Linux运维实战之文件系统、链接文件

计算机操作系统作为最重要的系统软件，被用户直接使用的部分就是它的文件管理。因为用户使用计算机遇到的首要问题是如何保存程序和数据，然后如何查找、复制、删改它们。文件管理就是为用户的这些问题而设置的。 本次博文的主要内容：1、文件系统基础（文件的概念、分类及存储机制）2、从文件系统管理机制角度理解文件的复制、移动和删除3、ext文件系统的扩展属性4、硬链接和软链接

一、文件系统基础：1、什么是文件系统：操作系统中负责管理和存取文件信息的软件机构叫做文件系统。文件系统的目标是向用户提供简便、统一的使用文件的界面，实现文件按名存取。用户使用界面中的命令，按照文件的逻辑结构，直观、透明地对文件实施操作（所谓透明，是指用户不必了解文件存放的物理结构、查找方法、I/O实现细节等与存储介质有关的特性，就能完成对文件的有关操作）2、文件系统的分类：操作系统的文件系统按组成单位分为两类：（1）流式文件：构成流式文件的基本单位是字符，即流式文件是具有符号名且在逻辑意义上完整的有穷字符流序列。如Linux、UNIX、OS/2、windows等都采用流式文件形式。（2）记录式文件：构成记录式文件的基本单位是记录，所谓记录，是一段有独立意义的信息集合。如学生成绩文件，是由全部学生的成绩记录组成的，每个记录包括学生的姓名、学号、各科成绩等多个字段。3、Linux系统中的文件类型： Linux系统中，文件被分为3类：（1）目录文件：全部由目录组成的文件（2）普通文件：由系统文件、用户文件、实用程序文件、库文件组成（3）特别文件：所有的输入/输出设备被看作特别文件，系统指定专用的文件名，如：/dev/lp表示打印机设备。4、虚拟文件系统：VFS（Virtual File System）在前面的博文中已经提到，Linux系统支持众多文件系统，那它是如何做到的呢？【答】通过虚拟文件系统VFS，使得Linux系统可以支持众多文件系统，这种机制有点类似java的虚拟机机制哈，通过虚拟机机制才使得java能够跨平台！5、Linux系统ext文件系统的管理机制：【Linux中文件系统存取文件的过程说明】（1）根据文件名，通过Directory里的对应关系，找到文件对应的Inode number
（2）再根据Inode number读取到文件的Inode table
（3）再根据Inode table中的Pointer读取到相应的Blocks Tips：A、这里有一个重要的内容，就是Directory（目录），它并不是存放文件的容器，而是文件的路径映射，记录了一个文件/目录名称对应的Inode number；B、每个Inode条目占用128个字节；C、为了加速文件的查找速度，第一次需要查找，之后系统会把查找结果缓存到buffer中；事实上，系统启动时会把大多数文件缓存到buffer中（这就是buffer的意义）【文件存储空间管理】光盘、磁盘、磁带等是保存文件内容的物理设备，它们被划分成物理块（block），全部的物理块组成文件的存储空间。文件存储空间的管理就是块空间的管理，包括空闲块的分配、回收和组织几个问题。常见的文件存储空间管理方法有：空闲块表和空闲块链、位图、空闲块成组链接法。Linux综合位图和空闲块成组链接法来实现文件存储空间的管理（如图所示）：每个块组所包含的Block数相同，它们是自我管理的，其组成说明如下：（1）Super Block（超级块）-->只有块组0中有超级块

描述整个分区的文件系统信息，例如块大小、文件系统版本号、上次mount的时间等等。
超级块在块组1、3、5、7、9上有一个备份；

【文件系统相关命令】

用tune2fs –l 和 dumpe2fs [-h] 可查看超级块信息
du：disk usage

-s: summary，显示某指定路径下所有文件的大小之和；
-h：human-readale

df: disk free
-l: 只显示本地文件系统的相关信息
-h: human-readable
-P: posix兼容的风格显示；
-i: 显示inode使用信息，而非1k块

