磁碟組成與分割槽複習

磁碟的組成部分：

• 圓形的碟片
• 機械手臂與手臂上的磁頭
• 主軸馬達，可以轉動碟片，讓機械手臂的磁頭在碟片上讀寫資料

磁碟知識要點：

• 扇區為最小的物理儲存單位，每個扇區的大小相同
• 將扇區組成一個圓，組成柱面，柱面是分割槽的最小單位
• 第一個扇區最重要，裡面有磁碟主引導記錄（MBR）以及分割槽表（分割槽表記錄了各個分割槽的柱面範圍）
• 分割槽分為主分割槽和擴充套件分割槽，擴充套件分割槽可以在分出邏輯分割槽，能被格式化的只有主分割槽與邏輯分割槽而已
• 磁碟分割槽後需要格式化，因為不同作業系統的檔案系統不一樣，格式化是在分割槽上建立檔案系統，也就是告訴作業系統按照什麼規則存取檔案。

Linux檔案系統的一些基本概念

• inode：記錄檔案的屬性，一個檔案佔用一個inode，同時記錄此檔案的資料所在的block號碼
• block：用於記錄檔案的內容
• superblock：記錄檔案系統的整體資訊，包括inode/block的總量、使用量、剩餘量，以及檔案系統的格式與相關資訊等

inode中記錄了block的索引，只需要讀取inode中block索引，就可以讀取對應的block，這種資料訪問方法稱為索引式檔案系統，檔案系統一開始就將inode和block的數目規劃好了，除非重新格式化，否則inode和block固定後不在變動

Linux的Ext2檔案系統

檔案系統結構：

為什麼要分組呢？我覺得是因為inode以及block數量過大不易於管理，因此進行分組，每個組都會分配一定的inode以及block，查詢檔案時只需要到對應的組中查詢即可，而每個組的inode以及block數目又不會過多，其實就和索引表差不多，進行分類以減少查詢數目

block group中各部分的含義：

• data block（資料塊）：用來放置檔案內容的地方，ext2檔案系統支援的 block大小有1kb，2kb，4kb三種，每個block都有編號，block的大小會限制單一檔案的最大值以及檔案系統的總容量，對應關係如下表：

  Block 大小	1KB	2KB	4KB
  最大單一檔案限制	16GB	256GB	2TB
  最大檔案系統總容量	2TB	8TB	16TB

       如果檔案小於block的大小，則該block剩餘空間將不在被使用，如果檔案大於block的大小，將會佔用多個block數量

• inodetable（inode表格）：主要記錄檔案的相關屬性，包括：

1. 檔案的訪問模式
2. 檔案的所有者和組
3. 檔案的大小
4. ctime：檔案建立或是狀態改變的時間
5. mtime
6. 檔案特性的標誌，例如SetUID
7. block指向    

    inode有一些其他特點：

1. 每個inode大小固定為128位元組
2. 每個檔案都會佔用一個inode節點
3. 系統讀取檔案時，首先找到inode，並分析inode記錄的許可權與使用者是否相符合，相符合才讀取block的內容

     inode記錄一個block需要花費4個位元組，記錄一個400MB的檔案至少需要10萬block，一個inode哪來這麼多塊呢？因此，我們    對inode的block進行了一些處理：12個直接，1個間接，1個雙間接，1個三間接，結構如下：

• superblock（超級塊）：記錄整個檔案系統相關資訊的地方，一般來說，superblock的大小為1024位元組，除了第一個block group有superblock，其餘block group不一定含有superblock，即使含有，也是第一個block group內的superblock的備份，主要記錄的資訊有：

1. block以及inode1的數量
2. 未使用與已使用的inode/block數量
3. 檔案系統的掛載時間、最近一次寫入資料的時間、最近一次校驗磁碟的時間等檔案系統的相關資訊
4. 一個validbit，若檔案系統被掛載，載validbit為0，若沒有被掛載，則validbit為1

• 檔案系統描述說明：用於描述每個blockgroup的開始與結束的block號碼，以及說明每個區段（superblock，bitmap，inodemap，data block），應該只有含有superblock的block group有，

• block bitmap（塊對應表）：從塊對應表可以知道哪些block是空的，當刪除一個檔案時，塊對應表中對應的為會變為未使用

• inode bitmap（inode對照表）：用於記錄未使用的inode號碼

相關命令：

#打印出裝置對應的superblock以及blockgroup的相關資訊
dumpe2fs [-bh] 裝置檔名
引數：
-b：列出保留為壞道的部分
-h：僅列出superblock的資料，不會列出其他區段內容

