) for more info
#
UUID=411dd466-551a-4ef2-a9b4-682b646aa308 /                       ext4    defaults        1 1
UUID=967157df-1cd7-42a6-9b0a-56e94fce0d1a /boot                   ext4    defaults        1 2
UUID=331eec8a-c9a7-4b86-a63d-3f5e9cf64a71 swap                    swap    defaults        0 0
tmpfs                   /dev/shm                tmpfs   defaults        0 0
devpts                  /dev/pts                devpts gid=5,mode=620 0 0
sysfs                   /sys                    sysfs   defaults        0 0
proc                    /proc                   proc    defaults        0 0、

配置文件参数说明：

1=>磁盘设备文件名或该设备的卷标Label

2=>挂载目录

3=>磁盘分区的文件系统 ext3,reiserfs,nfs,vfat等

4=>文件系统参数用逗号隔开

async/sync 同步或异步

auto/noauto 是否被mount -a 主动测试挂载

rw/ro 是否只读或可读写

exec/noexec 是否用于执行，或是纯数据

user/nouser 是否允许用户使用mount来挂载（非root）

suid/nosuid 是否有suid权限，不是放执行文件则不需要这个权限

usrquta 启动文件系统支持磁盘配额

grpquota 启动文件系统对群组磁盘配额模式支持

mode 设置挂载点权限最大为666

uid=000 设置允许uid=000用户操作

gid=000 同上

defaults 默认设置

5=>是否被dump备份命令作用 0:不备份 1:每天dump 2:不定期dump

6=>是否以fsck检查扇区 0：不需要检查 1:最先检查 2:其次检查

mount命令

mount [-a]根据配置文件将没有挂载的磁盘都挂载上来

mount [-l] 显示所有挂载列表

mount [-t文件系统] [-L label 名] [-o 额外选项] [-n 写入/etc/mtab] 设备文件名挂载目录

-o

ro,rw 挂载只读或可读写

auto,noauto 是否被mount -a自动挂载

remount 重新挂载

EX：我们把 mp3插入usb接口，并挂载到/mnt/mp3player

[root@192 mnt]# fdisk -l
Disk /dev/sdb: 3711 MB, 3711959040 bytes在mnt下新增挂载目录mp3player

[root@192 mnt]# mkdir mp3player

[root@192 mnt]# mount -t vfat -o iocharset=cp950 /dev/sdb /mnt/mp3player/

vfat支持设置iocharset=cp950 中文语言显示

mount命令都是临时挂载，重启后失效，因此永久挂载需要修改配置文件。

同样卸载一个挂载umount [-f 强制] [-n不更新/etc/mtab] 挂载设备或挂载点

[root@192 /]# umount -fn /media/WALKMAN/

2、文件系统

2.1 文件系统概览

Linux的文件系统是Ext2-4，即inode-block。

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每个文件和目录都有自己的inode，每个inode都有对应的block号码，通过文件的inode找到相应的block。一个文件可能由多个block组成。

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同时，每个分区又可以分为一个block 组，每个组都包含superblock，文件系统描述(File system description)，块对应表(block bitmap)，inode对应表(inode bitmap)，inode Table和data block。因此每个挂载的文件系统都可以看成由block组成的。

2.2 文件系统详述

Superblock

superblock记录整个文件系统相关信息。inode/block总量，未使用和已使用的block和inode总量。block与inode大小（block大小为1k,2k或4k, inode为128bytes）

文件系统挂载时间、最近一次写入数据的时间、最近一次检验磁盘(fsck)的时间等文件先关信息。validbit值，若此文件系统已被挂载，则validbit为0，若没有被挂载,则为1。

File system Description

这个区段描述每个block group的开始和结束block号码，以及说明每个区段(superblock,bitmap,inode,data block)分别介于哪一个block号码之间。这部分也能够用dumpe2fs来查看。

[david@192 ~]$ sudo dumpe2fs /dev/sda1
[sudo] password for david:
dumpe2fs 1.41.12 (17-May-2010)
Filesystem volume name:   <none>
Last mounted on:          /boot
Filesystem UUID:          967157df-1cd7-42a6-9b0a-56e94fce0d1a
Filesystem magic number: 0xEF53
Filesystem revision #:    1 (dynamic)
Filesystem features:      has_journal ext_attr resize_inode dir_index filetype needs_recovery extent flex_bg sparse_super huge_file uninit_bg dir_nlink extra_isize
Filesystem flags:         signed_directory_hash
Default mount options:    user_xattr acl
Filesystem state:         clean
Errors behavior:          Continue
Filesystem OS type:       Linux
Inode count:              76912 #inode 总数
Block count:              307200 #block 总数
Reserved block count:     15360 #保留block数量
Free blocks:              260295 #空闲block
Free inodes:              76873 #空闲inode
First block:              1 #第一个block序号
Block size:               1024 #block大小
Fragment size:            1024
Reserved GDT blocks:      256
Blocks per group:         8192
Fragments per group:      8192
Inodes per group:         2024
Inode blocks per group:   253
Flex block group size:    16
Filesystem created:       Sun Jan 25 07:12:55 2015
Last mount time:          Mon Feb 23 21:00:34 2015
Last write time:          Mon Feb 23 21:00:34 2015
Mount count:              9
Maximum mount count:      -1
Last checked:             Sun Jan 25 07:12:55 2015
Check interval:           0 (<none>)
Lifetime writes:          41 MB
Reserved blocks uid:      0 (user root)
Reserved blocks gid:      0 (group root)
First inode:              11
Inode size:               128
Journal inode:            8 #指向journal块的inode号
Default directory hash:   half_md4
Directory Hash Seed:      284e552c-ef40-4b71-95e9-9b2ace7b1d52
Journal backup:           inode blocks
Journal features:         (none)
Journal size:             8M   #日志文件大小
Journal length:           8192 #日志长度
Journal sequence:         0x00000036
Journal start:            0