#----tune2fs -l 命令查看超级块信息-----#[root@CentOS ~]# tune2fs -l /dev/sda1tune2fs 1.41.12 （17-May-2010）Filesystem volume name: <none>Last mounted on:/bootFilesystem UUID:0a800a5e-6e0b-48f6-b935-1296b7438b64Filesystem magic number:0xEF53Filesystem 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_isizeFilesystem flags: signed_directory_hash Default mount options:user_xattr aclFilesystem state: cleanErrors behavior:ContinueFilesystem OS type: LinuxInode count:51200 #inode数目Block count:204800#块数目Reserved block count: 10240Free blocks:149802#空闲块数Free inodes:51160 #空闲inodeFirst block:1Block size: 1024#块大小Fragment size:1024Reserved GDT blocks:256Blocks per group: 8192#每个块组的块数Fragments per group:8192Inodes per group: 2048Inode blocks per group: 256Flex block group size:16Filesystem created: Wed Jan 29 05:20:48 2014Last mount time:Mon Sep 22 21:01:04 2014Last write time:Mon Sep 22 21:01:04 2014Mount count:19Maximum mount count:-1Last checked: Wed Jan 29 05:20:48 2014Check interval: 0 （<none>）Lifetime writes:162 MBReserved blocks uid:0 （user root）Reserved blocks gid:0 （group root）First inode:11Inode size: 128#inode大小Journal inode:8Default directory hash: half_md4Directory Hash Seed:30a7a5f3-de5b-4d07-b512-ddb52100b427Journal backup: inode blocks#----dumpe2fs命令查看超级块信息----#[root@Centos ~]# dumpe2fs /dev/sda1dumpe2fs 1.41.12 （17-May-2010）Filesystem volume name: <none>Last mounted on:/bootFilesystem UUID:0a800a5e-6e0b-48f6-b935-1296b7438b64Filesystem magic number:0xEF53Filesystem 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_isizeFilesystem flags: signed_directory_hash Default mount options:user_xattr aclFilesystem state: cleanErrors behavior:ContinueFilesystem OS type: LinuxInode count:51200Block count:204800Reserved block count: 10240Free blocks:149802Free inodes:51160First block:1Block size: 1024Fragment size:1024Reserved GDT blocks:256Blocks per group: 8192Fragments per group:8192Inodes per group: 2048Inode blocks per group: 256Flex block group size:16Filesystem created: Wed Jan 29 05:20:48 2014Last mount time:Mon Sep 22 21:01:04 2014Last write time:Mon Sep 22 21:01:04 2014Mount count:19Maximum mount count:-1Last checked: Wed Jan 29 05:20:48 2014Check interval: 0 （<none>）Lifetime writes:162 MBReserved blocks uid:0 （user root）Reserved blocks gid:0 （group root）First inode:11Inode size: 128Journal inode:8Default directory hash: half_md4Directory Hash Seed:30a7a5f3-de5b-4d07-b512-ddb52100b427Journal backup: inode blocksJournal features: journal_incompat_revokeJournal size: 4096kJournal length: 4096Journal sequence: 0x000000a8Journal start:0Group 0: （Blocks 1-8192） [ITABLE_ZEROED] #块组0的信息Checksum 0xf7f8, unused inodes 2006Primary superblock at 1, Group descriptors at 2-2#超级块信息Reserved GDT blocks at 3-258Block bitmap at 259 （+258）, Inode bitmap at 275 （+274）Inode table at 291-546 （+290）3784 free blocks, 2008 free inodes, 6 directories, 2006 unused inodesFree blocks: 4409-8192Free inodes: 40, 42-2048Group 1: （Blocks 8193-16384） [INODE_UNINIT, ITABLE_ZEROED]Checksum 0x132c, unused inodes 2048Backup superblock at 8193, Group descriptors at 8194-8194#超级块的备份Reserved GDT blocks at 8195-8450Block bitmap at 260 （+4294959363）, Inode bitmap at 276 （+4294959379）Inode table at 547-802 （+4294959650）844 free blocks, 2048 free inodes, 0 directories, 2048 unused inodesFree blocks: 11336, 11452-12288, 16379-16384Free inodes: 2049-4096Group 2: （Blocks 16385-24576） [INODE_UNINIT, ITABLE_ZEROED]Checksum 0x6de3, unused inodes 2048Block bitmap at 261 （+4294951172）, Inode bitmap at 277 （+4294951188）Inode table at 803-1058 （+4294951714）0 free blocks, 2048 free inodes, 0 directories, 2048 unused inodesFree blocks: Free inodes: 4097-6144Group 3: （Blocks 24577-32768） [INODE_UNINIT, ITABLE_ZEROED]Checksum 0xbade, unused inodes 2048Backup superblock at 24577, Group descriptors at 24578-24578#超级块的备份Reserved GDT blocks at 24579-24834Block bitmap at 262 （+4294942981）, Inode bitmap at 278 （+4294942997）Inode table at 1059-1314 （+4294943778）1789 free blocks, 2048 free inodes, 0 directories, 2048 unused inodesFree blocks: 24835-25101, 25103-26624Free inodes: 6145-8192Group 4: （Blocks 32769-40960） [INODE_UNINIT, ITABLE_ZEROED]Checksum 0x3c6a, unused inodes 2048Block bitmap at 263 （+4294934790）, Inode bitmap at 279 （+4294934806）Inode table at 1315-1570 （+4294935842）610 free blocks, 2048 free inodes, 0 directories, 2048 unused inodesFree blocks: 38303-38912Free inodes: 8193-10240Group 5: （Blocks 40961-49152） [INODE_UNINIT, ITABLE_ZEROED]Checksum 0xadda, unused inodes 2048Backup superblock at 40961, Group descriptors at 40962-40962Reserved GDT blocks at 40963-41218Block bitmap at 264 （+4294926599）, Inode bitmap at 280 （+4294926615）Inode table at 1571-1826 （+4294927906）1790 free blocks, 2048 free inodes, 0 directories, 2048 unused inodesFree blocks: 41219-43008Free inodes: 10241-12288 （2）GDT：Group Descriptor Table（块组描述符表）

