linux文件系统

文件类型:

1.普通文件
    普通文件也称作常规文件，包含各种长度的字节串。核心对这些数据没有进行结构化，只是作为有序的字节序列把它提交给应用程序。应用程序自己组织和解释这些数据，通常把它们归并为下述类型之一：
    ◆文本文件，由ASCII字符构成。例如，信件、报告和称作脚本（Script）的命令文本文件，后者由shell解释执行。
    ◆数据文件，由来自应用程序的数字型和文本型数据构成。例如，电子表格、数据库，以及字处理文档。

 2.目录
    目录是一类特殊的文件，利用它可以构成文件系统的分层树型结构。如同普通文件那样，目录文件也包含数据；但目录文件与普通文件的差别是，核心对这些数据加以结构化，它是由成对的“I节点号/文件名”构成的列表。
    ◆I节点号是检索I节点表的下标，I节点中存放有文件的状态信息。linux文家系统使用索引节点(inode)来记录文件信息。索引节点是一种数据结构，它包含了一个文件的长度、创建及修改时间、权限、所属关系、磁盘中的位置等信息。
一个文件系统维护了一个索引节点的数组，每个文件或目录都与索引节点数组中的唯一的元素对应。每个索引节点在数组中的索引号，称为索引节点号。
    linux文件系统将文件索引节点号和文件名同时保存在目录中，所以，目录只是将文件的名称和它的索引节点号结合在一起的一张表，目录中每一对文件名称和索引节点号称为一个连接。
对于一个文件来说，有一个索引节点号与之对应；而对于一个索引节点号，却可以对应多个文件名。
    ◆文件名是给一个文件分配的文本形式的字符串，用来标识该文件。在一个指定的目录中，任何两项都不能有同样的名字。

    当把文件添加到一个目录中的时候，该目录的大小会增长，以便容纳新文件名。当删除文件时，目录的尺寸并不减少，而是核心对该目录项做上特殊标记，以便下次添加一个文件时重新使用它。ls命令不会列出这些未被使用的项。

 3.设备文件
    在Linux系统中，所有设备都作为一类特别文件对待，用户像使用普通文件那样对设备进行操作，从而实现设备无关性。但是，设备文件除了存放在文件I节点中的信息外，它们不包含任何数据。系统利用它们来标识各个设备驱动器，核心使用它们与硬件设备通信。

    有两类特别设备文件，它们对应不同类型的设备驱动器：
    ◆字符设备 最常用的设备类型，允许I/O传送任意大小的数据，取决于设备本身的容量。使用这种接口的设备包括终端、打印机及鼠标。
    ◆块设备 这类设备利用核心缓冲区的自动缓存机制，缓冲区进行I/O传送总是以1KB为单位。使用这种接口的设备包括硬盘、软盘和RAM盘。

   通常，设备文件在/dev目录之下。

 4．链接文件
    Linux具有为一个文件起多个名字的功能，称为链接。被链接的文件可以存放在相同的或不同的目录下。如果在同一目录下，二者必须有不同的文件名，而不用在硬盘上为同样的数据重复备份；如果在不同的目录下，那么被链接的文件可以与原文件同名，只要对一个目录下的该文件进行修改，就可以完成对所有目录下同名链接文件的修改。对于某文件的各个链接文件,我们可以给它们指定不同的存取权限,以控制对信息的共享和增强安全性。

    文件链接分为硬链接和符号链接两种形式。
    (1) 硬链接
    建立硬链接时，是在另外的目录或本目录中增加目标文件的一个目录项，这样，一个文件就登记在多个目录中。

    创建硬链接后，已经存在的文件的I节点号（inode）会被多个目录文件项使用。一个文件的硬链接数可以在目录的长列表格式的第二列中看到，无额外链接的文件的链接数为1。

    ln命令用来创建链接。默认情况下，ln命令创建硬链接。ln命令会增加链接数，rm命令会减少链接数。一个文件除非链接数为0，否则不会物理地从文件系统中被删除。

    对硬链接有如下限制：
    ◆不能对目录文件做硬链接。
    ◆不能在不同的文件系统之间做硬链接。也就是说,链接文件和被链接文件必须位于同一个文件系统中。

    (2)符号链接
    符号链接也称软链接，是将一个路径名链接到一个文件。这些文件是一种特别类型的文件。事实上，它只是一个小文本文件(如图3中的abc文件)，其中包含它所链接的目标文件的绝对路径名，如图3中虚线箭头所示。被链接文件是实际上包含所有数据的文件。所有读写文件的命令，当它们涉及符号链接文件时，将沿着链接方向前进，找到实际的文件。

