摘要:扇区是磁盘的最小组成单元,通常是字节。磁盘的柱面数与一个盘面上的磁道数是相等的。由于每个盘面都有自己的磁头,因此,盘面数等于总的磁头数。
磁盘的组成
磁盘由磁盘盘,机械手臂,磁盘读取头、主轴马达组成 磁盘盘有两种单位,1.扇区,2.磁道 扇区的物理量设计有两种大小,1. 512bytes,2.4Kbytes盘片 片面 和 磁头
参考地 址https://www.cnblogs.com/jswang/p/9071847.html
硬盘中一般会有多个盘片组成,每个盘片包含两个面,每个盘面都对应地有一个读/写磁头。 受到硬盘整体体积和生产成本的限制,盘片数量都受到限制,一般都在5片以内。 盘片的编号自下向上从0开始,如最下边的盘片有0面和1面,再上一个盘片就编号为2面和3面。 如下图:
图1
扇区 和 磁道下图显示的是一个盘面,盘面中一圈圈灰色同心圆为一条条磁道, 从圆心向外画直线,可以将磁道划分为若干个弧段,每个磁道上一个弧段被称之为一个扇区(图践绿色部分)。 扇区是磁盘的最小组成单元,通常是512字节。(由于不断提高磁盘的大小,部分厂商设定每个扇区的大小是4096字节)
图2
磁头 和 柱面硬盘通常由重叠的一组盘片构成,每个盘面都被划分为数目相等的磁道,并从外缘的“0”开始编号,具有相同编号的磁道形成一个圆柱,称之为磁盘的柱面。 磁盘的柱面数与一个盘面上的磁道数是相等的。由于每个盘面都有自己的磁头,因此,盘面数等于总的磁头数。 如下图
图3
磁盘分区 为什么需要磁盘分区把不同文件放于不同分区 ex:1.系统文件在一分区,2.数据文件在二分区,3.日志文件在三分区 1.易于管理和使用 2.有利于数据安全; 3.节约寻找文件的时间磁盘分区方式-MSDOS(MBR)|GPT
一圈一圈的磁柱与分区有什么关系呢?爱的魔力转圈圈
从外圈0开始形成一个一个的磁柱,磁柱是分区槽的最小单位,意味着比如A分区最少为1磁柱,这个是MBR分区方式 但是GPT,由于GPT的分区表有更大的空间支持,所以分区的最小单位为1扇区
MBR简介
MSDOS 全称Microsoft Disk Operating system 微软磁盘操作系统 MBR 全称 Master Boot record-主要开机记录取 由于linux早期为了兼容Windows磁盘,因此使用的是Windows的MBR的方式来处理开机管理程序与分区表
MBR
MBR一般存在磁盘的第一个扇区 磁盘的第一个扇区 1.由主要启动记录器MBR:可以安装开机管理程序的地方,446bytes 2.分区表:记录整颗磁盘的分区状态,64bytes; 由于分区表只有64bytes,所以只能记录4组记录,意味着只能有4个分区
分区类型
分区类型有两种1.主分区primary partion和2.Extended partion 扩展分区 主分区最多有4个,扩展分区最多有一个 因为扩展分区Extened还可以拆分成多个逻辑分区Logical partion 同时由于分区的最小单位为连续的磁道组成的磁柱,因此把扩展分区Extended partion放在最后一个分区 同时Extended 也方便扩容 推荐的分区方式 P P P E(L,L,L...)
