0230filesystem.htm

鸟哥LINUX 学习课本

partition )时，每个磁盘分割槽( partition )就是一个档案系统( filesystem
)，而每个档案系统开始的位置的那个 block 就称为 superblock ，superblock的作用是储存像是档案系统
的大小、空的和填满的区块，以及他各自的总数和其它诸如此类的信息等等，这也就是说，当您要使用这一个磁盘分割槽(
或者说是档案系统 )来进行数据存取的时候，第一个要经过的就是 superblock 这个区块了，所以啰，
superblock 坏了，您的这个磁盘槽大概也就回天乏术了！
<br>　
<br>
<hr width="100%"><a name="harddisk-inode"></a><img src="0230filesystem_files/penguin-s.gif" nosave="" align="middle" height="23" width="17"><b><font color="#000099">Linux
的档案系统( inode )：</font></b>
<br>　
<br>看完了上面的说明，您应该对于硬盘有一定程度的认识了！好了，那么接下来就是要谈一谈
Linux 的档案系统( Filesystem )啰！我们这里以 Linux 最标准的 ext2 这个档案系统来作为说明。还记得我们在
<a href="http://linux.vbird.org//linux_basic/0210filepermission.php">Linux 档案属性与目录配置</a> 那个章节提到的，在
Linux 系统当中，每个档案不止有档案的内容数据，还包括档案的种种属性，例如：所属群组、所属使用者、能否执行、档案建立时间、档案特殊属性等等。由于
Linux 操作系统是一个多人多任务的环境，为了要保护每个使用者所拥有数据的隐密性，所以档案属性的增加是在所难免的！在标准的
ext2 档案系统当中，我们将每个档案的内容分为两个部分来储存，一个是档案的属性，另一个则是档案的内容。
<br>　
<br>为了应付这两个不同的咚咚，所以 ext2 规划出 inode 与 Block 来分别储存档案的属性(
放在 inode 当中 )与档案的内容( 放置在 Block area 当中 )。当我们要将一个
partition 格式化( format )为 ext2 时，就必须要指定 inode 与 Block 的大小才行，也就是说，<b><font color="#000066">当
partition 被格式化为 ext2 的档案系统时，他一定会有 inode table 与 block
area 这两个区域。</font></b>
<br>　
<br>Block 已经在前面说过了，他是数据储存的最小单位。那么 inode 是什么？！简单的说，<b><font color="#000066">
Block 是记录『档案内容数据』的区域</font></b>，至于 <b><font color="#000066">inode
则是记录『该档案的相关属性，以及档案内容放置在哪一个 Block 之内』的信息</font></b>。
简单的说， inode 除了记录档案的属性外，同时还必须要具有指向( pointer )的功能，亦即指向档案内容放置的区块之中，好让操作系统可以正确的去取得档案的内容啊！底下几个是
inode 记录的信息(当然不止这些)：
<br>　
<ul>
<li>
<font color="#000099">该档案的拥有者与群组(owner/group)；</font></li>

<li>
<font color="#000099">该档案的存取模式；</font></li>

<li>
<font color="#000099">该档案的类型；</font></li>

<li>
<font color="#000099">该档案的建立日期(ctime)、最近一次的读取时间(atime)、最近修改的时间
(mtime)；</font></li>

<li>
<font color="#000099">该档案的容量；</font></li>

<li>
<font color="#000099">定义档案特性的旗标(flag)，如 SetUID...；</font></li>

<li>
<font color="#000099">该档案真正内容的指向 (pointer)；</font></li>
</ul>
　
<br>至于一个 inode 的大小为 128 bytes 这么大！好了，那么我的 Linux 系统到底是如何读取一个档案的内容呢？底下我们分别针对目录与档案来说明：
<br>　
<br><b><font color="#000066">目录：</font></b>
<br>当我们在 Linux 下的 ext2 档案系统建立一个目录时， ext2 会分配一个 inode
与至少一块 Block 给该目录。其中，inode 记录该目录的相关属性，并指向分配到的那块
Block ；而 Block 则是记录在这个目录下的相关连的档案(或目录)的关连性！
<br>　
<br><b><font color="#000066">档案：</font></b>
<br>当我们在 Linux 下的 ext2 建立一个一般档案时， ext2 会分配至少一个 inode
与相对于该档案大小的 Block 数量给该档案。例如：假设我的一个 Block 为 4
Kbytes ，而我要建立一个 100 KBytes 的档案，那么 linux 将分配一个 inode
与 25 个 Block 来储存该档案！
<br>　
<br>由上面的说明当中，我们可以知道要读取一个树状目录下的档案时，操作系统会先读取该档案所在目录的
inode ，并取得该目录的关连区域(在 Block 区域里面)，然后根据该关连资料读取该档案所在的
inode ，并再进一步经由档案的 inode 来取得档案的最后内容！举个例子来说，假设我们要读取
/etc/crontab 这个档案，整个读取的流程是如何呢？可由底下的图三来作为说明：
<br>&nbsp;</ul>

