α.Linux的文件系统

Linux文件系統属于索引式文件系统 其通常會將檔案權限(rwx)與檔案屬性(擁有者、群組、時間參數等)的資料分別存放在不同的區塊，權限與屬性放置到 inode 中，至於實際資料則放置到 data block 區塊中。 另外，還有一個超級區塊 (superblock) 會記錄整個檔案系統的整體資訊，包括 inode 與 block 的總量、使用量、剩餘量等。

• superblock：記錄此 filesystem 的整體資訊，包括inode/block的總量、使用量、剩餘量， 以及檔案系統的格式與相關資訊等；

• inode：記錄檔案的屬性，一個檔案佔用一個inode(唯一性)，同時記錄此檔案的資料所在的 block 碼；

  • block码，文件真正的内容指向

• block：實際記錄檔案的內容，若檔案太大時，會佔用多個 block 。

一、读取文件的过程

系统读取文件时，会先向inode询问文件的属性和权限、文件的block码，如果权限那块允许调用，就会通过inode中记录的block码去读取文件。

二、inode

1、主要功能

• 文件的存取模式
• 文件所处群组
• 文件的大小
• 文件的创建和修改时间
• 最后一次的读取时间

2、inode能记录的block数量(不会)

• 12个直接指向
• 间接指向
• 双间接指向
• 三间接指向

三、data block (資料區塊)

1、block的大小影响文件系统

2、block的基本限制：

• 原則上，block 的大小與數量在格式化完就不能夠再改變了(除非重新格式化)；
• 每個 block 內最多只能夠放置一個檔案的資料；
• 承上，如果檔案大於 block 的大小，則一個檔案會佔用多個 block 數量；
• 承上，若檔案小於 block ，則該 block 的剩餘容量就不能夠再被使用了(磁碟空間會浪費)。

四、inode table (inode 表格)

1、inode中存储的东西

• 該檔案的存取模式(read/write/excute)；
• 該檔案的擁有者與群組(owner/group)；
• 該檔案的容量；
• 該檔案建立或狀態改變的時間(ctime)；
• 最近一次的讀取時間(atime)；
• 最近修改的時間(mtime)；
• 定義檔案特性的旗標(flag)，如 SetUID...；
• 該檔案真正內容的指向 (pointer)；

五、Superblock(超级区块)

• 超级区块记录着文件系统的基本信息，如果其出现问题，文件系统也会出现问题
• 超级区块一个文件系统只会有一个，但存在其备份。(每个block grop都可能含有一个超级区块，但大都是作为第一个block group内superblock的备份)

1、记录的信息

• block 與 inode 的總量；
• 未使用與已使用的 inode / block 數量；
• block 與 inode 的大小 (block 為 1, 2, 4K，inode 為 128bytes 或 256bytes)；
• filesystem 的掛載時間、最近一次寫入資料的時間、最近一次檢驗磁碟 (fsck) 的時間等檔案系統的相關資訊；
• 一個 valid bit 數值，若此檔案系統已被掛載，則 valid bit 為 0 ，若未被掛載，則 valid bit 為 1

2、block bitmap(区块对照表)

• 文件占用block，block号码的标志会被修改成"使用中"
• 文件被删除时，文件原本占用的block号码就会被释放出来，并被标记成"未使用" block bitmap用来记录block的状态，通过这个，系统在需要block记录信息的时候，才能知道哪个block是空的，从而迅速找到可使用的空间来待存储文件。

3、inode bitmap (inode 對照表)

inode bitmap 則是記錄使用與未使用的 inode 號碼

4、dumpe2fs： 查詢 Ext 家族 superblock 信息的指令

(1)、格式

dumpe2fs [-bh] 裝置檔名

(2)、选项与参数

• -b ：列出保留為壞軌的部分(一般用不到吧！？)
• -h ：僅列出 superblock 的資料，不會列出其他的區段內容！

範例：鳥哥的一塊 1GB ext4 檔案系統內容
[root@study ~]# blkid   <==這個指令可以叫出目前系統有被格式化的裝置
/dev/vda1: LABEL="myboot" UUID="ce4dbf1b-2b3d-4973-8234-73768e8fd659" TYPE="xfs"
/dev/vda2: LABEL="myroot" UUID="21ad8b9a-aaad-443c-b732-4e2522e95e23" TYPE="xfs"
/dev/vda3: UUID="12y99K-bv2A-y7RY-jhEW-rIWf-PcH5-SaiApN" TYPE="LVM2_member"
/dev/vda5: UUID="e20d65d9-20d4-472f-9f91-cdcfb30219d6" TYPE="ext4"  <==看到 ext4 了！

