1.硬盘结构

文件系统结构，理解文件系统，要从文件储存说起。

硬盘结构：

硬盘相关专业术语：

硬盘的内部是金属盘片，将圆形的盘片划分成若干个扇形区域，这就是扇区。若干个扇区就组成整个盘片。为什么要分扇区？是逻辑化数据的需要，能更好的管理硬盘空间。以盘片中心为圆心，把盘片分成若干个同心圆，那每一个划分圆的“线条”，就称为磁道。

硬盘内的盘片有两个面，都可以储存数据，而硬盘内的盘片往往不止一张，常见的有两张，那么，两张盘片中相同位置的磁道，就组成一个“柱面”，盘片中有多少个磁道，就有多少个柱面。盘片两面都能存数据，要读取它，必须有磁头，所以，每一个面，都有一个磁头，一张盘片就有两个磁头。

硬盘的存储容量=磁头数×磁道（柱面）数×每道扇区数×每道扇区字节数

磁道从外向内自0开始顺序进行编号，各个磁道上的扇区数是在硬盘格式化时确定的。

文件储存在硬盘上，硬盘的最小存储单位叫做"扇区"（Sector）。每个扇区储存512字节（相当于0.5KB）。

比较古老的CHS(Cylinder/Head/Sector：磁头(Heads)、柱面(Cylinder)、扇区(Sector)）结构体系.因为很久以前，在硬盘的容量还非常小的时候，人们采用与软盘类似的结构生产硬盘。也就是硬盘盘片的每一条磁道都具有相同的扇区数，由此产生了所谓的3D参数，即是磁头数（Heads）、柱面数（Cylinders）、扇区数（Sectors）以及相应的3D寻址方式。

互动：如上的磁盘结构有没有问题？？？
这种结构有问题：
以前老式的磁盘，每个磁道的扇区都一样，这样外磁道整个弧长要大于内部的扇区弧长，因而其磁记录密度就要比内部磁道的密度要小。最终，导致了外部磁道的空间浪费。

如果你是磁盘设计工程师，你打算怎么解决？你选择下面哪种方法？

方法1：每个磁道的宽度不一样，从而让每个扇区面积尽量一样
方法2：不再一刀切，让磁道中的扇区数量可以不一样

现在硬盘都采用这种技术：ZBR（Zoned Bit Recording）区位记录（Zoned zōnd ）
Zoned-bit recording（ZBR 区位记录）是一种物理优化硬盘存储空间的方法，此方法通过将更多的扇区放到磁盘的外部磁道而获取更多存储空间。

ZBR磁盘扇区结构示意图

互动:从外面读数据快？还是从里面快？

使用ZBR区位记录法做的磁盘有以下特点：读外圈的数据快，读内圈的数据慢，所以测试硬盘经常看到读取速度越来越慢的曲线图就很正常了。

互动：windows 安装系统的 C 盘或 Linux boot
      分区一般安装在磁盘最外面还是最里面？
      windows ： C 盘安装最外，速度也是最快
      Linux ： boot 分区和 swap 分区，装最外面
      磁盘写数据时，先从外面往里。

2.簇和block

windows上的簇类似于Linux系统中的block

可以理解为簇是Windows上的说法，而块是Linux上的说法

例：在win10系统，新一个文本文件“新建文本文档. txt”，只输入aa两个字符。

右击属性查看大小：说明我的NTFS文件系统中默认的簇大小为4KB

3.文件系统结构

Linux文件系统由三部分组成：文件名，inode，block
Linux文件系统：ext3,ext4，xfs
windows文件系统：FAT32，NTFS

3.1、文件名

[root@exercise1 ~]# cp /etc/passwd /opt/a.txt[root@exercise1 ~]# ls /opt/a.txt   #a.txt就是文件名
/opt/a.txt