可以使用df檢視掛載資訊

EXT2檔案系統操作的細節

新建目錄：

在ext2下新建目錄，會分配一個inode以及至少一個block給該目錄，inode記錄該目錄的相關許可權與屬性，inode會記錄初始時分配的block號碼，block會記錄目錄下的檔名與該檔案所佔用的inode號碼

新建檔案：

1、確定使用者對於欲新增檔案的目錄是否具有w與x的許可權，若有的話才能新增

2、根據inode bitmap找到沒有使用的inode號碼，並將新檔案的許可權屬性寫入

3、根據block bitmap找到沒有使用的block號碼，並將實際資料寫入到block中，且更新inode的block指向

4、將剛才寫入的inode與block資料同步更新inode bitmap與block bitmap，並更新superblock的內容

讀取檔案：

系統通過掛載的資訊可以找到掛載點的inode號碼，此時就能夠得到根目錄的inode內容，並根據該inode讀取根目錄的block內的檔名資料，再一層一層往下讀到正確的檔名

EXT3檔案系統

EXT3是EXT2的升級版，向下相容EXT3，EXT3中具有日誌檔案系統的功能，日誌檔案系統主要用於解決資料不一致問題（例如未將所有資料寫入磁碟，忽然斷電），日誌檔案系統解決資料不一致的方式如下（簡要概括）：

1、預備：當系統要寫入一個檔案時，首先在日誌記錄塊中記錄某個檔案準備要寫入的資訊

2、實際寫入：開始寫入檔案的許可權與資料，開始更新meta data（例如superblock、block bitmap、inode bitmap）的資料

3、結束：寫入完成後，在日誌記錄塊中標記該檔案，表示已經寫入完畢，如果出現數據不一致現象，只需要檢查日誌檔案塊即可，不需要檢查整個檔案系統，並且資料可從日誌記錄塊中恢復

Linux檔案系統的操作

當系統載入一個檔案時，會把這個檔案標記為clean，若檔案被更改，則會標記為dirty，此時並不會直接寫入磁碟，linux每隔一段時間將標記為dirty的資料寫回磁碟，可以手動使用sync命令強制記憶體中設定為dirty的資料寫回磁碟，正常關機情況下，會自動呼叫sync指令

掛載

掛載就是將目錄與檔案系統相結合（並不是所有的目錄都是掛載點），目錄是該檔案系統的入口，訪問該目錄就可以訪問檔案系統，檔案系統最頂層的目錄inode號碼一般為2

VFS（虛擬檔案系統）：用來管理所有的檔案系統（例如讀取檔案系統）

#可以檢視linux支援的檔案系統
ls -l /lib/modules/$(uname -r)/kernel/fs

#檢視目前已經載入到記憶體中的檔案系統
cat /proc/filesystems

檢視磁碟與目錄容量的命令

#列出檔案系統的整體磁碟使用量，[]表示可選
df [-ahikHTm] [目錄與檔名]
引數：
-a：列出所有檔案系統
-k：以kb為單位顯示檔案系統
-m：以mb為單位顯示檔案系統
-T：連同該分割槽的檔案系統名也列出
-i：不用硬碟容量，以inode的數量顯示

如果在命令中加上目錄或是檔名，則會檢視該目錄或檔案所在的分割槽，
使用這個命令有可能會看到/dev/shm這個目錄，這個目錄是用記憶體虛擬出來的磁碟空間，資料都存在記憶體中，並且不會自動寫回到磁碟中

#評估目錄或是檔案的磁碟使用量
du [-ahskm] [目錄或是檔案]
引數：
-a：列出所有檔案與目錄佔用的容量
-s：列出某個目錄下每個目錄所佔用的容量
-S：不包括子目錄的統計

du會將所有檔案的大小均列出

硬連線：在某個目錄下新建一個檔名連線到某個inode，此時會增加inode的引用計數，當引用計數為0時，檔案才會被刪除，硬連線不會消耗inode與block數量，不能跨檔案系統建立硬連線，不能建立目錄的硬連線

軟連線：相當於windows中的快捷方式，只是記錄檔案的路徑，軟連線會佔用inode與block

#建立軟硬連線
In [-sf] 原始檔 目標檔案
引數：
-s：不加任何引數相當於建立硬連線，-s表示軟連線
-f：如果目標檔案存在，先刪除後建立

SWAP

學習docker時就見過這個SWAP，當時以為是虛擬記憶體（汗），swap主要在實體記憶體不夠時，將某些記憶體中的程式暫時移動到swap（硬碟）中