赵走x博客 - 开发者的网上家园

41、文件系统的特殊观察与操作

资源编号:76665 linux 鸟哥的Linux私房菜热度：121

原文：http://cn.linux.vbird.org/linux_basic/0230filesystem_6.php

文件系统实在是非常有趣的东西，鸟哥学了好几年还是很多东西不很懂呢！ 在学习的过程中很多朋友在讨论区都有提供一些想法！这些想法将他归纳起来有底下几点可以参考的数据呢！

# boot sector 与 superblock 的关系
在过去非常多的文章都写到启动管理程序是安装到 superblock 内的，但是我们由官方的 How to 文件知道，图解(图 1.3.1)的结果是将可安装启动信息的 boot sector (启动扇区) 独立出来，并非放置到 superblock 当中的！ 那么也就是说过去的文章写错了？这其实还是可以讨论讨论的！

经过一些搜寻，鸟哥找到几篇文章(非官方文件)的说明，大多是网友分析的结果啦！如下所示：(注10)

* The Second Extended File System: http://www.nongnu.org/ext2-doc/ext2.html
* *Rob's ext2 documentation: http://www.landley.net/code/toybox/ext2.html
* Life is different blog: ext2文件系统分析： http://www.qdhedu.com/blog/post/7.html

这几篇文章有几个重点，归纳一下如下：

* superblock 的大小为 1024 bytes；
* superblock 前面需要保留 1024 bytes 下来，以让启动管理程序可以安装。

分析上述两点我们知道 boot sector 应该会占有 1024 bytes 的大小吧！但是整个文件系统主要是依据 block 大小来决定的啊！ 因此要讨论 boot sector 与 superblock 的关系时，不得不将 block 的大小拿出来讨论讨论喔！

### block 为 1024 bytes (1K) 时：
如果 block 大小刚好是 1024 的话，那么 boot sector 与 superblock 各会占用掉一个 block ， 所以整个文件系统图示就会如同图 1.3.1 所显示的那样，boot sector 是独立于 superblock 外面的！ 由于鸟哥在基础篇安装的环境中有个 /boot 的独立文件系统在 /dev/hdc1 中，使用 dumpe2fs 观察的结果有点像底下这样(如果你是按照鸟哥的教学安装你的 CentOS 时，可以发现相同的情况喔！)：
```
[root@www ~]# dumpe2fs /dev/hdc1
dumpe2fs 1.39 (29-May-2006)
Filesystem volume name:   /boot
....(中间省略)....
First block:              1
Block size:               1024
....(中间省略)....

Group 0: (Blocks 1-8192)
  Primary superblock at 1, Group descriptors at 2-2
  Reserved GDT blocks at 3-258
  Block bitmap at 259 (+258), Inode bitmap at 260 (+259)
  Inode table at 261-511 (+260)
  511 free blocks, 1991 free inodes, 2 directories
  Free blocks: 5619-6129
  Free inodes: 18-2008
# 看到最后一个特殊字体的地方吗？ Group0 的 superblock 是由 1  号 block 开始喔！
```
由上表我们可以确实的发现 0 号 block 是保留下来的，那就是留给 boot sector 用的啰！ 所以整个分割槽的文件系统分区有点像底下这样的图示：

![image.png](https://www.handsomemark.com/api/v1.0/file/one/2020/07/07/d0a8b2e6-bfff-11ea-aa64-0242ac120002.png)
图 6.1.1、1K block 的 boot sector 示意图