3.2、inode的内容

inode包含文件的元信息，具体来说有以下内容：

*文件的字节数

*文件拥有者的UserID

*文件的GroupID

*文件的读、写、执行权限

*文件的时间戳，共有三个：ctime 指 inode 上一次变动的时间，mtime指文件内容上一次变动的时间，atime 指文件上一次打开的时间。

*链接数，即有多少文件名指向这个inode

*文件数据 block 的位置

可以用stat命令，查看某个文件的 inode 信息

[root@exercise1 ~]# stat /opt/a.txt 文件："/opt/a.txt"大小：933           块：8          IO 块：4096   普通文件
设备：803h/2051d    Inode：16784851    硬链接：1
权限：(0644/-rw-r--r--)  Uid：(    0/    root)   Gid：(    0/    root)
环境：unconfined_u:object_r:usr_t:s0
最近访问：2022-02-02 09:37:44.598359017 +0800
最近更改：2022-02-02 09:37:44.598359017 +0800
最近改动：2022-02-02 09:37:44.598359017 +0800
创建时间：-

inode 的大小

inode也会消耗硬盘空间，所以硬盘格式化的时候，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。

**每个inode节点的大小，一般是128字节或256字节。inode节点的总数，在格式化时就给定，假定在一块1GB的硬盘中，每个inode节点的大小为128字节，每1KB就设置一个inode，那么inode 表的大小就会达到 128MB，占整块硬盘的12.8%。 **

inode号码
每个inode都有一个号码，操作系统用inode号码来识别不同的文件。

Unix/Linux系统内部不使用文件名，而使用inode号码来识别文件。对于系统来说，文件名只是inode号码便于识别的别称或者绰号。表面上，用户通过文件名，打开文件。实际上，系统内部这个过程分成三步：首先，系统找到这个文件名对应的inode号码；其次，通过inode号码，获取inode信息；最后，根据inode信息，找到文件数据所在的block，读出数据。

例子：

例1：使用ls -i命令，可以看到文件名对应的inode号码

[root@exercise1 ~]# ls -i /opt/a.txt
16784851 /opt/a.txt
[root@exercise1 ~]#

例2：查看每个硬盘分区的inode总数和已经使用的数量，可以使用df命令。

[root@exercise1 ~]# df -i
文件系统         Inode 已用(I) 可用(I) 已用(I)% 挂载点
/dev/sda3      9334272   39225 9295047       1% /
devtmpfs        122504     390  122114       1% /dev
tmpfs           124962       1  124961       1% /dev/shm
tmpfs           124962     477  124485       1% /run
tmpfs           124962      16  124946       1% /sys/fs/cgroup
/dev/sr0             0       0       0        - /mnt
/dev/sda1       102400     327  102073       1% /boot
tmpfs           124962       1  124961       1% /run/user/0
[root@exercise1 ~]#

注：由于每个文件都必须有一个inode，因此有可能发生inode已经用光，但是硬盘还未存满的情况。这时，就无法在硬盘上创建新文件。

3.3、目录文件

Unix/Linux系统中，目录（directory）也是一种文件。打开目录，实际上就是打开目录文件。目录文件的结构非常简单，就是一系列目录项的列表。每个目录项，由两部分组成：所包含文件的文件名，以及该文件名对应的inode号码。

例：ls-i命令列出整个目录文件，即文件名和inode号码

[root@exercise1 ~]# ls -i /opt/
16784851 a.txt  16784824 grub2.tar.gz

3.4、block块大小

block是真正存储数据的地方。
block是文件系统中最小的存储单位
扇区是磁盘中最小的存储单位

在linux下中叫：block，在windows中叫：簇

互动：为什么要有block，直接使用扇区可以吗？,

操作系统读取硬盘的时候，不会一个个扇区（512字节）地读取，这样效率太低，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"块"，是文件存取的最小单位。"块"的大小，最常见的是1KB，即连2个sector扇区组成一个block。

情景：如果没有block？会怎么样？夜深人静，下了3.6G 的电影，一次读512KB，寻址次太多，太慢了。。。结果。。。你懂得。。。？
结果:电影看成了jpg

案例

例1：格式化修改磁盘，修改簇大小

实战：簇和 block 大小设定
簇和block调大：
优点：速度快，节约寻找时间，缺点：空间浪费
比如：2T硬盘,前1.5Ｔ，使用4K簇，把剩下的500G格式化成64K簇。用空间换时间

例2：查看Linux系统块大小

[root@exercise1 ~]# stat /etc/passwd |grep IO大小：933          块：8          IO 块：4096   普通文件
[root@exercise1 ~]#
#block是4K

总结：
硬盘的结构：ZBR区位记录

inode（inode表中主要看inode号）
inode号唯一标识一个文件（一个文件系统里面）
inode用完了，文件就不能创建了。
inode数据量设置大一些：可以创建多个文件。占用空间比较大
inode数据量设置小一些：可以创建很少文件。占用空间比较小

block
block设置大：效率高，利用率低。
block设置小：效率低，利用率高。

3.5使用du命令查看文件大小

-a 列出所有的文件与目录容量
-s 列出目录容量(只列出目录以及当前目录下的内容，不会把下一级的内容列出)
-h 较易读的容量格式显示

[root@exercise1 opt]# du   #显示目录或者文件所占空间
3048    .