MBR的限制
1.操作系统无法抓取到2.2T以上的磁盘容量,因此要把磁盘一个一个拆出来 拆成逻辑分区 2.同时MBR只存在于一个扇区,如果损坏,将无法使用 3.MBR的开机管理程序区块只有446bytes,无法容纳更多的代码
所以出现了GPT分区,GPT分区解决了上述问题
GPT
GPT扇区大小 512bytes----4KBytes 早期的扇区大小为:512bytes GPT为了兼容所有磁盘,因此在扇区的定义上,大多使用逻辑区块地址(Logical Address,LBA)512bytes GPT使用了34个LBA区块记录分区信息,整个磁盘的最后33个LBA也拿来做备份 这样GPT就解决了 1.操作系统无法抓取2.2T以上的磁盘容量 2.如果GPT的扇区损坏,可以用备份扇区 LBA0,存储了第一个阶段的开机管理程序 LBA1,GPT表头,记录了分区表的位置和大小和备份的分区表位置 LBA2-LBA33,实际记录分区信息lsblk(list block devices)
[root@VM_158_86_centos ~]# lsblk NAME MAJ:MIN RM SIZE RO TYPE MOUNTPOINT vda 253:0 0 50G 0 disk #硬盘 └─vda1 253:1 0 50G 0 part / #分区查看分区类型 parted
[root@VM_158_86_centos ~]# parted /dev/vda1 print Model: Virtio Block Device (virtblk) Disk /dev/vda1: 53.7GB Sector size (logical/physical): 512B/512B Partition Table: loop #这里显示为loop其实是为MBR,如果为GPT会显示gpt Disk Flags: Number Start End Size File system 标志 1 0.00B 53.7GB 53.7GB ext3文件系统 文件系统简诉
磁盘分区完毕后需要格式化,之后操作系统才能使用这个文件系统,为什么需要格式化呢? 因为每种操作系统设定的文件属性/权限并不相同 文件系统格式 windows98:FAT16 windows2000...:NTFS Linux:Ext2 传统的磁盘与文件系统应用中, 一个分区槽只能被格式化成为一个文件系统,也就是一个partion对应一个文件系统 新的磁盘与文件系统应用中, LVM:Logical Volume Manager,可以把一个partion格式化为多个文件系统 RAID:Redundant Arrays of Independent Drives,将多个分区槽合成一个文件系统 因此,目前我们在格式化时已经不再说针对partition来格式化了,一个可被挂载的数据为一个文件件系统,而不是一个分区槽文件系统三元素
superblock:记录此filesystem 的整体资讯,包括inode/block的总量、使用量、剩余量, 以及档案系统的格式与相关资讯等; inode:记录档案的属性,一个档案占用一个inode,同时记录此档案的资料所在的block 号码; block:实际记录档案的内容,若档案太大时,会占用多个block 。索引式文件系统
索引式 EXT2:有inode 记录了该文件所有占用的block号,可以直接通过inode取出所有block 非索引式 FAT:没有inode,不能直接取出全部,只能通过上一个block记录的下一个block取出
文件系统一开始将inode与block规划好了
档案系统一开始就将inode与block规划好了,除非重新格式化(或者利用resize2fs等指令变更档案系统大小),否则inode与block固定后就不再变动为什么需要 block group
当文件系统高达数百GB时,如果把inode和block放在一起,inode和block就会太过于庞大,为了方便管理 引入 block group 来处理
ext2文件系统格式化时候基本上是区分多个block group,每个block group都有独立的inode/block/superblock
并且文件系统最前面有一个启动扇区,相当于每个文件系统的挂载点,可以安装不同的开机管理程序
原则上,block 的大小与数量在格式化完就不能够再改变了(除非重新格式化); 每个block 内最多只能够放置一个档案的资料; 承上,如果档案大于block 的大小,则一个档案会占用多个block 数量; 承上,若档案小于block ,则该block 的剩余容量就不能够再被使用了(磁碟空间会浪费)。inode记录的属性
该文件的存取模式(read/write/excute); 该文件的拥有者与群组(owner/group); 该文件的容量; 该文件建立或状态改变的时间(ctime); 最近一次的读取时间(atime); 最近修改的时间(mtime); 定义文件特性的旗标(flag),如SetUID...; 该文件真正内容的指向(pointer);inode特性
每个inode 大小均固定为128 bytes (新的ext4 与xfs 可设定到256 bytes); 每个文件都仅会占用一个inode 而已; 承上,因此文件系统能够建立文件案数量与inode 的数量有关; 系统读取文件时需要先找到inode,并分析inode 所记录的权限与使用者是否符合,若符合才能够开始实际读取 block 的内容。block 与inode 的大小
block 为1, 2, 4K, inode 为128bytes 或256bytes
假设我一个档案有400MB 且每个block 为4K 时, 那么至少也要十万笔block 号码的记录呢!inode 哪有这么多可记录的资讯?
