『學了就忘』Linux文件系統管理 — 57、Linux文件系統介紹

• 2021 年 12 月 1 日
• 筆記
• 測試基礎必會技能 - Linux系統

在了解Linux的文件系統管理之前，先簡單了解一下硬碟的結構。

1、了解硬碟結構（了解即可）

（1）硬碟的邏輯結構

如下圖所示：

說明：

• 上圖中一圈一圈的同心圓（藍色部分），我們稱之為磁軌。數據就存放在磁軌當中。
• 從磁碟的中心向外發散切割線，這切割先和磁軌的重疊區域就是一個扇區。
  
• 每個扇區的大小事固定的，為512Byte。扇區也是磁碟的最小存貯單位。

接下來我們從側面看，如下圖所示：

說明：

• 硬碟的大小是使用「磁頭數×柱面數×扇區數×每個扇區的大小」這樣的公式來計算的。
• 磁頭數（Heads）表示硬碟總共有幾個磁頭，也可以理解成為硬碟有幾個盤面，然後乘以二（磁頭在磁碟兩面都有）；
• 柱面數（Cylinders）表示硬碟每一面盤面有幾條磁軌（就是把磁碟橫過來，磁碟是有厚度的，具有相同編號的磁軌形成一個圓柱，稱之為磁碟的柱面。也可以說成磁軌就是一個柱面，有多個磁軌，就有多少個柱面數，磁碟的柱面數與一個盤面上的磁軌數是相等的。）
• 扇區數（Sectors）表示每條磁軌上有幾個扇區；每個扇區的大小一般是512Byte。

硬碟示例圖如下：

以上就是機械師硬碟，他的優點是，容量大，價格便宜。缺點，由於是物理結構的磁碟，需要轉動磁碟來存儲或者讀取數據的，轉速越快，存取效率越高。普通硬碟轉速一般7200轉每分鐘，轉速越高，硬碟發熱量越大。（注意磁頭是不搭在磁碟上的，是懸空的。）

（2）硬碟介面

硬碟介面的種類如下：

• IDE硬碟介面（Integrated Drive Electronics，並口，即電子集成驅動器）也稱作”ATA硬碟”
  或”PATA硬碟」，是早期機械硬碟的主要介面，ATA133硬碟的理論速度可以達到133MB/s
  （此速度為理論平均值），IDE硬碟介面。（基本淘汰）
• SATA介面（Serial ATA，串口）是速度更高的硬碟標準，具備了更高的傳輸速度，並具備了更強的糾錯能力。目前已經是SATA三代，理論傳輸速度達到600MB/s（此速度為理論平均值）。
• SCSI介面（Small Computer System Interface，小型電腦系統介面）廣泛應用在伺服器上，具有應用範圍廣、多任務、頻寬大、CPU佔用率低及支援熱插拔等優點，理論傳輸速度達到320MB/s。（已淘汰）

2、Linux文件系統介紹

文件系統管理也就是分區管理。

（1）Linux文件系統的特性

• super block（超級塊）：記錄整個文件系統的資訊，包括block與inode的總量，已經使用的inode和block的數量，未使用的inode和block的數量，block與inode的大小，文件系統的掛載時間，最近一次的寫入時間，最近一次的磁碟檢驗時間等。
• date block（數據塊，也稱作block）：用來實際保存數據的（相當於柜子的隔斷），block的大小（1KB，2KB或4KB->默認）和數量在格式化後就已經決定，不能改變，除非重新格式化（製作柜子的時候，隔斷大小就已經決定，不能更改，除非重新製作柜子）。
  每個blcok只能保存一個文件的數據，要是文件數據小於一個block塊，那麼這個block的剩餘空間不能被其他文件使用；要是文件數據大於一個block塊，則佔用多個block塊。
  Windows中磁碟碎片整理工具的原理就是把一個文件佔用的多個block塊盡量整理到一起，這樣可以加快讀寫速度。
• inode（i節點，柜子門上的標籤，128位元組）：用來記錄文件的許可權（r，w、x），文件的所有者和屬組，文件的大小，文件的狀態改變時間（ctime），文件的最近一次讀取時間（atime），文件的最近一次修改時間（mtime），文件的數據真正保存的block編號。每個文件需要佔用一個inode。

