05.文件系统

1. 文件系统概念
   1.1 文件系统
   1) 文件组织：面向系统，它根据存储设备特点，把文件信息按一定的组织结构存储到外存空间；面向用户，它提供用户组织文件信息的结构方式
   2) 文件存取：实现内存和外存的数据交换
   3) 文件使用：对用户提供文件操作统一接口
   4) 文件控制：实现对用户访问权限的控制

1.2 日志文件系统
文件系统写操作首先对日志记录文件进行操作，若整个文件系统因某种原因(如系统掉电)而中断，则在下次系统启动时就会读日志记录文件内容，恢复到没有完成的写操作，这个过程一般需要两三分钟。

1.3 VFS
VFS: Virtual Filesystem Switch
功能：屏蔽文件系统差异，为处理各文件系统提供统一接口

1.4 文件存储
1) 文件储存在硬盘上，硬盘的最小存储单位叫做”扇区”（Sector），每个扇区512字节
2) 操作系统读取硬盘的时候，不会一个个扇区地读取，而是一次性连续读取多个扇区，即一次性读取一个块”block”。这种由多个扇区组成的”block”，是文件存取的最小单位。
3) 文件数据储存在”block”中，还必须找到一个地方储存文件元信息，比如文件创建者、文件创建日期、文件大小等。这种储存文件元信息的区域就叫做inode，”索引节点”。
4) 硬盘格式化的时候，操作系统自动将硬盘分成两个区域。一个是数据区，存放文件数据；另一个是inode区（inode table），存放inode所包含的信息。

获取文件系统信息：dumpe2fs -h /dev/sda1

1.4.1 文件系统数据存储：
boot block: 为计算机开机服务
superblock: 超级块，记录filesystem整体信息，包含inode/block总量，剩余量，文件系统格式等
inode: 记录文件的属性，一个文件占用一个inode，同时记录文件数据所在的block号
block: 记录文件的实际内容，若文件太大，会占用多个block

1.4.2 inode table
rwx
owner/group
size
ctime/atime/mtime
suid/guid/sbit
link number
pointer(指向block的位置)

查看文件的inode信息：stat a.txt

inode：
1) 大小：128bytes/256bytes
2）格式化时，每1KB或2KB就设置一个inode
3) 每个文件一个inode

1GB硬盘，每1KB设置一个inode，inode table的大小为128bytes/inode * 1inode * 1000=128M

1.4.3 data block
ext2支持的block大小有1K, 2K, 4K三种
格式化时，block大小就固定了，且每个block都有编号，以方便inode记录
block大小对最大文件的限制：1K(16G), 2K(256G), 4K(2T)

block size 1KB 2KB 4KB
max size of single file 16GB 256GB 2TB
max size of filesystem 2TB 8TB 16TB

block的限制
1) block数量和大小，在格式化后不能再改变
2) 每个block只能存储一个文件的数据。若文件大于block，则占用多个block；若文件小于block，则block中剩余容量将浪费

1.4.4 superblock(1024bytes):
1) block和inode的总量
2) 已使用和未使用的inode/block数量
3) block和inode的大小(block 1,2,4K, inode 128bytes)
4) filesystem的挂载时间，最近一次数据写入时间，最近一次磁检(fsck)时间
5) valid bit (0: 已挂载 1: 未挂载)

1.4.5 文件和目录
目录：一个inode + 至少一个block(存储文件名和inode映射表)
文件: 一个inode + 至少一个block(存储文件信息)

100KB文件，至少需要100KB/4KB=25个block

1.4.6 软连接和硬连接
Hard Link:
1) 同一个inode，对应多个文件名，称为硬链接
2) 不能跨filesystem
3) 不能link目录

Symbolic Link:
1) 是一个独立的文件，读取文件时，自动指向其链接的文件
2) 占用新的inode和block

新建目录，link数量为2，上级目录的link数增加1

软链接和硬链接的区别：
硬连接指向的是节点(inode), 而软连接指向的是路径(path)

1. 常见文件系统
   2.1 ext2：Linux second extended file system, ext2fs
   1) 文件名长度最大255 bytes，完整文件名(带路径)长度最大4096 bytes
   2) 单文件最大2TB

2.2 ext3: 日志文件系统
在ext2基础上增加记录元数据的日志功能。提供三种日志模式
1) 日志(Journal): 文件系统所有数据和元数据的改变，都记录日志，最安全但也最慢。
2) 预定(Ordered): 只有对文件系统元数据改变才记录日志，ext3默认日志模式
3) 写回(Writeback): 只记录元数据的变化。系统关闭时，文件大小或目录变化，不能及时同步更新元数据，导致存储数据不一致。

2.3 reiserfs
使用特殊的、优化过的平衡树来组织文件系统数据

文件系统:
ext2/ext3: Linux适用的文件系统。ext3比ext2多了日志记录
physical volume(LVM): 用来弹性调整文件系统容量的一种机制，可以动态控制文件系统大小而不改变原有文件数据
software RAID: 磁盘阵列
swap: 虚拟内存，大小是物理内存的1.5~2倍，物理内存达到4G，可以不使用
vfat: 同时被Linux和Windows系统支持的文件系统

1. 文件类型
   3.1 常规文件(regular file)
   纯文本(ASCII)
   二进制文件(binary)
   数据文件(data)，例如/var/log/wtmp 可使用last读出

3.2 目录 [d]

3.3 连接(link) [l]

3.4 设备(device)
块设备(block)，可随机读写 ls -l /dev/sda [b]
字符设备(character)，串口设备，一次性读取，鼠标键盘 [c]

3.5 数据接口文件(sockets)，网络上数据传输使用。 /var/run [s]

3.6 数据传输文件(FIFO,pipe)，[p]

1. FSH, Filesystem Hierarchy Standard
   /bin 系统命令
   /boot 内核及启动文件(vmlinuz, grub)
   /usr unix software resource
   /usr/bin 一般命令
   /dev 设备文件
   /etc 配置文件
   /etc/init.d/ 服务启动文件，系统开机时执行的脚本
   /etc/xinetd.d/ super daemon管理的各项服务的配置文件目录
   /opt 第三方软件
   /sbin 管理员命令

/lost+found 在ext2/ext3文件系统存在，当系统发生错误时，将一些遗失片段存入该目录
/proc 虚拟文件系统，该目录下的数据都在内存中，不占硬盘空间
/sys 虚拟文件系统

特殊目录标示：
. 当前目录
.. 上级目录
- 前一个工作目录
~ 家目录
~account 用户account的家目录