因此Inode记录block号码的区域被系统灵活的设计为 12个直接指向,1个间接指向,1个双间接指向,1个三间接指向,
**当block大小为1k(1024byte)时,每个block号码占用4byte,也就是1k能记录256个block号码
对应这256个block**
inode以及对应的1k单位block的单一文件大小限制
12个直接指向: 12*1K=12K 由于是直接指向,所以总共可记录12笔记录,因此总额大小为如上所示; 间接: 256*1K=256K 每笔block号码的记录会花去4bytes,因此1K的大小能够记录256笔记录,因此一个间接可以记录的档案大小如上; 双间接: 256*256*1K=256 2 K 第一层block会指定256个第二层,每个第二层可以指定256个号码,因此总额大小如上; 三间接: 256*256*256*1K=256 3 K 第一层block会指定256个第二层,每个第二层可以指定256个第三层,每个第三层可以指定256个号码,因此总额大小如上; 总额:将直接、间接、双间接、三间接加总,得到12 + 256 + 256*256 + 256*256*256 (K) = 16GB
当block为2k或4k时,计算结果也会相应的增大,分别为256GB和2TB
但是有些软件或文件系统不支持大于2k的block设计
superblock特性block 与inode 的总量; 未使用与已使用的inode / block 数量; block 与inode 的大小(block 为1, 2, 4K,inode 为128bytes 或256bytes); filesystem 的挂载时间、最近一次写入资料的时间、最近一次检验磁碟(fsck) 的时间等档案系统的相关资讯; 一个valid bit 数值,若此档案系统已被挂载,则valid bit 为0 ,若未被挂载,则valid bit 为1为什么一个文件系统只有一个superblock 而不是一个block group一个superblock
每个block group 都可能含有superblock 但是我们也说一个档案系统应该仅有一个superblock 而已,那是怎么回事啊? 事实上除了第一个block group 内会含有superblock 之外, 后续的block group不一定含有superblock , 而若含有superblock 则该superblock 主要是做为第一个block group 内superblock 的备份, 这样可以进行superblock的救援EXT家族查询inode block superblock
[root@VM_158_86_centos ~]# blkid /dev/vda1: UUID="49f819fd-e56d-48a4-86d3-7ebe0a68ec88" TYPE="ext3" [root@VM_158_86_centos ~]# dumpe2fs -h /dev/vda1 dumpe2fs 1.42.9 (28-Dec-2013) Filesystem volume name:查询inode号码Last mounted on: / Filesystem UUID: 49f819fd-e56d-48a4-86d3-7ebe0a68ec88 Filesystem magic number: 0xEF53 Filesystem revision #: 1 (dynamic) Filesystem features: has_journal ext_attr resize_inode dir_index filetype needs_recovery sparse_super large_file Filesystem flags: signed_directory_hash Default mount options: user_xattr acl Filesystem state: clean Errors behavior: Continue Filesystem OS type: Linux Inode count: 3276800 Block count: 13106944 Reserved block count: 655341 Free blocks: 10647845 Free inodes: 3163700 First block: 0 Block size: 4096 Fragment size: 4096 Reserved GDT blocks: 508 Blocks per group: 32768 Fragments per group: 32768 Inodes per group: 8192 Inode blocks per group: 512 Filesystem created: Thu Apr 21 15:00:29 2016 Last mount time: Thu May 23 12:02:40 2019 Last write time: Thu May 23 12:01:29 2019 Mount count: 16 Maximum mount count: -1 Last checked: Thu Apr 21 15:00:29 2016 Check interval: 0 ( ) Lifetime writes: 736 GB Reserved blocks uid: 0 (user root) Reserved blocks gid: 0 (group root) First inode: 11 Inode size: 256 Required extra isize: 28 Desired extra isize: 28 Journal inode: 8 First orphan inode: 139996 Default directory hash: half_md4 Directory Hash Seed: e74c0d45-bdb1-4aaa-9864-f29ad06e91c1 Journal backup: inode blocks Journal features: journal_incompat_revoke 日志大小: 128M Journal length: 32768 Journal sequence: 0x0066dd50 Journal start: 22289 Group 0: (Blocks 0-32767)- ##这个就是block group 0 主 superblock at 0, Group descriptors at 1-4 保留的GDT块位于 5-512 Block bitmap at 513 (+513), Inode bitmap at 514 (+514) Inode表位于 515-1026 (+515) 26201 free blocks, 8173 free inodes, 2 directories
[root@VM_158_86_centos ~]# ls -li 总用量 16 131079 -rw-------. 1 root root 2523 4月 21 2016 anaconda-ks.cfg 131086 drwxr-xr-x 2 root root 4096 9月 4 2018 dockerTest 133347 drwxr-xr-x 4 root root 4096 5月 17 16:08 linux_learn 223431 drwxr-xr-x 3 root root 4096 9月 29 2018 project目录的inode和block
当创建一个目录时,文件系统会分配一个inode以及至少一个block给目录 目录的inode:记录了目录的属性和权限,以及目录对应的block 目录的block:记录了该目录下的文件的inode和文件名 为什么文件系统会分配至少一个block,而不是一个? 一个block号占用4byte,一个文件名(文件名不相同)大概就6byte, 这样假如1个1k的block只能记录100个文件,那当超出的文件就只能有inode的下一个直接指向来处理
目录的block图:
文件的inode和block当创建一个文件时,其他都目录类似,只是文件的block存储的是真实的数据 当第一个block容量不够时,会用下一个直接指向,间接指向...目录树读取
inode本身并不记录文件名,文件名的记录是在目录的block当中。那么因为档名是记录在目录的block当中,因此当我们要读取某个档案时,就务必会经过目录的inode与block ,然后才能够找到那个待读取档案的inode号码,最终才会读到正确的档案的block内的资料。 由于目录树是由根目录开始读起,因此系统透过挂载的信息可以找到挂载点的inode 号码,此时就能够得到根目录的inode 内容,并依据该inode 读取根目录的block 内的档名资料,再一层一层的往下读到正确的档名如果我想要读取/etc/passwd 这个档案时,系统是如何读取的呢?
