10.2 Linux文件系統(tǒng)詳解

硬盤(pán)是用來(lái)存儲(chǔ)數(shù)據(jù)的，可以將其想象成柜子，只不過(guò)柜子是用來(lái)存儲(chǔ)衣物的。新買(mǎi)來(lái)的硬盤(pán)，通常要對(duì)其進(jìn)行分區(qū)并格式化，分區(qū)就如同把一個(gè)大柜按照要求分割成幾個(gè)小柜子（組合衣柜)；格式化就好比在每個(gè)小柜子中打入隔斷，決定每個(gè)隔斷的大小和位置，然后在柜門(mén)上貼上標(biāo)簽，標(biāo)簽中寫(xiě)清楚每件衣服保存的隔斷的位置和這件衣服的一些特性（比如衣服是誰(shuí)的，衣服的顏色、大小等）。

很多初學(xué)者認(rèn)為，對(duì)硬盤(pán)進(jìn)行格式化，只是清除了硬盤(pán)中的數(shù)據(jù)，其實(shí)不然，格式化過(guò)程中還向硬盤(pán)中寫(xiě)入了文件系統(tǒng)。因?yàn)椴煌牟僮飨到y(tǒng)，管理系統(tǒng)中文件的方式也不盡相同（給文件設(shè)定的屬性和權(quán)限也不完全一樣），因此，為了使硬盤(pán)有效存放當(dāng)前系統(tǒng)中的文件數(shù)據(jù)，就需要將硬盤(pán)進(jìn)行格式化，令其使用和操作系統(tǒng)一樣（或接近）的文件系統(tǒng)格式。

各操作系統(tǒng)使用的文件系統(tǒng)并不相同，例如，Windows 98 以前的微軟操作系統(tǒng)使用 FAT（FAT16）文件系統(tǒng)，Windows 2000 以后的版本使用 NTFS 文件系統(tǒng)，而 Linux 的正統(tǒng)文件系統(tǒng)是 Ext2。

既然格式化的真實(shí)目的是為了寫(xiě)入文件系統(tǒng)，那么，Linux 中的文件系統(tǒng)到底是什么，又是如何運(yùn)作的呢？

在 CentOS 6.3 系統(tǒng)中，默認(rèn)的文件系統(tǒng)是 Ext4，它是 Ext3（Ext2） 文件系統(tǒng)的升級(jí)版，在性能、伸縮性和可靠性方面進(jìn)行了大量改進(jìn)，變化可以說(shuō)是翻天覆地的，比如：

向下兼容 Ext3；

最大 1EB 文件系統(tǒng)和 16TB 文件；

無(wú)限數(shù)量子目錄；

Extents 連續(xù)數(shù)據(jù)塊概念；

多塊分配、延遲分配、持久預(yù)分配；

快速 FSCK、日志校驗(yàn)、無(wú)日志模式、在線碎片整理、inode 增強(qiáng)、默認(rèn)啟用 barrier 等；

不同的文件系統(tǒng)，其運(yùn)作模式和操作系統(tǒng)的文件數(shù)據(jù)有關(guān)。拿 Linux 操作系統(tǒng)中的文件為例，文件數(shù)據(jù)不僅包括文件中的內(nèi)容，還包含非常多的文件屬性，例如文件的 rwx 權(quán)限以及文件所有者、所屬組、創(chuàng)建時(shí)間等。

通常情況下，文件系統(tǒng)會(huì)將文件的實(shí)際內(nèi)容和屬性分開(kāi)存放：

文件的屬性保存在 inode 中（i 節(jié)點(diǎn)）中，每個(gè) inode 都有自己的編號(hào)。每個(gè)文件各占用一個(gè) inode。不僅如此，inode 中還記錄著文件數(shù)據(jù)所在 block 塊的編號(hào)；

文件的實(shí)際內(nèi)容保存在 block 中（數(shù)據(jù)塊），類似衣柜的隔斷，用來(lái)真正保存衣物。每個(gè) block 都有屬于自己的編號(hào)。當(dāng)文件太大時(shí)，可能會(huì)占用多個(gè) block 塊。

另外，還有一個(gè) super block（超級(jí)塊）用于記錄整個(gè)文件系統(tǒng)的整體信息，包括 inode 和 block 的總量、已經(jīng)使用量和剩余量，以及文件系統(tǒng)的格式和相關(guān)信息等。

由此我們可以推斷出，只要能找到文件 inode 所在的位置，自然就能知道這個(gè)文件存放數(shù)據(jù)的 block 號(hào)，從而找到文件的實(shí)際數(shù)據(jù)。整個(gè)過(guò)程如圖 1 所示。

圖 1 中，文件系統(tǒng)先格式化出 inode 和 block 塊，假設(shè)某文件的權(quán)限和屬性信息存放到 inode 4 號(hào)位置，這個(gè) inode 記錄了實(shí)際存儲(chǔ)文件數(shù)據(jù)的 block 號(hào)有 4 個(gè)，分別為 2、7、13、15，由此，操作系統(tǒng)就能快速地找到文件數(shù)據(jù)的存儲(chǔ)位置。

這種管理文件的系統(tǒng)稱為索引式文件系統(tǒng)，Linux 文件系統(tǒng)（Ext 系列）就屬于索引式文件系統(tǒng)。

注意，inode 節(jié)點(diǎn)并不存儲(chǔ)文件的文件名，因?yàn)槲募俏募谀夸浀臄?shù)據(jù)，所以會(huì)保存在上一級(jí)目錄的 block 塊中。前面章節(jié)在講權(quán)限命令的時(shí)候說(shuō)過(guò)，要對(duì)文件的上一級(jí)目錄擁有 w 權(quán)限，才能刪除目錄中的文件，就是因?yàn)槲募潜４嬖谀夸浀?block 中的。

Linux支持的常見(jiàn)文件系統(tǒng)

Linux 系統(tǒng)能夠支持的文件系統(tǒng)非常多，除 Linux 默認(rèn)文件系統(tǒng) Ext2、Ext3 和 Ext4 之外，還能支持 fat16、fat32、NTFS（需要重新編譯內(nèi)核）等 Windows 文件系統(tǒng)。也就是說(shuō)，Linux 可以通過(guò)掛載的方式使用 Windows 文件系統(tǒng)中的數(shù)據(jù)。Linux 所能夠支持的文件系統(tǒng)在 “/usr/src/kemels/當(dāng)前系統(tǒng)版本/fs” 目錄中（需要在安裝時(shí)選擇），該目錄中的每個(gè)子目錄都是一個(gè)可以識(shí)別的文件系統(tǒng)。我們介紹較為常見(jiàn)的 Linux 支持的文件系統(tǒng)，如表 1 所示。

本小節(jié)的內(nèi)容基于底層，不是很好理解。如果大家實(shí)在看不明白，也沒(méi)有關(guān)系，這一小節(jié)的內(nèi)容并不影響對(duì) Linux 的操作和使用，也不影響我們后面的學(xué)習(xí)。

Linux Windows

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