第四阶段提升

时  间：2023年8月29日

参加人：全班人员

内  容：

深入解析文件系统原理

目录

一、Inode and Block概述

（一）查看文件的inode信息：stat

（二）Atime、Mtime、Ctime详解：

（三）操作示例：

二、目录文件的结构

三、Inode的号码

（二）查看文件的inode号码

（三）文件存储位置对照

（四）删除指定inode号所对应的文件

（五）查看文件系统的inode与block的信息

（六）格式化时指定文件系统的inode个数与block大小

（七）解决inode耗尽导致的磁盘故障

四、Linux文件系统软硬链接原理

（一）硬链接（hard link）

（二）软链接（soft link）

（三）硬链接与软链接的对比

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一、Inode and Block概述

        文件储存在硬盘上，硬盘的最小储存单位叫“扇区”（sector），每个扇区拥有512字节。

        操作系统从硬盘上读取数据时，不会按照扇区的方式读取，这样读取效率太低，而是一次性连续读取多个扇区，即一次性读取一个“块”（Block，由多个扇区的空间组成）。  

        这种由多个扇区组成的“块”，是文件存取的最小单位。“块”的大小，最常见的是4KB，即连续八个sector组成一个Block。Block存储文件数据。

        文件数据存储在“块”中，那么还必须找到一个地方存储文件的元信息，比如文件的所属用户、文件所属组、文件的类型、文件的权限、文件的创建时间、文件的修改时间、文件的访问时间、文件使用的Block信息、文件的硬链接数、文件的大小等等属性信息。

这种储存文件元信息的区域叫做Inode。中文译名为“索引节点”，也叫i节点。

        Inode 和 Block 是文件系统组成的基本核心概念，文件系统是在分区格式化的时候形成的，文件系统负责组织文件在分区上的存放的。

注意：

Inode不包含文件名。文件名是储存在目录的目录项中。

一个文件必须占用一个inode，至少占用一个block。

（一）查看文件的inode信息：stat

[root@localhost ~]# stat 1.txt

 

（二）Atime、Mtime、Ctime详解：

英文	别称	中文翻译	何时修改	查看命令
Access	Atime	访问时间	读取	ls -lu
Modify	Mtime	修改时间	写入、修改	ls -l
Change/Create	Ctime	改变时间/创建时间	修改文件名、写入、修改、改权限、做链接	ls -lc

（三）操作示例：

1、读取文件内容，查看Atime的改变：

[root@localhost ~]# echo haha > a.txt

[root@localhost ~]# stat a.txt

[root@localhost ~]# cat a.txt

[root@localhost ~]# stat a.txt

 

2、文件写入内容，查看Mtime/Ctime的改变

[root@localhost ~]# stat a.txt

[root@localhost ~]# echo hehe > a.txt

[root@localhost ~]# stat a.txt

 

3、修改文件权限，查看Ctime的改变

[root@localhost ~]# stat a.txt

[root@localhost ~]# chmod 777 a.txt

[root@localhost ~]# stat a.txt

 

4、创建硬链接，查看Ctime的修改

[root@localhost ~]# stat a.txt

[root@localhost ~]# ln /root/a.txt /tmp/a.txt

[root@localhost ~]# stat a.txt

 

5、修改文件名，查看Ctime的改变

[root@localhost ~]# stat a.txt

[root@localhost ~]# mv a.txt aa.txt

[root@localhost ~]# stat aa.txt

 

6、Touch更新时间，三个时间全部修改

[root@localhost ~]# stat aa.txt

[root@localhost ~]# touch aa.txt

[root@localhost ~]# stat aa.txt

 

