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，也希望大家多多支持。