linux之文件系统介绍

写在前面：当磁盘分区后需要格式化分区，操作系统才可以使用分区。会依据操作系统设置的文件属性/权限进行格式化成操作系统所支持的格式。
鸟哥linux书中讲到 文件系统是一个可被挂载的数据
文件系统的运作与操作系统的文件数据有关。如linux文件数据有属性、权限、实际数据，故而文件系统将文件属性和权限放置在inode中，实际数据或目录中的数据放置在block中，超级块super block是记录整个文件系统的信息，如：inode、block使用量剩余量总量，组个数。
Ext2磁盘数据结构：



1、启动扇区:每个文件系统的最前面都有一个启动扇区可以安装引导程序。这样就可以在不同引导程序安装在不同的文件系统中了。而不用覆盖磁盘唯一的MBR，这样可以实现多重引导的环境。
2、block group：格式化时将分区为多个块组，每个块组都有独立的super block、inode、block等块。
1.superblock：是记录整个文件系统相关信息的地方，主要有
block与inode的总量
未使用与已使用的block和inode数量
inode与block的大小，inode是128bytes，block是1024、2048、4096bytes
文件系统的挂载时间、最近一次写入数据时间、检查磁盘的时间
一个validbit数值，已挂载为0，未挂载为1
每个block group中可能都有super block，块组0中必须有一个superblock，用户复制给其他块组并修复使用。同样其他块组中有superblock，也可以救援块组0.
2.组描述：主要记录每个blockgroup的开始与结束块号，以及superblock、数据块位图、索引块位图、inode表、block块的块号。
3.数据块位图：位图是位的序列，用二进制记录块的使用情况，0表示对应块是空闲，1表示对应块是占用。创建文件时会找空的block块记录文件内容，删除文件，其实就是把block位图和inode位图的相关位置成空，相当于不被占用，注意：数据还在，下次创建文件时，覆盖原已清空block位图和inode位图的文件的数据。
4.索引节点位图：位图是位的序列，用二进制记录inode的使用情况，0表示对应块是空闲，1表示对应块是占用。
5.索引节点表：记录文件的属性权限以及该文件实际数据放置在哪些block中的，inode表记录至少如下
该文件的访问模式(read/write/excute)

该文件的拥有者与组

该文件的大小

该文件的创建时间改变时间、最近一次读取的时间、最近一次修改的时间

该文件真正的指向

每个inode有128bytes

每个文件只占用一个inode

系统读取文件时需要先找到inode,并分析inode所记录的权限与用户是否相符合，若符合开始读取实际的block内容

inode表需要记录的东西非常多，而每个inode的大小是128bytes。若每个块是4096bytes，每个块才记录32个inode。如果有个文件是500M，记录block需要花4bytes。大概有13万的block号需要记录，系统将inode记录block号码的区域定义了12个直接、1个间接、1个双简介、1个三间接记录区。
6.数据块：用来放置文件的实际数据/目录的内容。支持的大小为1K、2K、4K
block的大小与数量在格式化后就不可以改变了(除非重新格式化)

每个block中只能存放1个文件数据

当文件数据大于block的大小时，会占用多个block

当文件数据小雨block的大小时，磁盘空间会浪费

使用dumpe2fs命令查看文件系统信息，dumpe2fs - dump ext2/ext3/ext4 filesystem information
语法：dumpe2fs [ -bfhixV ] [ -o superblock=superblock ] [ -o blocksize=blocksize ] device
选项：

