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Linux文件系統(tǒng)精通指南 時間：2015/6/28來源：IT貓撲網(wǎng)作者：網(wǎng)管聯(lián)盟我要評論(0)

　　究竟什么是"文件系統(tǒng)"？Sheryl Calish 介紹了這個概念以及它的實際應(yīng)用

　　盡管內(nèi)核是 Linux 的核心，但文件卻是用戶與操作系統(tǒng)交互所采用的主要工具。這對 Linux 來說尤其如此，這是因為在 UNIX 傳統(tǒng)中，它使用文件 I/O 機制管理硬件設(shè)備和數(shù)據(jù)文件。

　　遺憾的是，新手通常會混淆介紹 Linux 文件系統(tǒng)概念的術(shù)語。術(shù)語文件系統(tǒng) 可以在 Linux 文件編制中互換使用，用于指代幾個不同但相關(guān)的概念。除磁盤分區(qū)的具體實例外，文件系統(tǒng)還指代數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)以及分區(qū)中文件的管理方法。

　　另新手更感困惑的是，該術(shù)語還用于指代系統(tǒng)中文件的整體組織形式：目錄樹。此外，該術(shù)語還可以指代目錄樹中的每個子目錄，如在 /home 文件系統(tǒng)中。某些人認為，這些目錄和子目錄不能稱作真正意義上的文件系統(tǒng)，除非它們均駐留在各自的磁盤分區(qū)上。然而，其他人卻將其稱作文件系統(tǒng)，這無疑又增添了困惑。

　　Linux 老手可以從上下文中理解這些術(shù)語的含義。而新手卻很難在一時半會兒就辨別出這樣的上下文。

　　本文的主要目標就是提供足夠的背景知識，以幫助您辨別此術(shù)語的上下文。在闡明文件系統(tǒng)術(shù)語的細微差別的過程中，您還將學(xué)習(xí)如何將某些非常有用的相關(guān)工具從理論應(yīng)用上升到實際應(yīng)用。

　　本文主要介紹了 2.4 版 Linux 內(nèi)核中的 Linux 磁盤分區(qū)和文件管理系統(tǒng)特性。此外，還介紹了 2.6 版 Linux 內(nèi)核中的新特性。

　　磁盤分區(qū)概述

　　Linux 和 UNIX 中的基本文件存儲單元都是磁盤分區(qū)，即將一個或多個硬盤的邏輯劃分，操作系統(tǒng)將每個邏輯分區(qū)視為獨立的磁盤。文件和文件管理系統(tǒng)"居住"在磁盤分區(qū)中。Linux 將這些磁盤分區(qū)作為設(shè)備處理，進而通過 /dev 目錄中的特殊文件使用文件 I/O 機制。

　　有兩種類型的設(shè)備文件：塊和字符/原始。兩者之間的一個重要差別是，塊設(shè)備被緩沖，而字符設(shè)備因為沒有文件管理系統(tǒng)，所以不被緩沖。在 oracle 集群文件系統(tǒng) (OCFS) 推出之前，使用原始設(shè)備是提高 Oracle 數(shù)據(jù)文件分區(qū)性能的常見方法。（在本文的后續(xù)部分，我們將詳細介紹原始設(shè)備。）

　　存儲在磁盤最開始位置的分區(qū)表提供了該磁盤上分區(qū)的映射�？梢允褂� fdisk 命令查看系統(tǒng)的分區(qū)表。

　　# fdisk -l

　　Disk /dev/hda:240 heads, 63 sectors, 1940 cylinders

　　Units = cylinders of 15120 * 512 bytes

　　Device Boot Start End Blocks Id System

　　/dev/hda 1 286 2162128+ c Win95 FAT32 (LBA)

　　/dev/hda2 * 288 1940 12496680 5 Extended

　　/dev/hda5 288 289 15088+ 83 Linux

　　/dev/hda6 290 844 4195768+ 83 Linux

　　/dev/hda7 845 983 1050808+ 82 Linux swap

　　/dev/hda8 984 1816 6297448+ 83 Linux

　　/dev/hda9 1817 1940 937408+ 83 Linux

　　分區(qū)表中的名稱 /dev/hda 至 /dev/hdd 分別代表 IDE 驅(qū)動器 1 至 4，其中 hda 代表驅(qū)動器 1，hdb 代表驅(qū)動器 2，依此類推。驅(qū)動器內(nèi)的分區(qū)用數(shù)字指代，因此 /dev/hda5 是第一個 IDE 驅(qū)動器上的第五個分區(qū)。對于 SCSI 驅(qū)動器，使用了類似的命名模式：/dev/sda to /dev/sdd。