[root@VM_158_86_centos sbin]# ll -di / /etc /etc/passwd 2 dr-xr-xr-x. 21 root root 4096 6月 11 16:48 / 458753 drwxr-xr-x. 89 root root 12288 5月 27 16:49 /etc 459310 -rw-r--r-- 1 root root 1833 5月 27 16:49 /etc/passwd
/的inode: 透过挂载点的信息找到inode号码为128的根目录inode,且inode规范的权限让我们可以读取该block的内容(有r与x) ; /的block: 经过上个步骤取得block的号码,并找到该内容有etc/目录的inode号码(33595521); etc/的inode: 读取33595521号inode得知dmtsai具有r与x的权限,因此可以读取etc/的block内容; etc/的block: 经过上个步骤取得block号码,并找到该内容有passwd档案的inode号码(36628004); passwd的inode: 读取36628004号inode得知dmtsai具有r的权限,因此可以读取passwd的block内容; passwd的block: 最后将该block内容的资料读出来。文件的存取
先确定使用者对于欲新增档案的目录是否具有w 与x 的权限,若有的话才能新增; 根据inode bitmap 找到没有使用的inode 号码,并将新档案的权限/属性写入; 根据block bitmap 找到没有使用中的block 号码,并将实际的资料写入block 中,且更新inode 的block 指向资料; 将刚刚写入的inode 与block 资料同步更新inode bitmap 与block bitmap,并更新superblock 的内容。
inode和block称为数据存放区域
inode bitmap和block bitmap称为中介数据metadata
数据不一致情况例如你的档案在写入档案系统时, 因为不知名原因导致系统中断(例如突然的停电啊、系统核心发生错误啊~等等的怪事发生时), 所以写入的资料仅有inode table及data block而已,最后一个同步更新中介资料的步骤并没有做完, 此时就会发生metadata的内容与实际资料存放区产生不一致(Inconsistent)的情况了。 既然有不一致当然就得要克服!在早期的Ext2档案系统中,如果发生这个问题,那么系统在重新开机的时候,就会藉由Superblock当中记录的valid bit (是否有挂载)与filesystem state (clean与否)等状态来判断是否强制进行资料一致性的检查!若有需要检查时则以e2fsck这支程式来进行的。 弊端: 不过,这样的检查真的是很费时~因为要针对metadata 区域与实际资料存放区来进行比对, 呵呵~得要搜寻整个filesystem 呢~如果你的档案系统有100GB 以上,而且里面的档案数量又多时, 哇!系统真忙碌~而且在对Internet 提供服务的伺服器主机上面, 这样的检查真的会造成主机复原时间的拉长~真是麻烦~这也就造成后来所谓日志式档案系统的兴起了。日志文件系统
预备:当系统要写入一个档案时,会先在日志记录区块中纪录某个档案准备要写入的资讯; 实际写入:开始写入档案的权限与资料;开始更新metadata 的资料; 结束:完成资料与metadata 的更新后,在日志记录区块当中完成该档案的纪录。 在这样的程序当中,万一资料的纪录过程当中发生了问题,那么我们的系统只要去检查日志记录区块, 就可以知道哪个档案发生了问题,针对该问题来做一致性的检查即可,而不必针对整块filesystem 去检查, 这样就可以达到快速修复filesystem 的能力了!这就是日志式档案最基础的功能啰~文件系统运作
系统会将常用的档案资料放置到主记忆体的缓冲区,以加速档案系统的读/写; 承上,因此Linux 的实体记忆体最后都会被用光!这是正常的情况!可加速系统效能; 你可以手动使用sync 来强迫记忆体中设定为Dirty 的档案回写到磁碟中; 若正常关机时,关机指令会主动呼叫sync 来将记忆体的资料回写入磁碟内; 但若不正常关机(如跳电、当机或其他不明原因),由于资料尚未回写到磁碟内, 因此重新开机后可能会花很多时间在进行磁碟检验,甚至可能导致档案系统的损毁(非磁碟损毁)。挂载点
挂载点一定是目录,该目录为进入该文件系统的入口
[root@study ~]# ls -lid / /boot /home 128 dr-xr-xr-x. 17 root root 4096 May 4 17:56 / 128 dr-xr-xr-x. 4 root root 4096 May 4 17 :59 /boot 128 drwxr-xr-x. 5 root root 41 Jun 17 00:20 /hom
由于XFS filesystem最顶层的目录之inode一般为128号,因此可以发现/, /boot, /home为三个不同的filesystem,因为inode相同(每个filesystem只会有一个唯一的inode),而文件属性不相同,所以不是同一个文件,为不同的三个文件系统
[root@study ~]# ls -ild / /. /.. 128 dr-xr-xr-x. 17 root root 4096 May 4 17:56 / 128 dr-xr-xr-x. 17 root root 4096 May 4 17:56 /. 128 dr-xr-xr-x. 17 root root 4096 May 4 17:56 /..