由很多块组描述符组成，整个分区分成多少个块组就对应有多少个块组描述符
每个块组描述符（Group Descriptor）存储一个块组的描述信息，例如在这个块组中从哪里开始是inode表，从哪里开始是数据块，空闲的inode和数据块还有多少个等等
和超级块类似，块组描述符表在每个块组的开头也都有一份拷贝，这些信息是非常重要的，一旦超级块意外损坏就会丢失整个分区的数据，一旦块组描述符意外损坏就会丢失整个块组的数据，因此它们都有多份拷贝

（3）bit map：位图分为快位图（Block Bitmap）和结点位图（Inode Bitmap），机制如下：【Block Bitmap】：当申请空闲块时，从位图上找出bit=0的字位，将其改为1，返回对应的块号；归还空闲块时，在位图上把该块所对应的字位改为0即可（如下图所示）。【Inode Bitmap】：和块位图类似，本身占一个块，其中每个bit表示一个inode是否空闲可用。（4）Inode Table：Inode表：

一个文件除了数据需要存储之外，一些描述信息也需要存储，例如文件类型（常规、目录、符号链接等），权限，文件大小，创建/修改/访问时间等，也就是"ls -l”命令看到的那些信息，这些信息存在inode中而不是数据块中。
每个文件都有一个inode，一个块组中的所有inode组成了inode表
inode表占多少个块在格式化时就要决定并写入块组描述符中
mke2fs格式化工具的默认策略是一个块组有多少个8KB就分配多少个inode

（5）Data Blocks：数据块

对于常规文件，文件的数据存储在数据块中
对于目录，该目录下的所有文件名和目录名存储在数据块中，文件名保存在它所在目录的数据块中
除文件名之外，ls -l命令看到的其它信息都保存在该文件的inode中
目录也是一种文件，是一种特殊类型的文件
对于符号链接，如果目标路径名较短则直接保存在inode中以便更快地查找，如果目标路径名较长则分配一个数据块来保存
设备文件、FIFO和socket等特殊文件没有数据块，设备文件的主设备号和次设备号保存在inode中

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