[系统运维]Linux的文件系统结构

1、硬盘结构

磁盘的内部并不是真空的，只是空气很干净；利于散热

文件系统结构，理解文件系统，就得从文件存储说起

磁盘的专业术语

• 磁盘的内部是金属片，将原型的盘片分成若干个扇形区域，
• 若干个扇区就组成一个盘片
• 以盘片中心为圆心，把盘片分成若干个同心圆
• 每一个划分圆的线条就是磁道
• 盘片中相同位置的磁道形成柱面

硬盘的存储容量=磁头数*磁道=扇区数*字节数

磁道从外向内从0开始顺序进行编号；

比较古老的CHS（Cylinder/Head/Sector）磁头、柱面、扇区结构体系

现在磁盘都采用这种技术：ZBR（Zoned Bit Recording）区位记录

使用ZBR区位记录法做的磁盘特点：

• 读外圈的数据块，内圈的数据慢

windows安装系统的C盘或者Linux boot分区一般安装在最外头

Linux的boot分区也是在最外面

簇和block

其实这两个玩意是同一个概念

簇是windows系统常用的说法

block是linux系统常用的说法

2、文件系统结构

Linux的文件系统有三部分组成：文件名、inode、block

Linux的文件系统：ext2 、ext3、ext4、xfs

Windows的文件系统：FAT32、NTFS

Linux的文件名

[root@node0 ~]# ls /etc/passwd			#这个就是文件名
/etc/passwd
#我们直接操作的目录或者文件都是有文件名的

文件的时间戳：

• ctime：只inode上次变动的时间
• mtime：只文件内容上次改变的时间
• atime：文件上一次打开的时间
• 链接数：有多少个文件名指向这个inode
• 文件数据block的位置

inode的内容

inode包含文件的元信息、

• 包括文件的字节数
• 文件所有者
• 文件所属组
• 文件的读写执行权限；

inode的大小

硬盘在格式化创建文件系统的时候，系统会分成两个区域，

• 一个是存放文件数据的
• 另外一个是inode区域
• 每个inode节点的大小，一般是128或者是256直接
• inode的总数，在格式化的时候就设定了，
• 每个文件都有一个inode号，Linux是用inode号来识别不同的文件

Linux查找文件的原理：

• 系统内部不使用文件名来查找，而是通过inode号码来识别文件
• 系统找文件对应的inode号码
• 然后通过inode号码获取inode信息
• 然后再找文件所在的block，读取数据

[root@node0 data]# ls -i aa.txt 
51015462 aa.txt
[root@node0 data]# df -i
文件系统         Inode 已用(I) 可用(I) 已用(I)% 挂载点
/dev/sda3      9180672   59024 9121648       1% /
devtmpfs        250786     339  250447       1% /dev
tmpfs           253511       1  253510       1% /dev/shm
tmpfs           253511     648  252863       1% /run
tmpfs           253511      16  253495       1% /sys/fs/cgroup
/dev/sda1       256000     326  255674       1% /boot
tmpfs           253511       1  253510       1% /run/user/0
	#如果inode号码使用完毕，但是硬盘空间还有数据还是无法写入；
[root@node0 data]# ls -ild /root
33574977 dr-xr-x---. 2 root root 183 9月   3 08:56 /root

inode的特殊作用

由于inode号码与文件名分离，所以有些特殊现象

• 如果文件名包含特殊符号，无法删除文件名，可以删除inode号
• 移动文件名的时候，改名了，但是inode号是没变的
• 打开一个一个文件名，系统以inode号码识别文件，系统无法通过inode号识别文件名

#如果修改了文件内容后，inode号会随之改变
[root@node0 data]# touch b.txt
[root@node0 data]# ls -i b.txt 
51015468 b.txt
[root@node0 data]# vim b.txt 
s
sisdjflsjd

[root@node0 data]# ls -i b.txt 
51015470 b.txt

stat命令

作用：查看文件的详细信息

语法：stat+文件名

[root@node0 data]# stat passwd 
  文件："passwd"
  大小：1002      	块：8          IO 块：4096   普通文件
设备：803h/2051d	Inode：51015463    硬链接：1
权限：(0644/-rw-r--r--)  Uid：(    0/    root)   Gid：(    0/    root)
最近访问：2021-09-05 21:29:18.218094011 +0800
最近更改：2021-09-05 21:29:18.218094011 +0800
最近改动：2021-09-05 21:29:18.218094011 +0800
创建时间：


	#ctime:指文件上次属性变动的时间，包括所有者所属组、读写等等
	#atime：指上次文件被查看的时间
	#mtime：指文件内容被改变的时间
	

实战：

模拟黑客入侵文件的实验

#黑客首先会修改时间，再植入木马程序
[root@node0 data]# stat aa.txt 
  文件："aa.txt"
  大小：0         	块：0          IO 块：4096   普通空文件
设备：803h/2051d	Inode：51015462    硬链接：1
权限：(0644/-rw-r--r--)  Uid：(    0/    root)   Gid：(    0/    root)
最近访问：2021-09-05 21:28:32.853090870 +0800
最近更改：2021-09-05 21:28:32.853090870 +0800
最近改动：2021-09-05 21:28:32.853090870 +0800
创建时间：-