　　第一至第四個分區(qū)保留給主分區(qū)，第五個及隨后的分區(qū)用于邏輯分區(qū)。因此，以上所示的分區(qū)表中有一個驅(qū)動器 hda，它包含一個主分區(qū) hda1、一個擴展分區(qū) hda2 和五個邏輯分區(qū) /dev/hda5 至 /dev/hda9。以名稱 shmfs 列出的文件系統(tǒng)表示根據(jù) Linux 2.4 中的 POSIX 標準掛載為特殊文件系統(tǒng)的共內(nèi)存文件系統(tǒng)。

　　您可能已經(jīng)注意到，在 fdisk 列表中 LBA 是括在括號中的。LBA 表示邏輯塊尋址，它將硬盤的柱面、塊和扇區(qū)模式轉(zhuǎn)換為線性塊編號進行處理。

　　在 Linux 中，分區(qū)分為主分區(qū)、擴展分區(qū)和邏輯分區(qū)。術(shù)語主分區(qū) 是先前 x86 系統(tǒng)上四個分區(qū)限制的遺留產(chǎn)物。與 DOS 和 Windows 不同，Linux 可以從主分區(qū)或邏輯分區(qū)啟動。用作邏輯分區(qū)占位符的主分區(qū)稱作擴展分區(qū)。擴展分區(qū)本身擁有指向一個或多個邏輯分區(qū)（它們只是主分區(qū)的子分區(qū)）的分區(qū)表。在以上的 fdisk 列表中，hda2 就是一個擴展分區(qū)。

　　文件管理系統(tǒng)概述

　　要使分區(qū)后的磁盤可用，必須在其上構(gòu)建文件系統(tǒng)。這種情況下，通常還將文件系統(tǒng)稱作"分區(qū)類型"、"基于磁盤的文件系統(tǒng)"和"文件系統(tǒng)類型"。實際上，可以將這些文件系統(tǒng)看作是文件管理系統(tǒng)，這是因為該稱呼正體現(xiàn)了它們的功能：它們通過維護文件上的元數(shù)據(jù)，使系統(tǒng)上的文件保持狀態(tài)一致。

　　Linux 項目的特點之一是需要實現(xiàn)與每個可用實用程序的多個樣式和首選設(shè)置的兼容性，而這種兼容性在可用文件管理系統(tǒng)的選擇上體現(xiàn)得最為明顯。Linux 內(nèi)核內(nèi)部的虛擬文件系統(tǒng) (VFS) 實現(xiàn)了此選擇。VFS 采用了一組可由其他文件管理系統(tǒng)使用的基本數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)。這些數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)是超級塊、inode、dentry（或目錄文件）和數(shù)據(jù)塊。

　　每個分區(qū)都包含一個超級塊，用于維護分區(qū)中文件系統(tǒng)上的信息，包括一組在每個超級塊中唯一編號的 inode、空閑 inode 的數(shù)目以及 inode 總數(shù)、數(shù)據(jù)塊總數(shù)、空閑數(shù)據(jù)塊數(shù)和文件系統(tǒng)的狀態(tài)。文件系統(tǒng)的狀態(tài)有兩種：干凈（當文件處于未更改狀態(tài)時）和臟（當有未寫入磁盤的文件系統(tǒng)更改時）。超級塊中的一個 inode 對應(yīng)著一個文件。

　　除文件名外，inode 包含了有關(guān)文件的所有信息，其中包括：

　　地址

　　類型

　　大小

　　所有者

　　對文件數(shù)據(jù)所在塊的引用

　　文件最后一次修改和訪問的時間戳。

　　可以使用以下命令查看文件的 inode：

　　$ ls -i

　　正如前面已經(jīng)提到的，inode 只在超級塊中唯一編號，且每個分區(qū)只有一個超級塊，這就是硬鏈接無法跨越多個分區(qū)的原因。

　　文件名通過 dentry 對象（用戶看到的是目錄文件）鏈接到一個 inode 編號。數(shù)據(jù)塊保存實際的文件數(shù)據(jù)。

　　Linux 支持任何具備 VFS 定義的基本函數(shù)集的文件管理系統(tǒng)。對于像 vfat 這樣的文件管理系統(tǒng)，Linux 項目提供了它自己的設(shè)備驅(qū)動程序。