    和硬链接不同的是，符号链接确实是一个新文件,它具有与目标文件不同的I节点号；而硬链接并没有建立新文件。

    符号链接没有硬链接的限制，可以对目录文件做符号链接，也可以在不同文件系统之间做符号链接。

    用“ln -s”命令建立符号链接时，最好源文件用绝对路径名，这样可以在任何工作目录下进行符号链接。当源文件用相对路径时，如果当前的工作路径和你要创建的符号链接文件所在路径不同时，就不能进行链接。

    请注意，符号链接与源文件或目录之间的区别：
    ◆删除源文件或目录时，只删除了数据，不会删除链接。一旦以同样文件名创建了源文件，链接将继续指向该文件的新数据。
    ◆在目录长列表中，符号链接作为一种特殊的文件类型显示出来，其第一个字母是l。
    ◆符号链接的大小是其链接文件的路径名中的字节数。
    ◆当用“ls -l”命令列出文件时，可以看到符号链接名后有一个箭头指向源文件或目录，例如:lrwxrwxrwx ... 14 Jun 20 10:20 /etc/motd->/original_file

    上面代码中，表示“文件大小”的数字“14”恰好表示源文件名“/original_file”由14个字符构成。

    ln命令的一般格式：
    ln [选项] 源文件 [目标文件]

    链接的对象可以是文件，也可以是目录。如果链接指向目录，用户就可以利用该链接直接进入被链接的目录，而不用给出到达该目录的一长串路径。这样，即使删除这个链接，也不会破坏原来的目录。

    选项-s表示建立符号链接，而不是硬链接。

    注意，符号链接文件不是一个独立的文件,它的许多属性依赖于原文件，所以给一个符号链接文件设置存取权限是没有意义的。

 日志式文件系统的优越性在于:由于文件系统都有快取层参与运作，如不使用时必须将文件系统卸下，以便将快取层的资料写回磁盘中。因此每当系统要关机时，必须将其所有的文件系统全部shutdown后才能进行关机。

　　如果在文件系统尚未shutdown前就关机 (如停电) 时，下次重开机后会造成文件系统的资料不一致，故这时必须做文件系统的重整工作，将不一致与错误的地方修复。然而，此一重整的工作是相当耗时的，特别是容量大的文件系统，而且也不能百分之百保证所有的资料都不会流失。

　　为了克服此问题，使用所谓‘日志式文件系统 (Journal File System) ’。此类文件系统最大的特色是，它会将整个磁盘的写入动作完整记录在磁盘的某个区域上，以便有需要时可以回朔追踪。由于资料的写入动作包含许多的细节，像是改变文件标头资料、搜寻磁盘可写入空间、一个个写入资料区段等等，每一个细节进行到一半若被中断，就会造成文件系统的不一致，因而需要重整。然而，在日志式文件系统中，由于详细纪录了每个细节，故当在某个过程中被中断时，系统可以根据这些记录直接回朔并重整被中断的部分，而不必花时间去检查其他的部分，故重整的工作速度相当快，几乎不需要花时间。

　　另外Linux中还有一种专门用于交换分区的swap文件系统，Linux使用整个分区来作为交换空间，而不象Windows使用交换文件。一般这个SWAP格式的交换分区是主内存的2倍。

5、文件系统类型：

ext2 ： 早期linux中常用的文件系统
ext3 ： ext2的升级版，带日志功能
RAMFS ： 内存文件系统，速度很快
NFS ： 网络文件系统，由SUN发明，主要用于远程文件共享
MS-DOS ： MS-DOS文件系统
VFAT ： Windows 95/98 操作系统采用的文件系统
FAT ： Windows XP 操作系统采用的文件系统
NTFS ： Windows NT/XP 操作系统采用的文件系统
HPFS ： OS/2 操作系统采用的文件系统
PROC : 虚拟的进程文件系统
ISO9660 ： 大部分光盘所采用的文件系统
ufsSun : OS 所采用的文件系统
NCPFS ： Novell 服务器所采用的文件系统
SMBFS ： Samba 的共享文件系统
XFS ： 由SGI开发的先进的日志文件系统，支持超大容量文件
JFS ：IBM的AIX使用的日志文件系统
ReiserFS : 基于平衡树结构的文件系统
udf: 可擦写的数据光盘文件系统