[root@study ~]# dumpe2fs /dev/vda5
dumpe2fs 1.42.9 (28-Dec-2013)
Filesystem volume name:              # 檔案系統的名稱(不一定會有)
Last mounted on:            # 上一次掛載的目錄位置
Filesystem UUID:          e20d65d9-20d4-472f-9f91-cdcfb30219d6
Filesystem magic number:  0xEF53           # 上方的 UUID 為 Linux 對裝置的定義碼
Filesystem revision #:    1 (dynamic)      # 下方的 features 為檔案系統的特徵資料
Filesystem features:      has_journal ext_attr resize_inode dir_index filetype 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   # 預設在掛載時會主動加上的掛載參數
Filesystem state:         clean            # 這塊檔案系統的狀態為何，clean 是沒問題
Errors behavior:          Continue
Filesystem OS type:       Linux
Inode count:              65536            # inode 的總數
Block count:              262144           # block 的總數
Reserved block count:     13107            # 保留的 block 總數
Free blocks:              249189           # 還有多少的 block 可用數量
Free inodes:              65525            # 還有多少的 inode 可用數量
First block:              0
Block size:               4096             # 單個 block 的容量大小
Fragment size:            4096
Group descriptor size:    64
....(中間省略)....
Inode size:               256              # inode 的容量大小！已經是 256 了喔！
....(中間省略)....
Journal inode:            8
Default directory hash:   half_md4
Directory Hash Seed:      3c2568b4-1a7e-44cf-95a2-c8867fb19fbc
Journal backup:           inode blocks
Journal features:         (none)
Journal size:             32M              # Journal 日誌式資料的可供紀錄總容量
Journal length:           8192
Journal sequence:         0x00000001
Journal start:            0

Group 0: (Blocks 0-32767)                  # 第一塊 block group 位置
  Checksum 0x13be, unused inodes 8181
  Primary superblock at 0, Group descriptors at 1-1   # 主要 superblock 的所在喔！
  Reserved GDT blocks at 2-128
  Block bitmap at 129 (+129), Inode bitmap at 145 (+145)
  Inode table at 161-672 (+161)                       # inode table 的所在喔！
  28521 free blocks, 8181 free inodes, 2 directories, 8181 unused inodes
  Free blocks: 142-144, 153-160, 4258-32767           # 底下兩行說明剩餘的容量有多少
  Free inodes: 12-8192
Group 1: (Blocks 32768-65535) [INODE_UNINIT]          # 後續為更多其他的 block group 喔！
....(底下省略)....
# 由於資料量非常的龐大，因此鳥哥將一些資訊省略輸出了！上表與你的螢幕會有點差異。
# 前半部在秀出 supberblock 的內容，包括標頭名稱(Label)以及inode/block的相關資訊
# 後面則是每個 block group 的個別資訊了！您可以看到各區段資料所在的號碼！
# 也就是說，基本上所有的資料還是與 block 的號碼有關就是了！很重要！

β .与目录树的关系

一、目录

每新建一个目录，文件系统都会分配一个inode和至少一块block给该目录。 目录中inode和block存储的内容

• inode：记录这个目录的相关权限和属性，并记录分配到的block码
• block：记录这个目录下所有文件/目录所占用的inode码的资料(仅记录这些而已)，如果一个不够Linux系统会给予更多的block用以继续记录。

二、文件

新建文件时，Linux会为文件分配一个inode，并根据文件的大小，创建存储这个文件需要的block.

栗子

前提： 系统创建的block的大小是4Kbytes **实行：**建立一个100kb大小的文件，那么LInux会分配25个block来存储这个文件。

三、目录树的读取

1、fileSystem大小与磁盘读取效能

当文件太大时，就需要多个block来记录，要是他们分布相对集中还好，但凡他们分布的较分散，就会降低读取效率。

2、新建/存文件

过程

1. 先確定使用者對於欲新增檔案的目錄是否具有 w 與 x 的權限，若有的話才能新增；
2. 根據 inode bitmap 找到沒有使用的 inode 號碼，並將新檔案的權限/屬性寫入；
3. 根據 block bitmap 找到沒有使用中的 block 號碼，並將實際的資料寫入 block 中，且更新 inode 的 block 指向資料；
4. 將剛剛寫入的 inode 與 block 資料同步更新 inode bitmap 與 block bitmap，並更新 superblock 的內容。

3、资料不一致状态(Inconsistent)

出现的原因： 写入的过程中出现错误，导致写入中断，导致写入的资料仅有inode table及data block而已，最後一個同步更新中介資料的步驟並沒有做完。

4、日志式文件系统(Journaling filesystem)

出现的原因： 为了避免"资料不一致状态"的出现 运作过程：

1. 預備：當系統要寫入一個檔案時，會先在日誌記錄區塊中紀錄某個檔案準備要寫入的資訊；
2. 實際寫入：開始寫入檔案的權限與資料；開始更新 metadata 的資料；
3. 結束：完成資料與 metadata 的更新後，在日誌記錄區塊當中完成該檔案的紀錄。 功能： 在這樣的程序當中，萬一資料的紀錄過程當中發生了問題，那麼我們的系統只要去檢查日誌記錄區塊， 就可以知道哪個檔案發生了問題，針對該問題來做一致性的檢查即可，而不必針對整塊 filesystem 去檢查， 這樣就可以達到快速修復 filesystem 的能力了

四、Linux 檔案系統的運作

1、非同步處理 (asynchronously)

优点： 避免磁盘的速度拖慢计算机处理的速度(所有的資料都得要載入到記憶體後 CPU 才能夠對該資料進行處理,如果频繁的写入写出磁盘，就会成为高速内存的累赘，拖慢进程速度)

 系统载入文件到内存中，用干净(clean)和脏(Dirty)以文件是否被变动为根据进行标识。然后通过定期的将Dirty数据写入硬盘中来实现磁盘和内存中数据的同步性。

五、挂载点的意义