### block 大于 1024 bytes (2K, 4K) 时：
如果 block 大于 1024 的话，那么 superblock 将会在 0 号！我们撷取本章一开始介绍 dumpe2fs 时的内容来说明一下好了！
```
[root@www ~]# dumpe2fs /dev/hdc2
dumpe2fs 1.39 (29-May-2006)
....(中间省略)....
Filesystem volume name:   /1 
....(中间省略)....
Block size:               4096
....(中间省略)....

Group 0: (Blocks 0-32767) 
  Primary superblock at 0, Group descriptors at 1-1
  Reserved GDT blocks at 2-626
  Block bitmap at 627 (+627), Inode bitmap at 628 (+628)
  Inode table at 629-1641 (+629)
  0 free blocks, 32405 free inodes, 2 directories
  Free blocks:
  Free inodes: 12-32416
```
我们可以发现 superblock 就在第一个 block (第 0 号) 上头！但是 superblock 其实就只有 1024bytes 嘛！ 为了怕浪费更多空间，因此第一个 block 内就含有 boot sector 与 superblock 两者 ！举上头的表格来说，因为每个 block 占有 4K ，因此在第一个 block 内 superblock 仅占有 1024-2047 ( 由 0 号起算的话)之间的咚咚，至于 2048bytes 以后的空间就真的是保留啦！而 0-1023 就保留给 boot sector 来使用。

![image.png](https://www.handsomemark.com/api/v1.0/file/one/2020/07/07/d9937328-bfff-11ea-8f9e-0242ac120002.png)
图 6.1.2、4K block 的 boot sector 示意图
因为上述的情况，如果在比较大的 block 尺寸(size)中，我们可能可以说你能够将启动管理程序安装到 superblock 所在的 block 号码中！就是上表的 0 号啰！但事实上还是安装到 boot sector 的保留区域中啦！所以说， 以前的文章说启动管理程序可以安装到 superblock 内也不能算全错～但比较正确的说法，应该是安装到该 filesystem 最前面的 1024 bytes 内的区域，就是 boot sector 这样比较好！

# 磁盘空间之浪费问题
我们在前面的 block 介绍中谈到了一个 block 只能放置一个文件， 因此太多小文件将会浪费非常多的磁盘容量。但你有没有注意到，整个文件系统中包括 superblock, inode table 与其他中介数据等其实都会浪费磁盘容量喔！所以当我们在 /dev/hdc6 创建起 ext3 文件系统时， 一挂载就立刻有很多容量被用掉了！

另外，不知道你有没有发现到，当你使用 ls -l 去查询某个目录下的数据时，第一行都会出现一个『total』的字样！ 那是啥东西？其实那就是该目录下的所有数据所耗用的实际 block 数量 * block 大小的值。 我们可以透过 ll -s 来观察看看上述的意义：
```
[root@www ~]# ll -s
total 104
 8 -rw------- 1 root root  1474 Sep  4 18:27 anaconda-ks.cfg
 8 -rw-r--r-- 2 root root   255 Jan  6  2007 crontab
 4 lrwxrwxrwx 1 root root    12 Oct 22 13:58 crontab2 -> /etc/crontab
48 -rw-r--r-- 1 root root 42304 Sep  4 18:26 install.log
12 -rw-r--r-- 1 root root  5661 Sep  4 18:25 install.log.syslog
 4 -rw-r--r-- 1 root root     0 Sep 27 00:25 test1
 8 drwxr-xr-x 2 root root  4096 Sep 27 00:25 test2
 4 -rw-rw-r-- 1 root root     0 Sep 27 00:36 test3
 8 drwxrwxr-x 2 root root  4096 Sep 27 00:36 test4
```
从上面的特殊字体部分，那就是每个文件所使用掉 block 的容量！举例来说，那个 crontab 虽然仅有 255bytes ， 不过他却占用了两个 block (每个 block 为 4K)，将所有的 block 加总就得到 104Kbytes 那个数值了。 如果计算每个文件实际容量的加总结果，其实只有 56.5K 而已～所以啰，这样就耗费掉好多容量了！

如果想要查询某个目录所耗用的所有容量时，那就使用 du 吧！不过 du 如果加上 -s 这个选项时， 还可以依据不同的规范去找出文件系统所消耗的容量喔！举例来说，我们就来看看 /etc/ 这个目录的容量状态吧！
```
[root@www ~]# du -sb /etc
108360494       /etc   <==单位是 bytes 喔！

[root@www ~]# du -sm /etc
118     /etc           <==单位是 Mbytes 喔！
```
使用 bytes 去分析时，发现到实际的数据占用约 103.3Mbytes，但是使用 block 去测试，就发现其实耗用了 118Mbytes， 此时文件系统就耗费了约 15Mbytes 啰！这样看的懂我们在讲的数据了吧？