<center><img src="0230filesystem_files/Linux-filesystem.jpg" alt="" height="155" width="456">
<br><a name="fig_3"></a>图三、读取 /etc/crontab 的简易流程示意。</center>

<ul>　
<br>一块 partition 在 ext2 底下会被格式化为 inode table 与 block area 两个区域，所以在图三里面，我们将
partition 以长条的方式来示意，会比较容易理解的啦！而读取 /etc/crontab 的流程为：
<br>　
<ol>
<li>
<font color="#000099">操作系统根据根目录( / )的相关资料可取得 /etc 这个目录所在的
inode ，并前往读取 /etc 这个目录的所有相关属性；</font></li>

<li>
<font color="#000099">根据 /etc 的 inode 的资料，可以取得 /etc 这个目录底下所有档案的关连数据是放置在哪一个
Block 当中，并前往该 block 读取档案的关连性内容；</font></li>

<li>
<font color="#000099">由上个步骤的 Block 当中，可以知道 crontab 这个档案的
inode 所在地，并前往该 inode ；</font></li>

<li>
<font color="#000099">由上个步骤的 inode 当中，可以取得 crontab 这个档案的所有属性，并且可前往由
inode 所指向的 Block 区域，顺利的取得 crontab 的档案内容。</font></li>
</ol>
</ul>

<blockquote>整个读取的流程大致上就是这样，不过这里有几点小事情要提醒一下：
<ul>
<li>
<font color="#000099">在目录底下的档案数如果太多而导致一个 Block 无法容纳的下所有的关连性数据时，Linux
会给予该目录多一个 Block 来继续记录关连数据；</font></li>

<li>
<font color="#000099">一个档案所占用的 Block 都会记录在该档案所在的 inode
内，所以硬盘的磁头可以直接去读取各个 Block ，除非该档案所储存的各个 Block
真的很离散(事实上不太可能发生)，否则在 Linux 的 ext2 当中，是不需要进行磁盘重组的！</font></li>

<li>
<font color="#000099">inode 数量与 Block 的大小在格式化的时候就已经被设定好了，通常一个
Block 的大小为 4 Kbytes，至于 inode 的数量则依据不同的设定而异，基本的设定为
( 硬盘大小 / 一个 inode 所控制的容量 ) 。举例来说，我有一个 1 GBytes 的硬盘，我希望该硬盘中
inode 的数量只要 block 的一半就好了，那么就可以设定一个 inode 控制的容量为
8 Kbytes ，则 inode 数量共有： ( G * 1024M/G * 1024K/M )/( 8 K ) = 131072
个 inode 啰！而 inode table 则占去了 131072 * 128 byte = 16777216 bytes
= 16384 Kbytes。也就是说，这一个 1GB 的硬盘还有没任何数据时，就少了 16
MBytes 的容量啦！(用在 inode table 上面)。</font></li>

<li>
<font color="#000099">因为一个 inode 只能记录一个档案的属性，所以 inode
数量比 block 多是没有意义的！举上面的例子来说，我的 Block 规划为 4 Kbytes
，所以 1GB 大概就有 262144 个 4Kbytes 的 block ，如果一个 block 对应一个
inode 的话，那么当我的 inode 数量大于 262144 时，多的 inode 将没有任何用处，徒然浪费硬盘的空间而已！另外一层想法，如果我的档案容量都很大，那么一个档案占用一个
inode 以及数个 block ，当然 inode 数量就可以规划的少很多啦！</font></li>

<li>
<font color="#000099">格式化 Linux 的 ext2 档案系统，可以使用 mke2fs 这个程序来执行！</font></li>

<li>
<font color="#000099">当 block 大小越小，而 inode 数量越多，则可利用的空间越多，但是大档案写入的效率较差；这种情况适合档案数量多，但是档案容量小的系统，例如
BBS 或者是新闻群组( News )这方面服务的系统；</font></li>

<li>
<font color="#000099">当 Block 大小越大，而 inode 数量越少时，大档案写入的效率较佳，但是可能浪费的硬盘空间较多；这种状况则比较适合档案容量较大的系统！</font></li>
</ul>

<p><br>
</p><hr size="2" width="100%"><a name="harddisk-filerun"></a><img src="0230filesystem_files/penguin-s.gif" nosave="" align="middle" height="23" width="17"><b><font color="#000099">Linux
档案系统的运作</font></b>：</blockquote>

