文件系统

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文件系统

柱面通常是分区及文件系统的最小单位。当然如果使用GPT格式的分区表，最小单位可以为扇区

磁盘分区完后，要进行格式化，使之成为操作系统能用的文件系统

文件（或目录）包含属性（比如文件权限，文件属性）及内容

权限与属性 实际数据
inode表 数据区块

区块有放置inode表的区块，有放置数据的数据区块，以及记录整个文件系统整体信息的超级区块

超级区块：记录inode和数据区块总量、使用量、剩余量及文件系统格式等

inode：记录文件属性，一个文件占一个inode，同时记录文件对应数据所放置的区块号码

数据区块：记录实际内容，当一个区块占不下的时候，就会占用多个数据区块

索引式文件系统，包含了inode。通过inode，我们可以数据存放在哪些数据区块里面，所以可以一次性全部提取出来。该方式性能比较好，比如linux的ext2文件系统

再比如u盘一般使用FAT文件系统，这种就不是索引式文件系统。它没有inode，所以无法把数据一次性全提取出来。每个区块号码都记录在前一个区块里面，所以提取的时候得一个连着一个提取。

碎片整理，在非索引式文件系统里面，由于有时候数据写入的区块太过于分散，所以读取的时候性能会很差，通过磁盘碎片整理，可以把同一个文件的区块集合在一起，这样读取起来就比较容易。

1.ext2文件系统

在分区上进行格式化的时候，就已经规划好了inode和数据区块

把放置inode的区块和数据区块全部都放一起，会导致很难管理

所以在ext2的文件系统上，会弄出多个区块群组，每个区块群组都有自己的inode，数据区块和超级区块

在文件系统最前面有个启动扇区，里面可以存放启动引导程序。（注：或是想到之前的磁盘分区，分区的第一个扇区用来放MBR，MBR中的446字节来存放启动引导程序）

这种设计可以把引导启动程序放在不同文件系统的最前端，而不必把程序全都放在整个磁盘唯一的MBR下。

1.1数据区块

数据区块用来放置文件数据。ext2文件系统支持的区块大小有1k，2k及4k共3种。

每个区块都有编号，方便inode表记录。

数据放在数据区块里面，如果数据的大小要小于区块的容量的话，就会造成浪费。

1.2inode表

inode表记录如下内容

  • 该文件的读写属性（读、写、执行）
  • 文件所有者及用户组
  • 文件大小
  • 文件建立或状态改变时间
  • 最近一次读取时间
  • 最近修改时间
  • 定义文件特征标识
  • 文件真正内容指向

inode表的数量和大小在格式化的时候就确定好了

  • 每个inode表大小为128B（其中4B来记录一个数据区块的位置编号，一共能记录12个）
  • 每个文件仅占用一个inode表
  • 文件系统能建立的文件数量和inode数量有关
  • 系统读取文件先找到inode表，分析文件记录用户及权限是否符合，如果符合最后才去找数据区块读取