# 利用 GNU 的 parted 进行分割行为
虽然你可以使用 fdisk 很快速的将你的分割槽切割妥当，不过 fdisk 却无法支持到高于 2TB 以上的分割槽！ 此时就得需要 parted 来处理了。不要觉得 2TB 你用不着！ 2009 年的现在已经有单颗硬盘高达 2TB 的容量了！ 如果再搭配主机系统有内建磁盘阵列装置，要使用数个 TB 的单一磁盘装置也不是不可能的！ 所以，还是得要学一下这个重要的工具！ parted ！

parted 可以直接在一行命令列就完成分割，是一个非常好用的命令！他的语法有点像这样：

[root@www ~]# parted [装置] [命令 [参数]]
选项与参数：
命令功能：
新增分割：mkpart [primary|logical|extended] [ext3|vfat] 开始 结束
分割表  ：print
删除分割：rm [partition]

范例一：以 parted 列出目前本机的分割表数据
```
[root@www ~]# parted /dev/hdc print
Model: IC35L040AVER07-0 (ide)              <==硬盘接口与型号
Disk /dev/hdc: 41.2GB                      <==磁盘文件名与容量
Sector size (logical/physical): 512B/512B  <==每个扇区的大小
Partition Table: msdos                     <==分割表形式

Number  Start   End     Size    Type      File system  Flags
 1      32.3kB  107MB   107MB   primary   ext3         boot
 2      107MB   10.6GB  10.5GB  primary   ext3
 3      10.6GB  15.8GB  5240MB  primary   ext3
 4      15.8GB  41.2GB  25.3GB  extended
 5      15.8GB  16.9GB  1045MB  logical   linux-swap
 6      16.9GB  18.9GB  2056MB  logical   ext3
 7      18.9GB  19.2GB  263MB   logical   linux-swap
[  1 ]  [  2 ]  [  3  ] [  4  ] [  5  ]   [  6  ]
```
上面是最简单的 parted 命令功能简介，你可以使用『 man parted 』，或者是『 parted /dev/hdc help mkpart 』去查询更详细的数据。比较有趣的地方在于分割表的输出。我们将上述的分割表示意拆成六部分来说明：

* Number：这个就是分割槽的号码啦！举例来说，1号代表的是 /dev/hdc1 的意思；
* Start：起始的磁柱位置在这颗磁盘的多少 MB 处？有趣吧！他以容量作为单位喔！
* End：结束的磁柱位置在这颗磁盘的多少 MB 处？
* Size：由上述两者的分析，得到这个分割槽有多少容量；
* Type：就是分割槽的类型，有primary, extended, logical等类型；
* File system：就如同 fdisk 的 System ID 之意。

接下来我们尝试来创建一个全新的分割槽吧！因为我们仅剩下逻辑分割槽可用，所以等一下底下我们选择的会是 logical 的分割类型喔！

范例二：创建一个约为 512MB 容量的逻辑分割槽
```
[root@www ~]# parted /dev/hdc mkpart logical ext3 19.2GB 19.7GB
# 请参考前一表格的命令介绍，因为我们的 /dev/hdc7 在 19.2GB  位置结束，
# 所以我们当然要由 19.2GB 位置处继续下一个分割，这样懂了吧？
[root@www ~]# parted /dev/hdc print
.....前面省略.....
 7      18.9GB  19.2GB  263MB   logical   linux-swap
 8      19.2GB  19.7GB  502MB   logical  <==就是刚刚创建的啦！
```
范例三：将刚刚创建的第八号磁盘分区槽删除掉吧！
```
[root@www ~]# parted /dev/hdc rm 8
# 这样就删除了！实在很厉害！所以这个命令的下达要特别注意！
# 因为...命令一下去就立即生效了～如果写错的话，会哭死～
```
关于 parted 的介绍我们就到这里啦！除非你有使用到大于 2TB 以上的磁盘， 否则请爱用 fdisk 这个程序来进行分割喔！拜托拜托！