inode相同,文件属性相同,所以为同一文件
Linux VFS (Virtual Filesystem Switch)管理文件系统 filesystem假设你的 / 使用的是 /dev/hda1 ,用 ext3 ,而 /home 使用 /dev/hda2 ,用 reiserfs , 那么你取用 /home/dmtsai/.bashrc 时,有特别指定要用的什么文件系统的模块来读取吗?
这个就是 VFS 的功能啦!透过这个 VFS 的功能来管理所有的 filesystem, 省去我们需要自行配置读取文件系统的定义啊~方便很多!整个 VFS 可以约略用下图来说明:
[root@VM_158_86_centos sbin]# df 文件系统 1K-块 已用 可用 已用% 挂载点 /dev/vda1 51474044 8896976 39955704 19% / devtmpfs 930500 0 930500 0% /dev tmpfs 941176 24 941152 1% /dev/shm tmpfs 941176 440 940736 1% /run tmpfs 941176 0 941176 0% /sys/fs/cgroup tmpfs 188236 0 188236 0% /run/user/0du:评估文件系统的磁盘使用量(常用在推估目录所占容量)
-s :列出总量而已,而不列出每个各别的目录占用容量 [root@VM_158_86_centos sbin]# du -s /* 4 /a.txt 0 /bin 173504 /boot 0 /b.txt 4 /data 0 /dev 39516 /etc 176 /home 0 /lib 0 /lib64 16 /lost+found 4 /media 4 /mnt 8 /opt 0 /proc硬链接与软连接
硬链接:
两个链接文件的inode都指向real-inode,删除其中一个对另一个没有影响,修改其中一个的内容,另一个的内容都相应被更改
局限:
不能跨 Filesystem; 不能 link 目录。 不能跨 Filesystem 还好理解,那不能 hard link 到目录又是怎么回事呢? 这是因为如果使用 hard link 链接到目录时, 链接的数据需要连同被链接目录底下的所有数据都创建链接
创建硬链接
[root@VM_158_86_centos ~]# ln linux_learn/learn_01.sh [root@VM_158_86_centos ~]# ll -i /root/learn_01.sh linux_learn/learn_01.sh 133351 -rwxr-xr-x 2 root root 99 3月 1 17:38 linux_learn/learn_01.sh 133351 -rwxr-xr-x 2 root root 99 3月 1 17:38 /root/learn_01.sh
其中的2表示连结数量
符号链接(快捷方式):
[root@www ~]# ln -s /etc/crontab crontab2 [root@www ~]# ll -i /etc/crontab /root/crontab2 1912701 -rw-r--r-- 2 root root 255 Jan 6 2007 /etc/crontab 654687 lrwxrwxrwx 1 root root 12 Oct 22 13:58 /root/crontab2 -> /etc/crontab
由上表的结果我们可以知道两个文件指向不同的 inode 号码,当然就是两个独立的文件存在! 而且连结档的重要内容就是他会写上目标文件的『文件名』, 你可以发现为什么上表中连结档的大小为 12 bytes 呢? 因为箭头(-->)右边的档名『/etc/crontab』总共有 12 个英文,每个英文占用 1 个 byes ,所以文件大小就是 12bytes了
[root@www ~]# ln [-sf] 来源文件 目标文件 选项与参数: -s :如果不加任何参数就进行连结,那就是hard link,至于 -s 就是symbolic link -f :如果 目标文件 存在时,就主动的将目标文件直接移除后再创建!
Symbolic Link 与 Windows 的快捷方式可以给他划上等号,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
符号链接文件的block记录指向目标源文件的inode,当源文件被删除,通过符号链接将无法访问源文件。
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