1.3超级区块

没有超级区块，就没有文件系统，它记录整个文件系统相关信息。

  • 数据区块与inode的总量
  • 未使用与已经使用的inode与数据区块的数量
  • 数据区块与inode的大小
  • 文件系统的挂载时间、最近一次写入数据时间等文件系统相关信息
  • 一个有效位数值，文件系统被挂载，则有效位为0，未被挂载则为1
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# 显示目前系统被格式化的设备
[root@vultr ~]# blkid
/dev/vda1: UUID="19c82273-828c-4d85-bc4e-6fc269acc524" TYPE="ext4"
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[root@vultr ~]# dumpe2fs /dev/vda1
dumpe2fs 1.42.9 (28-Dec-2013)
Filesystem volume name:   <none>
Last mounted on:          /
Filesystem UUID:          19c82273-828c-4d85-bc4e-6fc269acc524
Filesystem magic number:  0xEF53
Filesystem revision #:    1 (dynamic)
Filesystem features:      has_journal ext_attr resize_inode dir_index filetype needs_recovery extent 64bit flex_bg sparse_super large_file huge_file uninit_bg dir_nlink extra_isize
Filesystem flags:         signed_directory_hash 
Default mount options:    user_xattr acl
Filesystem state:         clean                    #文件系统状态，clean表示没问题
Errors behavior:          Continue
Filesystem OS type:       Linux
Inode count:              640000                   #inode总数
Block count:              2621179                  #区块总数
Reserved block count:     131057                   #保留的区块总数
Free blocks:              2026205                  #还有多少可用区块
Free inodes:              599345                   #还有多少可用inode
First block:              0
Block size:               4096                     #单个区块大小
Fragment size:            4096
Group descriptor size:    64
Reserved GDT blocks:      248
Blocks per group:         32768
Fragments per group:      32768
Inodes per group:         8000
Inode blocks per group:   500
Flex block group size:    16
Filesystem created:       Wed Dec  5 17:22:49 2018
Last mount time:          Wed Apr 10 10:10:48 2019
Last write time:          Wed Apr 10 10:10:46 2019
Mount count:              4
Maximum mount count:      -1
Last checked:             Sat Mar  9 02:38:28 2019
Check interval:           0 (<none>)
Lifetime writes:          3452 MB
Reserved blocks uid:      0 (user root)
Reserved blocks gid:      0 (group root)
First inode:              11
Inode size:	          256                           #inode表大小
Required extra isize:     28
Desired extra isize:      28
Journal inode:            8
Default directory hash:   half_md4
Directory Hash Seed:      6cbf0c8a-63c4-43df-aaba-cd82ae9cb153
Journal backup:           inode blocks
Journal features:         journal_incompat_revoke journal_64bit
Journal size:             32M
Journal length:           8192
Journal sequence:         0x0004f118
Journal start:            7195


Group 0: (Blocks 0-32767) [ITABLE_ZEROED]                #区块组0所占区块号码为0-32767
  Checksum 0x6f25, unused inodes 0
  Primary superblock at 0, Group descriptors at 1-2      #文件系统描述说明在1-2号区块内
  Reserved GDT blocks at 3-250
  Block bitmap at 251 (+251), Inode bitmap at 267 (+267) 
                                                    #区块对照表和inode对照表在251和267区块内
  Inode table at 283-782 (+283)                     
  #一个inode表占256B，总共有782-283+1=500个区块，一个区块大小占4KB。所以inode的总数是500*4kB/256B
  
  #以下几行记录，记录了可用的区块数，及可用的inode表述。可知，inode表为0了。
  19990 free blocks, 0 free inodes, 1728 directories
  Free blocks: 11866, 11890-11922, 11928-11935, 11943-11951, 12249, 12313, 12350, 12832-32767
  Free inodes: 
……后续省略……

2.文件系统与目录树的关系

2.1目录

在文件系统上创建一个目录时，文件系统会分配一个inode与至少一块区块（里面记录了子目录及文件的inode表位置编号）给目录

2.2文件

在文件系统上创建一个文件时，文件系统会分配一个inode及所需个数的数据区块。

2.3目录树的读取

文件存放在目录下，所以我们得要先知道该目录所对应的区块。区块里面记录了子目录及文件的inode表号。找到我想要的文件所对应的inode表号，再去找该文件的inode。找到之后就知道该文件放置在哪个区块了。

3.挂载

文件系统和目录树结合的操作称为挂载

挂载点一定是目录，该目录为进入文件系统的入口

文件系统要挂载在目录树的某个目录后，我们才能使用该文件系统

4.XFS文件系统

ext文件系统的支持度虽然广，但是格式化所需要时间长。因为是预先就规划好了inode和区块的位置，所以后续可以直接使用，也就是说并没有使用动态配置的做法

现在的磁盘越来越大，对于虚拟化磁盘那就更大了。对于巨型文件要考虑性能问题，不然虚拟磁盘的处理效率就会差。

xfs是一个日志式文件系统，用于高容量磁盘及高性能文件。同时还几乎有ext4文件系统有的功能。此外，inode与区块都是需要时才动态配置产生，不会预分配，所以格式化操作会很快。

4.1数据区

包含inode、数据区块、超级区块等数据，类似于之前ext里面的区块群组

4.2文件系统活动登陆区

用来记录文件系统的变化，有点像日志区

4.3实时运行区

当有文件要被建立时，xfs会在这个区段里找一个到数个的扩展区块，将文件放置在这个区块内，等分配完毕再写入到数据区的inode与区块中。