# 重点回顾
* 基本上 Linux 的正统文件系统为 Ext2 ，该文件系统内的信息主要有：
	* superblock：记录此 filesystem 的整体信息，包括inode/block的总量、使用量、剩余量， 以及文件系统的格式与相关信息等；
	* inode：记录文件的属性，一个文件占用一个inode，同时记录此文件的数据所在的 block 号码；
	* block：实际记录文件的内容，若文件太大时，会占用多个 block 。
* Ext2 文件系统的数据存取为索引式文件系统(indexed allocation)
需要碎片整理的原因就是文件写入的 block 太过于离散了，此时文件读取的效能将会变的很差所致。 这个时候可以透过碎片整理将同一个文件所属的 blocks 汇整在一起。
* Ext2文件系统主要有：boot sector, superblock, inode bitmap, block bitmap, inode table, data block 等六大部分。
data block 是用来放置文件内容数据地方，在 Ext2 文件系统中所支持的 block 大小有 1K, 2K 及 4K 三种而已
* inode 记录文件的属性/权限等数据，其他重要项目为： 每个 inode 大小均固定为 128 bytes； 每个文件都仅会占用一个 inode 而已； 因此文件系统能够创建的文件数量与 inode 的数量有关；
* 文件的 block 在记录文件的实际数据，目录的 block 则在记录该目录底下文件名与其 inode 号码的对照表；
* 日志式文件系统 (journal) 会多出一块记录区，随时记载文件系统的主要活动，可加快系统复原时间；
* Linux 文件系统为添加效能，会让主存储器作为大量的磁盘高速缓存；
* 实体链接只是多了一个文件名对该 inode 号码的链接而已；
* 符号链接就类似Windows的快捷方式功能。
* 磁盘的使用必需要经过：分割、格式化与挂载，分别惯用的命令为：fdisk, mkfs, mount三个命令
* 启动自动挂载可参考/etc/fstab之配置，配置完毕务必使用 mount -a 测试语法正确否；

# 参考数据与延伸阅读
* 注1：根据The Linux Document Project的文件所绘制的图示，详细的参考文献可以参考如下连结：
Filesystem How-To: http://tldp.org/HOWTO/Filesystems-HOWTO-6.html
* 注2：参考维基百科所得数据，链接网址如下：
条目： Ext2 介绍 http://en.wikipedia.org/wiki/Ext2
* 注3：PAVE为一套秀图软件，常应用于数值模式的输出文件之再处理：
PAVE 使用手册： http://www.ie.unc.edu/cempd/EDSS/pave_doc/index.shtml
* 注4：详细的 inode 表格所定义的旗标可以参考如下连结：
John's spec of the second extended filesystem: http://uranus.it.swin.edu.au/~jn/explore2fs/es2fs.htm
* 注5：参考 Ext2 官网提供的解说文件，这份文件非常值得参考的！
文章名称：『Design and Implementation of the Second Extended Filesystem 』
http://e2fsprogs.sourceforge.net/ext2intro.html
* 注6：Red Hat 自己推出的白皮书内容：
文章名称：Whitepaper: Red Hat's New Journaling File System: ext3
http://www.redhat.com/support/wpapers/redhat/ext3/
* 注7：其他值得参考的 Ext2 相关文件系统文章之连结如下：
The Second Extended File System - An introduction: http://www.freeos.com/articles/3912/
ext3 or ReiserFS? Hans Reiser Says Red Hat's Move Is Understandable
http://www.linuxplanet.com/linuxplanet/reports/3726/1/ 文件系统的比较：维基百科：http://en.wikipedia.org/wiki/Comparison_of_file_systems
* 注8：NTFS 文件系统官网：Linux-NTFS Project: http://www.linux-ntfs.org/
* 注9： Linux 核心所支持的硬件之装置代号(Major, Minor)查询：
http://www.kernel.org/pub/linux/docs/device-list/devices.txt
* 注10：与 Boot sector 及 Superblock 的探讨有关的讨论文章：
The Second Extended File System: http://www.nongnu.org/ext2-doc/ext2.html
Rob's ext2 documentation: http://www.landley.net/code/toybox/ext2.html
Life is different blog: ext2文件系统分析： http://www.qdhedu.com/blog/post/7.html