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Linux 文件系统的操作实现

此读书笔记比较主要记录文件系统的相关操作。

磁盘与目录的容量

磁盘的整体数据是在superblock块中,但是每个个别文件的容量则在inode当中记载,常用来显示磁盘使用量的两个命令

df: 列出文件系统的整体磁盘使用量

du: 评估文件系统的磁盘使用量(常用于评估目录所占容量)

$ df [-ahikHTm] [目录或文件名]
参数:
-a: 列出所有的文件系统,包括系统特有的/proc(/proc挂载在内存中,不会占用磁盘空间)等文件系统;
-k: 以KB的容量显示各文件系统
-m: 以MB的容量显示各文件系统
-h:以人们较易阅读的GB、MB、KB等格式自行显示
-H: 以M=1000K 替换M=1024K 的进位方式
-T: 连同该分区的文件系统名称也列出(例如ext3)
-i: 不用硬盘容量,而以inode的数量显示

df主要读取的数据几乎都是针对整个文件系统,因此读取的范围只要是在super block内的信息,所以这个命令显示结果的速度非常快速。

$ du [-ahskm] 文件或者目录名称
参数:
-a 列出所有的文件与目录容量,因为默认仅统计目录的文件量而已
-h 以人们较易读的容量显示
-s 列出总量,而不列出每个个别的目录占用容量
-S 不包括子目录下的总计
-k 以KB列出容量显示
-m 以MB列出容量显示

du会直接查找文件系统的所有文件数据

连接文件: ln

在linux下的连接文件有两种:一种是类似Windows上的快捷方式,可以让你快速连接到目标文件或目录。另外一种则是通过文件系统的inode连接来产生新文件名,而不是产生新文件,这种称为硬链接(hard link)。

hard link(硬连接和实际连接)

  • 每个文件都会占用一个inode,文件的内容由inode的记录来指向。
  • 想要读取文件,必须要经过目录记录的文件名来指向到正确的inode号码才能读取。
  • 文件名与目录有关,而文件内容则与inode有关,而hard link就是在某个目录下新建一个文件名连接到某inode号码的关联记录。
vagrant@vagrant-ubuntu-trusty-64:~$ cd /tmp
vagrant@vagrant-ubuntu-trusty-64:/tmp$ touch tes
vagrant@vagrant-ubuntu-trusty-64:/tmp$ ln test test1
vagrant@vagrant-ubuntu-trusty-64:/tmp$ ll -i test test1
62273 -rw-rw-r-- 2 vagrant vagrant 0 Dec 17 12:39 test
62273 -rw-rw-r-- 2 vagrant vagrant 0 Dec 17 12:39 test1

可以看到两个文件的inode号码是一致的,他们的文件权限属性完全一样,而连接数变为了2。

硬连接最大的好处就是安全,如果你将任何一个文件名删除,其实inode与block都是存在的。此时可以通过另外一个文件名来读取到正确的文件数据,不论你使用哪个文件名来编辑,最终的结果都会写到相同的inode与block中,因此均能进行数据的修改。

一般来说,使用hard link设置连接文件时,磁盘的空间和inode的数目都不会改变,hard link只是在某个目录下的block多写一个关联数据而已,既不会增加inode也不会耗用block数量(除非当你在block增加多一个关联数据时刚好磁盘满了,就可能需要增加多一个block来记录文件名关联性,而导致磁盘空间的变化)。

硬连接的限制:

  • 不能跨文件系统
  • 不能连接到目录,因为如果使用hard link连接到目录,连接的数据需要连同被连接目录下面的所有数据都建立连接,会造成环境相当大的复杂度,因此对于目录暂时不支持

symbolic link(符号连接,也即快捷方式)

symbolic link就是创建一个独立的文件,而这个文件会让数据的读取指向它链接的那个文件的文件名,由于只是利用文件作为指向的操作,所以当源文件被删除后,symbolic link的文件会找不到源文件而导致无法打开。

vagrant@vagrant-ubuntu-trusty-64:/tmp$ ln -s test test2
vagrant@vagrant-ubuntu-trusty-64:/tmp$ ll -i test test2
62273 -rw-rw-r-- 2 vagrant vagrant 0 Dec 17 12:39 test
62275 lrwxrwxrwx 1 vagrant vagrant 4 Dec 17 13:07 test2 -> test