（2）Linux常見文件系統

• ext：Linux中最早的文件系統，由於在性能和兼容性上具有很多缺陷，現在已經很少使用。
• ext2：是ext文件系統的升級版本，Red Hat Linux 7.2版本以前的系統默認都是ext2文件系統。於1993年發布，支援最大16TB的分區和最大2TB的文件（1TB=1024GB-1024× 1024KB）。
• ext3：ext2文件系統的升級版本，最大的區別就是帶日誌功能，以便在系統突然停止時，提高文件系統的可靠性。支援最大16TB的分區和最大2TB的文件。
• ext4：是ext3文件系統的升級版。ext4在性能、伸縮性和可靠性方面進行了大量改進。ext4的變化可以說是翻天覆地的，比如向下兼容ext3、最大1EB文件系統和16TB文件、無限數量子目錄、Extents連續數據塊概念、多塊分配、延遲分配、持久預分配、快速FSCK、日誌校驗、無日誌模式、在線碎片整理、inode增強、默認啟用barrier等。它是CentOS6.x的默認文件系統。（說這麼多，意思就是ext4文件系統比前三個強很多）
• xfs：XFS最早針對IRIX作業系統開發，是一個高性能的日誌型文件系統，能夠在斷電以及作業系統崩潰的情況下，保證文件系統數據的一致性。它是一個64位的文件系統，後來進行開源並且移植到了Linux作業系統中，目前CentOS 7.x將XFS+LVM作為默認的文件系統。據官方所稱，XFS對於大文件的讀寫性能較好。
  （以上都是Linux系統中的文件系統，知道越新越好就可以了。 ）
• swap：swap是Linux中用於交換分區的文件系統（類似於Windows中的虛擬記憶體），當記憶體不夠用時，使用交換分區暫時替代記憶體。一般大小為記憶體的2倍，但是不要超過2GB，它是Linux的必需分區。
• NFS：NFS是網路文件系統（Network File System）的縮寫，是用來實現不同主機之間文件共享的一種網路服務，本地主機可以通過掛載的方式使用遠程共享的資源。
• iso9660：光碟的標準文件系統。Linux要想使用光碟，必須支援iso9660文件系統。
• fat：就是Windows下的fat16文件系統，在Linux中識別為fat。
• vfat：就是Windows下的fat32文件系統，在Linux中識別為vfat。支援最大32GB的分區和最大4GB的文件。
• NTFS：就是Windows下的NTFS文件系統，不過Linux默認是不能識別NTFS文件系統的，如果需要識別，則需要重新編譯內核才能支援。它比fat32文件系統更加安全，速度更快支援最大2TB的分區和最大64GB的文件
• ufs：Sun公司的作業系統Solaris和SunOS所採用的文件系統。（用不著，了解一下即可）
• proc：Linux中基於記憶體的虛擬文件系統，用來管理記憶體存儲目錄/proc。（了解一下即可）
• sysfs：和proc一樣，也是基於記憶體的虛擬文件系統，用來管理記憶體存儲目錄/sysfs。（了解一下即可）
• tmpfs：也是一種基於記憶體的虛擬文件系統，不過也可以使用swap交換分區。（了解一下即可）

3、整理一下對文件系統的認識

我們以前說一個分區，會分成兩個部分，一小部分為上半部分，下面大部分為下半部分。

上半部分會分成一個一個i節點資訊，理論上每個文件都會有自己唯一的i節點資訊（如果遇到硬鏈接，兩個文件的i節點就會一樣）。

下半部分會分成一個一個block（數據塊），在Linux系統下默認是4KB，用於存儲數據。

如下圖：

上邊的圖今天要稍微變一下。

在我們的電腦上一般一個分區100GB，block塊默認是4KB，所以100GB大小的分區，要有2500萬+個block塊。可以說是一個非常大的數字，這樣會非常不好管理。

我們真正分區中系統文件的結構是如下：

首先一個分區，會在一個分區的開頭，用一部分很小的空間，組成一個超級塊。超級塊的作用看上邊，每個分區都會有一個超級塊。

查看超級塊資訊，用下面命令。

[root@localhost ~]# dumpe2fs -h + 分區號(/dev/sda1)

然後該分區中的block塊太多了，就在該分區中形成一些塊組。在塊組中，在進行上面形式的劃分。

查看塊組資訊

[root@localhost ~]# dumpe2fs + 分區號(/dev/sda1)

Linux文件系統結構如下：