linux 文件系統

基本概念準備

塊設備與字符設備

　　塊設備與字符設備都屬於物理外設

• 塊設備是隨機對數據片斷進行讀寫的
• 字符設備是以順序對數據片斷進行讀寫的

　　磁盤、CD-ROM盤、閃存就屬於塊設備。鍵盤、串口屬於字符設備。

扇區與塊

• Sector： 扇區是塊設備的最小尋址單元，也就是說，是物理上的最小單元
• Block： 塊是文件系統進行IO的最小單元，就是說，塊是邏輯上的最小單元

　　由此看來，扇區與塊的關係就很清晰了，塊必定是扇區整數倍，並且必定要小於內存中一個頁的長度。一般扇區的大小是512字節。

inode概述

Inode 是文件系統中最重要的一個結構。記錄了文件相關的全部信息，也就是咱們常說的 meta 信息。包括：文件類型、權限、全部者、大小、 atime 等：

文件系統存在硬盤上，硬盤的最小單位稱爲"扇區"(Sector)。每一個扇區存儲512字節（0.5KB)

操做系統讀取硬盤時，不會一個個扇區讀取，這樣效率過低，而是一次性連續讀取多個扇區，即一次性讀取一個"塊"(block),這種由多個扇區組成的"塊",是文件存取的最小單位。"塊"的大小，通常爲4KB，即連續8個sector組成一個block。

文件數據都存儲在"塊"中，那麼很顯然，咱們須要找到一個地方存儲文件的元信息，好比：文件的建立者，文件的建立日期，文件的大小等等。這種存儲文件元信息的區域就叫作inode（index node即索引節點）。

inode的內容:

• 文件的字節數
• 文件全部者的id即User id
• 文件的組id即Group id
• 文件的讀、寫、執行權限
• ** 文件的時間戳，共有三個：ctime指inode上一次變更的時間，mtime指文件內容上一次變更的時間，atime指文件上一次打開的時間。**
• 連接數，即有多少文件名指向這個inode
• 文件數據block的位置

能夠用stat命令，查看某個文件的inode信息：

stat example.txt

note:爲何文件名不存在inode裏面呢？下面解釋：

inode大小

inode也會消耗硬盤空間，因此硬盤格式化的時候，操做系統自動將硬盤分紅兩個區域。一個是數據區，存放文件數據；另外一個是inode區（inode table），存放inode所包含的信息

每一個inode節點的大小，通常是128字節或256字節。inode節點的總數，在格式化時就給定，通常是每1KB或每2KB就設置一個inode。假定在一塊1GB的硬盤中，每一個inode節點的大小爲128字節，每1KB就設置一個inode，那麼inode table的大小就會達到128MB，佔整塊硬盤的12.8%。

查看每一個硬盤分區的inode總數和已經使用的數量，可使用df命令。

df -i

查看每一個inode節點的大小，能夠用以下命令：

sudo dumpe2fs -h /dev/hda | grep "Inode size"

因爲每一個文件都必須有一個inode，所以有可能發生inode已經用光，可是硬盤還未存滿的狀況。這時，就沒法在硬盤上建立新文件。

inode編號

每一個inode都有一個編號，操做系統用inode編號來識別不一樣的文件。

這裏值得重複一遍，Unix/Linux系統內部不使用文件名，而使用inode號碼來識別文件。對於系統來講，文件名只是inode編號便於識別的別稱或者綽號。表面上，用戶經過文件名，打開文件。 實際上，系統內部這個過程分紅三步：

首先，系統找到這個文件名對應的inode編號；
其次，經過inode編號，獲取inode信息；
最後，根據inode信息，找到文件數據所在的block，讀出數據。

使用ls -i命令，能夠看到文件名對應的inode號碼：

ls -i example.txt

硬連接 & 軟鏈接

通常狀況下，文件名和inode編號是"一一對應"關係，每一個inode編號對應一個文件名。可是，Unix/Linux系統容許，多個文件名指向同一個inode編號。這意味着，能夠用不一樣的文件名訪問一樣的內容；對文件內容進行修改，會影響到全部文件名；可是，刪除一個文件名，不影響另外一個文件名的訪問。這種狀況就被稱爲"硬連接"（hard link）。

ln 源文件 目標文件

運行上面這條命令之後，源文件與目標文件的inode號碼相同，都指向同一個inode。inode信息中有一項叫作"連接數"，記錄指向該inode的文件名總數，這時就會增長1。反過來，刪除一個文件名，就會使得inode節點中的"連接數"減1。當這個值減到0，代表沒有文件名指向這個inode，系統就會回收這個inode號碼，以及其所對應block區域。

文件A和文件B的inode號碼雖然不同，可是文件A的內容是文件B的路徑。讀取文件A時，系統會自動將訪問者導向文件B。所以，不管打開哪個文件，最終讀取的都是文件B。這時，文件A就稱爲文件B的"軟連接"（soft link）或者"符號連接（symbolic link）。

文件A依賴於文件B而存在，若是刪除了文件B，打開文件A就會報錯："No such file or directory"。這是軟連接與硬連接最大的不一樣：文件A指向文件B的文件名，而不是文件B的inode號碼，文件B的inode"連接數"不會所以發生變化。

inode的特殊做用

因爲inode號碼與文件名分離，這種機制致使了一些Unix/Linux系統特有的現象。

• 有時，文件名包含特殊字符，沒法正常刪除。這時，直接刪除inode節點，就能起到刪除文件的做用。
• 移動文件或重命名文件，只是改變文件名，不影響inode號碼。
• 打開一個文件之後，系統就以inode號碼來識別這個文件，再也不考慮文件名。所以，一般來講，系統沒法從inode號碼得知文件名。
• 最後的inode功能使得軟件更新變得簡單，能夠在不關閉軟件的狀況下進行更新，不須要重啓。由於系統經過inode號碼，識別運行中的文件，不經過文件名。更新的時候，新版文件以一樣的文件名，生成一個新的inode，不會影響到運行中的文件。等到下一次運行這個軟件的時候，文件名就自動指向新版文件，舊版文件的inode則被回收。