6、ext2文件系统

ext2文件系统的数据块大小一般为 1024B、2048B 或 4096B
ext2文件系统采用的索引节点(inode)：
索引节点采用了多重索引结构，主要体现在直接指针和3个间接指针。直接指针包含12个直接指针块，它们直接指向包含文件数据的数据块，紧接在后面的3个间接指针是为了适应文件的大小变化而设计的。
e.g： 假设数据块大小为1024B ，利用12个直接指针，可以保存最大为12KB的文件，当文件超过12KB时，则要利用单级间接指针，该指针指向的数据块保存有一组数据块指针，这些指针依次指向包含有实际数据的数据块，
假如每个指针占用4B，则每个单级指针数据块可保存 1024/4＝256 个数据指针，因此利用直接指针和单级间接指针可保存 1024*12＋1024*256＝268 KB的文件。当文件超过268KB时，再利用二级间接指针，直到使用三级间接指针。
利用直接指针、单级间接指针、二级间接指针、三级间接指针可保存的最大文件大小为：
1024*12+1024*256+1024*256*256+1024*256*256*256＝16843020 KB，约 16GB
若数据块大小为2048B，指针占4B，则最大文件大小为： 2048*12+2048*512+2048*512*512+2048*512*512*512＝268,960,792 KB 约 268GB
若数据块大小为4096B，指针占4B，则最大文件大小为： 4096*12+4096*1024+4096*1024*1024+4096*1024*1024*1024＝4,299,165,744 KB ，约 4TB
注： 命令 tune2fs -l /dev/sda5 可查看文件系统
ext2文件系统最大文件名长度： 255个字符

ext2文件系统的缺点：
ext2在写入文件内容的同时并没有同时写入文件meta-data， 其工作顺序是先写入文件的内容，然后等空闲时候才写入文件的meta-data。若发生意外，则文件系统就会处于不一致状态。
在重新启动系统的时候，linux会启动 fsk ( file system check) 的程序，扫描整个文件系统并试图修复，但不提供保证。

7、ext3文件系统

ext3基于ext2的代码，所以磁盘格式与ext2相同，使用相同的元数据。
ext2文件系统无损转化为ext3文件系统： tune2fs -j /dev/sda6

日志块设备( Journaling block device layer,JBD)完成ext3文件系统日志功能。JBD不是ext3文件系统所特有的，它的设计目标是为了向一个块设备添加日志功能。
当一个文件修改执行时，ext3文件系统代码将通知JBD，称为一个事务(transaction)。发生意外时，日志功能具有的重放功能，能重新执行中断的事务。

日志中的3种数据模式：
1)、data=writeback ：不处理任何形式的日志数据，给用户整体上的最高性能
2)、data=odered ：只记录元数据日志，但将元数据和数据组成一个单元称为事务(transaction) 。此模式保持所句句的可靠性与文件系统的一致性，性能远低于data=writeback模式，但比data=journal模式快
3)、data=journal ：提供完整的数据及元数据日志，所有新数据首先被写入日志，然后才被定位。意外发生过后，日志可以被重放，将数据与元数据带回一致状态。这种模式整体性能最慢，但数据需要从磁盘读取和写入磁盘时却是3种模式中最快的。
ext3文件系统最大文件名长度： 255个字符
ext3文件系统的优点：可用性、数据完整性、速度、兼容性

8、ReiserFS文件系统

ReiserFS文件系统是由Hans Reiser和他领导的开发小组共同开发的，整个文件系统完全是从头设计的，是一个非常优秀的文件系统。也是最早用于Linux的日志文件系统之一。
ReiserFS的特点
先进的日志机制
ReiserFS有先进的日志(Journaling/logging)功能 机制。日志机制保证了在每个实际数据修改之前，相应的日志已经写入硬盘。文件与数据的安全性有了很大提高。
高效的磁盘空间利用
Reiserfs对一些小文件不分配inode。而是将这些文件打包，存放在同一个磁盘分块中。而其它文件系统则为每个小文件分别放置到一个磁盘分块中。
独特的搜寻方式
ReiserFS基于快速平衡树(balanced tree)搜索，平衡树在性能上非常卓越，这是一种非常高效的算法。ReiserFS搜索大量文件时，搜索速度要比ext2快得多。Reiserfs文件系统使用B*Tree存储文件，而其它文件系统使用B+Tree树。B*Tree查询速度比B+Tree要快很多。Reiserfs在文件定位上速度非常快。
在实际运用中，ReiserFS 在处理小于 4k 的文件时，比ext2 快 5 倍；带尾文件压缩功能（默认）的ReiserFS 比ext2文件系统多存储6%的数据。
支持海量磁盘
ReiserFS是一个非常优秀的文件系统，一直被用在高端UNIX系统上，可轻松管理上百G的文件系统，ReiserFS文件系统最大支持的文件系统尺寸为16TB。这非常适合企业级应用中。
优异的性能
由于它的高效存储和快速小文件I/O特点，使用ReiserFs文件系统的PC，在启动X窗口系统时，所花的时间要比在同一台机器上使用ext2文件系统少1/3。另外，ReiserFS文件系统支持单个文件尺寸为4G的文件，这为大型数据库系统在linux上的应用提供了更好的选择。