[root@exercise1 opt]# du -a #显示目录占用的磁盘空间大小，还要显示其下目录和文件占用磁盘空间的大小
3044 ./grub2.tar.gz
4 ./a.txt
3048 .

[root@exercise1 opt]# du -ah #查看所有文件和目录大小以较易读的容量格式显示
3.0M ./grub2.tar.gz
4.0K ./a.txt
3.0M .

[root@exercise1 opt]# du -sh #查看当前目录总共占的容量。而不单独列出各子项占用的容量
3.0M .

[root@exercise1 opt]# du -sh /* #查看指定文件大小
0 /bin
87M /boot
0 /dev
60M /etc
36K /home
0 /lib
0 /lib64
0 /media
4.3G /mnt
3.0M /opt
du: 无法访问"/proc/3635/task/3635/fd/4": 没有那个文件或目录
du: 无法访问"/proc/3635/task/3635/fdinfo/4": 没有那个文件或目录
du: 无法访问"/proc/3635/fd/4": 没有那个文件或目录
du: 无法访问"/proc/3635/fdinfo/4": 没有那个文件或目录
0 /proc
104K /root
13M /run
0 /sbin
0 /srv
0 /sys
4.0K /tmp
983M /usr
1.2G /var

4、文件的硬链接和软链接

4.1、Linux链接概念

Linux链接分两种，一种被称为硬链接（HardLink），另一种被称为软链接，即符号链接（SymbolicLink）。默认情况下，ln命令产生硬链接。

【硬连接】：硬连接指通过索引节点号来进行连接。inode是可以对应多个文件名的
在Linux的文件系统中，保存在磁盘分区中的文件不管是什么类型都给它分配一个编号，称为索引节点号(InodeIndex)。
在Linux中，多个文件名可以指向同一索引节点。一般这种连接就是硬连接。
硬连接的作用是允许一个文件拥有多个有效路径名，这样用户就可以建立硬连接到重要文件，以防止“误删”的功能。
只删除一个连接并不影响索引节点本身和其它的连接，只有当最后一个连接被删除后，文件的数据块及目录的连接才会被释放。也就是说，文件真正删除的条件是与之相关的所有硬连接文件均被删除。

【软连接】：另外一种连接称之为符号连接（SymbolicLink），也叫软连接。软链接文件有类似于Windows的快捷方式。它实际上是一个特殊的文件。在符号连接中，文件实际上是一个文本文件，其中包含的有另一文件的位置信息

4.2、实战-1:ln命令创建硬链接

语法格式：ln 源文件目标文件

[root@exercise1 opt]# echo 1111>a.txt

硬链接的原理就是多个文件名指向同一个inode，因此多个文件名共用一个inode号，达到共享与备份的目的
注意：源文件被删除，不影响链接文件的正常使用

硬链接不能针对目录创建

硬链接不能跨分区进行创建

硬链接的特点:无法针对目录,跨分区无法实现。因为每个分区都有自己独立的INDOE编号

4.3、互动：为什么刚创建的一个目录，链接数就是2？

[root@exercise1 opt]# ln a.txt b.txt

[root@exercise1 opt]# ll
-rw-r–r–. 2 root root 0 2月 2 14:49 b.txt

默认新一个空目录，此目录的第二字段就是2（包含两个隐藏目录，因为每一个目录都有一个指向它
本身的子目录".“和指向它上级目录的子目录”…"），所以隐藏目录.是一个链接，隐藏目录…是第二个链接

[root@exercise1 opt]# ll -id test/ #两个inode号是一样的
2453723 drwxr-xr-x 2 root root 6 2月 2 15:55 test/

[root@exercise1 opt]# ll -id test/.
2453723 drwxr-xr-x 2 root root 6 2月 2 15:55 test/.