<blockquote>好了，知道了 Linux 标准的 ext2 档案系统的状况后，再来了解一下那么
Linux 系统在运作时，他是如何进行数据的存取呢？！我们知道，整个计算机主机当中，输出输入
(I/O) 最快速的应该是 CPU 的快取了，然后则是主存储器，至于硬盘的存取则比前两个慢上许多。为了让
Linux 加快整个系统的存取效率，因此在 Linux 上面通常采取异步处理( asynchronously
)的方式。什么是异步呢？举例来说：<font color="#000000">『</font><b><font color="#000066">当系统读取了某一个档案，
则该档案所在的 区块数据会被加载到内存当中，所以该磁盘区块就会被放置在主存储器的缓冲快取区中，若这些区块的数据被改变时，刚开始数据仅有主存储器的区块数据会被改
变，而且在缓冲区当中的区块数据会被标记为” Dirty “，这个时候磁盘实体区块尚未被修正！所以亦即表示，这些”
Dirty “区块的数据必需回写到磁盘当中，以维持磁盘实体区块上的数据与主存储器中的区块数据的一致性。</font></b><font color="#000000">』</font>
<br><font color="#000000">　</font>
<br><font color="#000000">为什么要这么做呢？这是因为主存储器的运作速度比起硬盘来实在是快太多了，万一系统当中有一个档案相当的大，而又持续性的存取，那么由于较慢的硬盘存取速
度，将使得整个 Linux 速度被拖垮，所以才会使用异步方式的数据处理啊！不过，也由于硬盘与主存储器的数据可能没有同步化，因此，如果
Linux 不正常关机( 例如跳电或者是当机 )时，则由于数据尚未回写入磁盘当中，会导致系统在再次开机时，会花相当多的时间进行磁盘检验，同时也有可能造成磁盘的损毁啊！</font></blockquote>

<p><br>
</p><hr width="100%"><img src="0230filesystem_files/penguin-m.gif" alt="" nosave="" align="middle" height="34" width="25"><a name="hardcontent"></a><font size="+1" color="#000099">查看硬盘或目录的容量</font>
<blockquote>了解了硬盘之后，接下来当然要知道我的 Linux 系统里面还剩下多少磁盘空间啰！嗯，那么在文字接口底下有什么方法可以查看目前的磁盘最大容许容量、已经使用掉的容量、目前所在目录的已使用容量？还有还
有， 怎么知道目前目录底下使用掉的硬盘容量呢？以及如何查询目前的 inodes
数目？呵呵！底下我们就来谈一谈主要的两个指令：
<blockquote><font face="SimSun"><b>df</b> 查看已挂载磁盘的总容量、使用容量与
inode 等等</font>
<br><font face="SimSun"><b>du</b> 查看档案使用掉的容量有多少？</font></blockquote>

<blockquote>
<hr width="100%">
<li>
<a name="df"></a><b><font color="#000099" face="SimSun">df</font></b></li>

<br><font color="#ff0000">语法</font>：
<table bgcolor="#000000" border="1" cols="1" width="500">
<tbody><tr>
<td><font size="-1" face="SimSun"><font color="#ffffff">[root @tsai
/root ]# </font><font color="#ffff00">df -[ikm]</font></font>
<br><font size="-1" color="#ffffcc" face="SimSun">参数说明：</font>
<br><font size="-1" color="#ff9900" face="SimSun">-i:&#160; 使用
i-nodes 显示结果</font>
<br><font size="-1" color="#ff9900" face="SimSun">-k:&#160; 使用
KBytes 显示结果</font>
<br><font size="-1" color="#ff9900" face="SimSun">-m:&#160; 使用
MBytes 显示结果</font>
<br><font size="-1" color="#ffffcc" face="SimSun">范例：</font>
<br><font size="-1" face="SimSun"><font color="#ffffff">[root @test
/root ]# </font><font color="#ffff00">df -k&#160;</font><font color="#ffffff">&#160;&#160;&#160;&#160;&#160;</font><font color="#ff9900">
&lt;==以 KB 显示磁盘空间</font></font>
<br><font size="-1" color="#ffffff" face="SimSun">Filesystem&#160;&#160;&#160;&#160;&#160;&#160;&#160;&#160;&#160;&#160;
1k-blocks&#160;&#160;&#160;&#160;&#160; Used Available Use% Mounted on</font>
<br><font size="-1" color="#ffffff" face="SimSun">/dev/hda1&#160;&#160;&#160;&#160;&#160;&#160;&#160;&#160;&#160;&#160;&#160;&#160;&#160;
2118832&#160;&#160;&#160; 904600&#160;&#160; 1106600&#160; 45% /</font>