两个文件指向不同的inode号码,连接文件的重要内容就是它会写上目标文件的文件名,因为箭头右边的文件是 4 Byte,所以连接文件的大小为 4 byte。

由symbolic link所创建的文件为一个独立的新的文件,所以会占用掉inode与block。

修改symbolic link文件时,会改动到源文件。

$ ln [-sf] 源文件 目标文件
参数:
-s: 如果不加任何参数进行连接,那就是hard link,至于-s就是symbolic link
-f: 如果目标文件存在时,主动将目标文件直接删掉再重建。

关于目录的连接数

当以hard link进行文件的连接时,文件的连接数会增加1,那当我们创建一个空的目录时,由于存在 . 与 .. 这两个目录,那么当我们创建一个空的目录/tmp/testing时,基本会有3个东西: /tmp/testing /tmp/testing/. /tmp/testing/.. 其中 /tmp/testing 和 /tmp/testing/. 都代表该目录,而 /tmp/testing/.. 则代表 /tmp 这个目录,所以当我们创建一个新目录,新的目录连接数为2,而上层目录的连接数则会增加1。

磁盘的分区、格式化、检验与挂载

如果要在系统中新增一块硬盘时,需要做以下动作:

  1. 对磁盘进行分区,以新建可用的分区
  2. 对该分区进行格式化,以创建系统可用的文件系统。
  3. 若想要仔细一点,则可对刚才新建好的文件系统进行检验。
  4. 在linux系统上,需要创建挂载点(也即是目录),并将它挂载上来。

磁盘分区:fdisk

$ fdisk [-l] 设备名称
参数:
-l: 输出后面接的设备所有的分区内容。若仅有fdisk -f时,则系统将会把整个系统能够找到的设备的分区均列出来。

# 例如:
# 先找出磁盘文件名
vagrant@vagrant-ubuntu-trusty-64:/tmp$ df /
Filesystem 1K-blocks Used Available Use% Mounted on
/dev/hdc1 41251136 3631948 35883276 10% /
# 输入fdisk,但不要加上数字
vagrant@vagrant-ubuntu-trusty-64:/tmp$ fdisk /dev/hdc
它会提示Command(m for help): 输入m就可以看到相关参数提示
d 代表删除一个分区
n 代表新增一个分区
p 代表在屏幕中显示分区表
q 代表不存储,离开fdisk程序
w 代表将刚才的操作写入分区表

特别注意 q 和 w,只要离开fdisk时按下q,那么所有的操作都不会生效,相反按下 w 就是操作生效的意思。

删除磁盘分区

要删除分区(例如将/dev/hdc全部分区删除)需要做下面几步:

  1. fdisk /dev/hdc: 先进入fdisk界面
  2. p:先看下分区信息,假设要删掉/dev/hdc1
  3. d: 这个时候要选择一个分区,就选1
  4. w 或者 q: w可存储到磁盘数据表,并离开fdisk; 如果后悔,直接按下q就可以取消刚才的删除操作。

新增磁盘分区

需要进行一下的动作:

  1. fdisk /dev/hdc: 先进入fdisk界面
  2. n: 新增分区
  3. p 或 e 或 l:选择不同的分区类型,其中p代表主分区,e代表扩展分区,l代表逻辑分区
  4. 1 – 4:分区号,可选1-4,如果是逻辑分区,则不需要输入分区号
  5. 输入结束柱面号码,如果要自己计算柱面/分区的大小太麻烦,可以使用类似”+512M”的形式,来让系统帮我们分配最接近512M的柱面号码
  6. p: 查看分区信息
  7. w 或者 q: w可存储到磁盘数据表,并离开fdisk; 如果后悔,直接按下q就可以取消刚才的删除操作。

对于创建分区的形式(主分区/扩展分区/逻辑分区)以及分区的大小,一般来说新建分区的形式会有下面的几种情况:

  1. 1-4号尚有剩余,且系统未有扩展分区:此时会出现让你挑选Primary/Extended的选项,且你可以指定1~4号间的号码
  2. 1-4号尚有剩余,且系统有扩展分区:此时会出现让你挑选Primary/Logical的选项,若选择p你还需指定1~4号间的号码;若选择l则不需要设置号码,因为系统会自动指定逻辑分区的文件名号码
  3. 1-4没有剩余,且系统有扩展分区:此时不会让你挑选分区类型,直接会进入logical的分区形式

一般分区完是需要重启(reboot)才能更新内核的分区表信息,可以使用”partprobe”强制让内核重新找一次分区表

以上就是本文的全部内容,希望对大家的学习有所帮助。

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