4.4、ln -s创建软连接

软链接：相当于windows中的快捷方式

语法：ln -s 源文件软链接的名字

[root@exercise1 opt]# cp /etc/passwd /opt/a.txt [root@exercise1 opt]# ln -s /opt/a.txt /opt/a-link.txt[root@exercise1 opt]# ll /opt/a-link.txt
lrwxrwxrwx. 1 root root 10 2月   2 20:04 /opt/a-link.txt -> /opt/a.txt[root@exercise1 opt]# rm -rf /opt/a.txt [root@exercise1 opt]# ll /opt/a-link.txt
lrwxrwxrwx. 1 root root 10 2月   2 20:04 /opt/a-link.txt -> /opt/a.txt

注：源文件被删除，链接文件失效

例2：能针对目录和跨分区创建软链接

[root@exercise1 opt]# ln -s /boot/grub /opt/grub-link
[root@exercise1 opt]# ll -d /opt/grub-link
lrwxrwxrwx. 1 root root 10 2月   2 20:08 /opt/grub-link -> /boot/grub

能跨分区创建（源文件必须写绝对路径）

[root@exercise1 opt]# cd /boot/
[root@exercise1 opt]# ln -s ./grub/root/aaa
[root@exercise1 opt]# ll /root/aaa
lrwxrwxrwx. 1 root root 10 2月   2 20:08 /root/aaa->./grub  #报错了

5.inode的特殊作用

由于inode号码与文件名分离，这种机制导致了一些Unix/Linux系统特有的现象。

1. 有时，文件名包含特殊字符，无法正常删除。这时，直接删除inode节点，就能起到删除文件的作用。
2. 移动文件或重命名文件，只是改变文件名，不影响 inode 号码。
3. 打开一个文件以后，系统就以 inode 号码来识别这个文件，不再考虑文件名。因此，通常来说，系统无法从 inode 号码得知文件名。

互动：为什么每次修改完服务器配置文件后，都需要重新加载一下配置文件？
因为 vim(vi) 每次修改完后，Inode 号都会变。

[root@exercise1 opt]# cp /etc/passwd /opt/passwd
[root@exercise1 opt]# ls -i /opt/passwd
16784824 /opt/passwd
[root@exercise1 opt]# vim /opt/passwd   #添加一些内容
[root@exercise1 opt]# ls -i /opt/passwd
16784851 /opt/passwd

这就是为什么每次修改完服务器的配置文件，都要重启服务，重新读一下配置文件。

注：当生成硬链接时，修改文件，不会改变inode号码

[root@home abc]# ll -i
总用量 8
67 -rwxr-xr-x 2 root root 4 7月  26 14:52 a.txt
67 -rwxr-xr-x 2 root root 4 7月  26 14:52 a.txt.bak
68 -rw-r--r-- 1 root root 0 7月  26 15:18 b.txt
[root@home abc]# vim a.txt
[root@home abc]# ll -i
总用量 8
67 -rwxr-xr-x 2 root root 40 7月  26 15:19 a.txt
67 -rwxr-xr-x 2 root root 40 7月  26 15:19 a.txt.bak
68 -rw-r--r-- 1 root root  0 7月  26 15:18 b.txt

总结：

硬链接与软链接的区别：

1.硬链接文件与源文件的inode节点号相同，而软链接文件的inode节点号与源文件不同

2.软链接能针对目录和跨分区创建软链接，硬链接只能针对文件 ==> 软链接可以跨文件系统，硬链接不可跨文件系统

3.删除软链接文件，对源文件及硬链接文件无任何影响;删除文件的硬链接文件，对源文件及软链接文件无任何影响;删除链接文件的源文件，对硬链接文件无影响，会导致其软链接失效;同时删除源文件及其硬链接文件，整个文件才会真正的删除

6.实战：解决磁盘有空间但创建不了文件-修复服务器文件系统

解决磁盘有空间但创建不了文件

实战场景：在一台配置较低的Linux服务器（内存、硬盘比较小）的/data分区内创建文件时，系统
提示磁盘空间不足，用df -h命令查看了一下磁盘使用情况，发现/data分区只使用了80%，还有1.9G的剩余空间，但是无法创建新的文件。当时使用的是root用户。服务器没有被黑。