[root@node0 data]# date -s "21:28:32"
2021年 09月 05日 星期日 21:28:32 CST
[root@node0 data]# echo hahah > aa.txt 
[root@node0 data]# stat aa.txt 
  文件："aa.txt"
  大小：6         	块：8          IO 块：4096   普通文件
设备：803h/2051d	Inode：51015462    硬链接：1
权限：(0644/-rw-r--r--)  Uid：(    0/    root)   Gid：(    0/    root)
最近访问：2021-09-05 21:28:32.853090870 +0800
最近更改：2021-09-05 21:28:37.823000403 +0800
最近改动：2021-09-05 21:28:37.823000403 +0800
创建时间：-

[root@node0 data]# chmod +x aa.txt 

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系统中是block

在windows系统中是簇

问题：如果直接使用扇区、不使用block会怎么样？

操作系统读取数据的时候，如果按照一个扇区一个扇区查找的话512字节就会太慢了

所以需要读取一个块财会

多个扇区组成的“块”是文件系统存储的最小单位

如果随意调整簇或者是block的大小

• 优点：速度快、节约查找的时间
• 缺点就是：浪费空间
• block太大：效率高、利用率低
• block太小：效率低、利用率高

[root@node0 data]# stat passwd | grep IO
  大小：6         	块：8          IO 块：4096   普通文件

3、硬链接与软连接

Linux链接分为两种硬链接与软连接

ln命令

作用：创建硬链接与软连接

语法：ln+选项+源文件+链接文件名

选项：

• -s：创建软链接

[root@node0 data]# ln passwd passwd.hard			#创建硬链接
[root@node0 data]# ln -s passwd passwd.soft			#创建软链接
[root@node0 data]# ll pass*
-rw-r--r-- 2 root root 6 9月   5 21:28 passwd
-rw-r--r-- 2 root root 6 9月   5 21:28 passwd.hard			#硬链接属性与源文件一致的
lrwxrwxrwx 1 root root 6 9月   5 23:13 passwd.soft -> passwd	#软链接的属性是满权限，但是限制的是源文件的权限


#尝试链接目录
[root@node0 data]# ln oldboy/ oldboy.hard		#硬链接无法链接目录
ln: "oldboy/": 不允许将硬链接指向目录
[root@node0 data]# ln -s oldboy/ oldboy.sort.d

硬链接

特点：

• 硬链接通过索引节点号来进行链接，inode号是可以读音多个文件名
• 硬链接的作用是允许多个文件名同时指向一个索引节点，
• 一个文件名也可以拥有多个有效路径名，可以防止误删除的功能
• 硬链接是不可以跨分区链接；
• 当文件真正被删除的情况就是所有的相同inode号的文件删除
• 删除源文件，链接文件依然可用
• 无法针对目录进行

软链接

特点：

• 软链接是可以跨分区的
• 软链接的权限是满权限；
• 相当于windows的快捷方式
• 删除源文件，链接文件不可用
• 链接文件可以链接目录

4、实战

实战背景：

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。

#首先需要查看一下系统的基本情况
[root@node0 data]# df -h
文件系统        容量  已用  可用 已用% 挂载点
/dev/sda3        18G  2.5G   16G   15% /
devtmpfs        980M     0  980M    0% /dev
tmpfs           991M     0  991M    0% /dev/shm
tmpfs           991M  9.4M  981M    1% /run
tmpfs           991M     0  991M    0% /sys/fs/cgroup
/dev/sda1       497M  120M  378M   25% /boot
tmpfs           199M     0  199M    0% /run/user/0

	#只要有权限就能创建新文件？
	
#还需要排查inode节点数
[root@node0 data]# df -i
文件系统         Inode 已用(I) 可用(I) 已用(I)% 挂载点
/dev/sda3      9180672   59027 9121645       1% /
devtmpfs        250786     339  250447       1% /dev
tmpfs           253511       1  253510       1% /dev/shm
tmpfs           253511     648  252863       1% /run
tmpfs           253511      16  253495       1% /sys/fs/cgroup
/dev/sda1       256000     326  255674       1% /boot
tmpfs           253511       1  253510       1% /run/user/0

#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。

#解决的方案：
解决方案1：删除/data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，

实战背景：

重启服务器后出现ctrl+D报错

解决办法：

• 输入root密码
  • fsck -f -y /dev/sda6 #哪个分区有文件，修复哪个分区
  • 然后reboot

fsck命令

作用：修复文件系统的命令

语法：fsck+选项+分区

选项：

• -y：所有都自动回答yse
• -f：强制修复