Group 0: (Blocks 1-8192) [ITABLE_ZEROED]
Checksum 0x84ca, unused inodes 2006
Primary superblock at 1, Group descriptors at 2-3
Reserved GDT blocks at 4-259
Block bitmap at 260 (+259), Inode bitmap at 276 (+275)
Inode table at 292-544 (+291)
3836 free blocks, 2006 free inodes, 2 directories, 2006 unused inodes
Free blocks: 4357-8192
Free inodes: 19-2024
Group 1: (Blocks 8193-16384) [INODE_UNINIT, ITABLE_ZEROED]
Checksum 0xe5d9, unused inodes 2024
Backup superblock at 8193, Group descriptors at 8194-8195
Reserved GDT blocks at 8196-8451
Block bitmap at 261 (+4294959364), Inode bitmap at 277 (+4294959380)
Inode table at 545-797 (+4294959648)
1346 free blocks, 2024 free inodes, 0 directories, 2024 unused inodes
Free blocks: 11089-12288, 16239-16384
Free inodes: 2025-4048

block bitmap

block bitmap中记录那些block是空的，哪些block是不可用的，同样释放空间后也会修改block bitmap。

inode bitmap

记录未使用/已使用的inode号码。

inode table

记录文件属性和文件实际数据放置的第几号block内。

主要记录内容有：文件的访问权限(read/write/execute)，文件的所有者和组(owner/group)，文件的大小，创建时间和状态改变时间(change time)，最近访问时间(access time)，最近修改时间(modify time)，定义文件特性的标志，如SetUID；该文件真正内容指向

(pointer)——block 序号。

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如图所示，记录block号码的结构又可分为12个直接指向，1个间接号，1个双间接号，1个三间接号。

假设1个block大小为1k,因此一个inode能够指向的block总额为12+256+256*256+256*256*256=16G。

2.3 查看inode

ls -i [目录/文件] 查看inode

783363 dr-xr-xr-x.   2 root root 4096 Jan 31 04:26 bin
     2 dr-xr-xr-x.   5 root root 1024 Jan 25 07:45 boot
     4 drwxr-xr-x. 18 root root 3900 Feb 23 21:01 dev
130562 drwxr-xr-x. 101 root root 12288 Feb 23 21:01 etc
783364 drwxr-xr-x.   4 root root 4096 Feb 1 05:03 home
522247 dr-xr-xr-x. 10 root root 4096 Jan 25 07:28 lib
522244 dr-xr-xr-x.   9 root root 12288 Jan 31 04:26 lib64
    11 drwx------.   2 root root 16384 Jan 25 07:13 lost+found
783365 drwxr-xr-x.   4 root root 4096 Feb 22 21:50 media
783366 drwxr-xr-x.   3 root root 4096 Jan 25 07:47 mnt
522250 drwxr-xr-x.   3 root root 4096 Jan 24 23:49 opt
     1 dr-xr-xr-x. 152 root root     0 Feb 23 20:59 proc
652802 dr-xr-x---.   3 root root 4096 Feb 7 05:38 root
783367 dr-xr-xr-x.   2 root root 12288 Jan 31 04:26 sbin
     1 drwxr-xr-x.   7 root root     0 Feb 23 20:59 selinux
522251 drwxr-xr-x.   2 root root 4096 Jun 28 2011 srv
     1 drwxr-xr-x. 13 root root     0 Feb 23 20:59 sys
522242 drwxrwxrwt. 14 root root 4096 Feb 23 21:50 tmp
652805 drwxr-xr-x. 13 root root 4096 Jan 25 07:15 usr
261121 drwxr-xr-x. 21 root root 4096 Jan 25 07:35 var

我们可以看到sys selinux proc 都指向1号的inode说明这三个文件内容完全一模一样。

2.4 查看文件系统容量

1.2中已经介绍过用df来查看文件系统的容量了，还有一个命令du可以查看文件系统的容量，主要区别是这个命令会到系统中查找所有的文件数据。默认以kb显示

-m以兆单位显示

[david@192 ~]$ du -S
4       ./.mozilla/extensions
4       ./.mozilla/plugins
4       ./.mozilla
4       ./.gnome2
24      .

2.5 连接文件

2.51 硬连接 hard link

在root目录下新增一个/etc/crontab的硬链接

[root@192 ~]# ln /etc/crontab ./crontab

[root@192 ~]# ll -i /etc/crontab /root/crontab
132712 -rw-r--r--. 2 root root 457 Jun 3 2011 /etc/crontab
132712 -rw-r--r--. 2 root root 457 Jun 3 2011 /root/crontab

我们可以看到硬链接的inode是一样的，硬链接的两个文件删除任何一个，则他们的inode和block仍然存在，编辑任何一个文件，最终结果都会被写入相同的inode和block中。

因此我们称硬链接是安全的！但是hard link有两个缺点1、不能跨文件系统2、不能连接到目录。