[root@exercise1 opt]# df -h
文件系统          容量  已用  可用   已用% 挂载点
/dev/sda3        18G  2.3G   16G   13% /
devtmpfs        479M     0  479M    0% /dev
tmpfs           489M     0  489M    0% /dev/shm
tmpfs           489M   19M  470M    4% /run
tmpfs           489M     0  489M    0% /sys/fs/cgroup
/dev/sr0        4.3G  4.3G     0  100% /mnt
/dev/sda1       197M   97M  100M   50% /boot
tmpfs            98M     0   98M    0% /run/user/0
/dev/sdb1         5G    4G    1G   80% /opt/abc

常识：只要权限够，磁盘上有空间一定可以创建文件。这个是错的。

排查：

模拟情况
[root@base  ~]#df  -i
文件系统        Inode      已用(I)       可用(I)        已用(I)%      挂载点
/dev/sdb1     5242880  5242880      0               100%            /

后来用df-i查看了一下/data所在的分区的索引节点(inode)，发现已经用满(IUsed=100%)，导
致系统无法创建新目录和文件。

查找原因：
/data/cache目录中存在数量非常多的小字节缓存文件，占用的Block不多，但是占用了大量的inode。

解决方案
解决方案1：删除/data/cache目录中的部分文件，释放出/data分区的一部分inode。
解决方案2: 在/data备份好一些文件，然后删除这些文件，释放一些inode，然后创建一个文件夹/data/cache2。在cache2下挂载一个新分区：sda4，下次写数据需要写到新分区cache2目录下。

inode分区完后，可以增加吗？不可以。inode总数是在格式化时定下来。

格式化给文件系统的时候可以指定大小

[root@base  ~]# mkfs.xfs  -I  500000000000  /dev/sda1#可以指定大小
参数：
[-ibytes-per-inode][-I  inode-size]

13.Linux文件系统结构相关推荐

linux学习零基础教学课程：Linux文件系统结构
全套学习资料移步至公众号[学神来啦]更多学习资料添加扣扣资源群:661308959 本节所讲内容: 13.1 硬盘结构 13.2 文件系统结构 13.2 硬链接和软链接 13.4 ...
Linux 文件系统结构
Linux 文件系统简介将二进制的数据还原为人类能看懂的文件形式,这个工作就是由文件系统来完成.由于使用场合.使用环境的不同, Linux 有多种文件系统,不同的文件系统支持不同的体系. 文件系统 ...
linux fdisk 权限不够,Linux 文件系统结构、磁盘的管理
1.linux文件系统内没有文件的创建时间. 2.个人版RHEL8.0,RHEL9.企业版RHEL5U4,RHEL5U5. 3.cat /etc/issue查看系统版本的文件. 4.ext2无法灾难恢 ...
unix/linux 文件系统结构浅析
一.物理磁盘到文件系统文件系统用来存储文件内容.文件属性.和目录.这些类型的数据如何存储在磁盘块上的呢?unix/linux使用了一个简单的方法.如图所示. 它将磁盘块分为三个部分: 1)超级块,文 ...
Linux 文件系统结构介绍
Linux中的文件是什么?它的文件系统又是什么?那些配置文件又在哪里?我下载好的程序保存在哪里了?在 Linux 中文件系统是标准结构的吗?好了,上图简明地阐释了Linux的文件系统的层次关系.当你苦 ...
查看linux文件系统结构,linux的文件系统架构
linux的文件系统是由若干个树形以及链表的结构组成的,其中众所周知,所有的目录和文件组成了视觉上"一棵"树,在这"一棵"树背后有一条挂载链表,如果说每一个文件 ...
Linux文件系统结构
一. / ---- 根目录(唯一) /- --bin:(binary的简写),存的是一些系统级别的命令文件,轻易不要在该文件夹下操作文件. --dev:(device的简写),可以挂载一些其它设备. ...
查看linux文件系统结构,如何查看Linux系统架构类型
如何查看Linux系统架构类型很多时候,我们都需要查看当前 Linux 系统是 32 位还是 64 位系统架构类型,本文中我将向大家推荐 5 条常用命令.无论你使用的是桌面版或是只装了文本界面的 L ...
linux 文件操作编程,Linux系统编程------------文件操作(基础)
一.文件操作 1.1 Linux文件系统结构 1.1.1 Linux常见系统目录 /bin : 存放普通系统可执行的命令(ls wc等) /sbin : 存放系统管理程序(fsck等) /b ...

13.Linux文件系统结构