-b：打印文件系统中的坏块
-f：强制显示所有信息
-h：只显示超级块信息
实例：
[root@www ~]# df -h
Filesystem Size Used Avail Use% Mounted on
/dev/sda5 8.0G 2.1G 5.5G 28% /
tmpfs 937M 0 937M 0% /dev/shm
/dev/sda1 194M 27M 158M 15% /boot
/dev/sda2 9.7G 1.5G 7.7G 16% /usr
/dev/sdc4 99M 23M 72M 24% /home
[root@www ~]# dumpe2fs /dev/sda1
dumpe2fs 1.41.12 (17-May-2010)
Filesystem volume name: <none> 列出文件系统的名称<Label>，/etc/fstab中设备名称可以使用这个。我这里是none没有定义名称，可以使用e2label设置Label。
Last mounted on: /boot 挂载点
Filesystem UUID: 2f2da85e-f8c6-450b-bd82-99217ddc1ca4 设备的UUID，/etc/fstab也可以使用这个挂载
Filesystem magic number: 0xEF53
Filesystem 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_isize
Filesystem flags: signed_directory_hash
Default mount options: user_xattr acl 默认挂载的参数
Filesystem state: clean 这个文件系统是没有问题的
Errors behavior: Continue
Filesystem OS type: Linux
Inode count: 51200 inode总量
Block count: 204800 block总量
Reserved block count: 10240 保留块总量
Free blocks: 171502 空闲block总量
Free inodes: 51162 空闲inodes总量
First block: 1
Block size: 1024
Fragment size: 1024
Reserved GDT blocks: 256
Blocks per group: 8192
Fragments per group: 8192
Inodes per group: 2048
Inode blocks per group: 256
Flex block group size: 16
Filesystem created: Thu Nov 9 23:11:17 2017
Last mount time: Sat Mar 3 05:57:03 2018
Last write time: Sat Mar 3 05:57:03 2018
Mount count: 26
Maximum mount count: -1
Last checked: Thu Nov 9 23:11:17 2017
Check interval: 0 (<none>)
Lifetime writes: 32 MB
Reserved blocks uid: 0 (user root)
Reserved blocks gid: 0 (group root)
First inode: 11
Inode size: 128 每个inode的大小
Journal inode: 8 日志inode号
Default directory hash: half_md4
Directory Hash Seed: 0ccc6f7e-bdae-45d8-9a92-6b72b940045c
Journal backup: inode blocks
Journal features: journal_incompat_revoke
日志大小: 4096k
Journal length: 4096
Journal sequence: 0x0000005c
Journal start: 1
Group 0: (Blocks 1-8192) [ITABLE_ZEROED] 第一个块组
校验和 0x746b,2008个未使用的inode
主 superblock at 1, Group descriptors at 2-2
保留的GDT块位于 3-258
Block bitmap at 259 (+258), Inode bitmap at 275 (+274)
Inode表位于 291-546 (+290)
3785 free blocks, 2010 free inodes, 6 directories, 2008个未使用的inodes
可用块数: 4408-8192
可用inode数: 39-2048
Group 1: (Blocks 8193-16384) [INODE_UNINIT, ITABLE_ZEROED]
校验和 0x2a64,2048个未使用的inode
备份 superblock at 8193, Group descriptors at 8194-8194
保留的GDT块位于 8195-8450
Block bitmap at 260 (+4294959363), Inode bitmap at 276 (+4294959379)
Inode表位于 547-802 (+4294959650)
642 free blocks, 2048 free inodes, 0 directories, 2048个未使用的inodes
可用块数: 15743-16384
可用inode数: 2049-4096
Group 2: (Blocks 16385-24576) [INODE_UNINIT, ITABLE_ZEROED] 块组2没有superblock。
校验和 0xd123,2048个未使用的inode
Block bitmap at 261 (+4294951172), Inode bitmap at 277 (+4294951188)
Inode表位于 803-1058 (+4294951714)
2048 free blocks, 2048 free inodes, 0 directories, 2048个未使用的inodes
可用块数: 22529-24576
可用inode数: 4097-6144
Group 3: (Blocks 24577-32768) [INODE_UNINIT, ITABLE_ZEROED]
校验和 0x4d3e,2048个未使用的inode
备份 superblock at 24577, Group descriptors at 24578-24578
保留的GDT块位于 24579-24834
Block bitmap at 262 (+4294942981), Inode bitmap at 278 (+4294942997)
Inode表位于 1059-1314 (+4294943778)
188 free blocks, 2048 free inodes, 0 directories, 2048个未使用的inodes
可用块数: 32581-32768
可用inode数: 6145-8192
仅展示了3个blockgroup块组。

顺便介绍下e2label命令
mane2label后：e2label - Change the label on an ext2/ext3/ext4 filesystem
用法：e2label device label
实例：





再介绍下 文件系统与目录树的关系

目录：
当创建目录时，文件系统会分配一个inode和至少一个block。

inode记录该目录的权限属性等信息；

block记录该目录下文件名称及inode号。

文件：
当创建文件时，首先确定用目录是否有w与x的权限，有才可以新建文件，其次根据文件系统的inode索引节点位图和block数据块位图找到没有使用的inode、block号码，并将新文件的权限与属性写入inode表和文件内容写入block表，并且变更inode的block指向数据，然后将刚才写入的inode和block数据同步更新到inode表和block表，并更新superblock的内容。
inode记录该文件的权限属性等信息；
block记录该文件的实际数据。
目录树的读取：
目录树是从根读取的，如读取/etc/passwd文件数据
/的inode，通过挂载点的信息找到/dev/sda5的inode号是2，且inode具有权限让我们读取block的内容。

/的block，取得block的号码，找到有etc目录及对应的inode为261123。

根据etc的inode261123找到inode中记录etc的block块，找到passwd文件名及inode为281728

找到了passwd的inode281728,得知我有r的权限，找到passwd实际数据放置的block号

读取passwd数据