二、目录文件的结构

目录也是一种文件

        每个inode都有一个号码，操作系统用inode号码来识别不同的文件

        文件系统内部不使用文件名引用文件，而是使用inode号码来识别文件。对于文件系统来说，文件名只是inode号码便于识别的别称，文件名是目录的数据。

三、Inode的号码

（一）文件系统访问文件的步骤：

1．用户在目录中看到要访问的文件名

2．通过目录的数据找到这个文件名对应的inode号码

3．通过inode号码，获取inode信息（文件的元信息）

4．根据inode信息，找到文件数据所在的block，读出数据

inode一般为128字节或256字节，每个inode中都记录着文件所使用的block号，每条记录着block号的信息占用4字节。

inode中关于block号的记录一共包含有12个直接、1个间接、1个双间接和1个三间接。

        12个直接连接，共占用48字节磁盘空间，包含着12个直接指向block号的信息， 若此文件系统默认的block大小为4KB，则仅仅可以指向12*4=48KB大小的文件内容。

        然而我们的文件若较大时，则需要使用到更多的block，肯定要多于12个block，进而有间接、双间接和三间接。

        间接：指的是inode中所记录这4字节的内容，所指向一个block，这个block中存放的不是真是的文件内容，而是真实文件所存放位置的block号信息，若每个block大小为4KB，那么可以存放1024个block号信息，1个间接可以存放的文件大小为1024*4=4096KB

        双间接：则可以存放更大的文件内容，即在间接的基础上再进行间接，若此时block 大小为默认的4KB，则1个双间接可以存放的文件内容大小为：1024*1024*4=4096MB

        三间接：即在双间接的基础上在进行间接，若此时block大小为默认的4KB，则1个三间接可以存放的文件内容大小为：1024*1024*1024*4=4096GB

        也就是说，在一个block大小默认为4KB的文件系统中，一个文件最大存储可以达到48KB+4096KB+4096MB+4096GB，约为4100GB。

（二）查看文件的inode号码

ls -i 文件名

stat 文件名

示例：

[root@localhost ~]# ls -i aa.txt

[root@localhost ~]# stat aa.txt

 

（三）文件存储位置对照

 

SuperBlock 里面存储的文件系统所有Inode、block的相关信息。

        当一个用户在Linux系统中试图访问一个文件时，系统会先根据文件名去查找它的inode，看该用户是否具有访问这个文件的权限。如果有，就指向相对应的数据block； 如果没有过，就返回Permission denied（拒绝访问）

（四）删除指定inode号所对应的文件

格式：find ./ -inum inode号 -exec rm -i {} \;

示例：当文件名中包含特殊符号时我们可以删除其inode号达到删除文件的目的

[root@localhost ~]# touch 'a b`_c  de ! 4|'.txt

[root@localhost ~]# ls -li

[root@localhost ~]# find ./ -inum 34097384 -exec rm -i {} \;

rm: 是否删除普通空文件 “./a b`_c  de ! 4|.txt”?  y

[root@localhost ~]# ls

 

从/root/目录下查找3天内修改的文件，并复制到/tmp下

[root@localhost ~]# ls /tmp/

[root@agent ~]# find /root/ -mtime -3 -a -type f  -exec cp {} /tmp \;

 

（五）查看文件系统的inode与block的信息

df -i 设备名（文件系统已挂载时查询，查询inode总数与已用数量）

dumpe2fs -h 设备名（文件系统无需挂载）

tune2fs -l 设备名（文件系统无需挂载）

示例：

[root@localhost ~]# df -i /data

[root@localhost ~]# umount /data

[root@localhost ~]# dumpe2fs -h /dev/sdb1

[root@localhost ~]# tune2fs -l /dev/sdb1

 

（六）格式化时指定文件系统的inode个数与block大小

mkfs.ext4 -N inode数 -b 块大小（单位字节） 设备名

示例：inode数设定为60000个，block大小为1KB

[root@localhost ~]# mkfs.ext4 -N 60000 -b 1024 /dev/sdb1

[root@localhost ~]# dumpe2fs -h /dev/sdb1 | grep -i "inode count"

[root@localhost ~]# dumpe2fs -h /dev/sdb1 | grep -i "block size"

 

（七）解决inode耗尽导致的磁盘故障

1、删除不使用的文件，配置磁盘配额

[root@localhost ~]# find /data -mtime -1 -exec rm -rf {} \;

[root@localhost ~]# rm -rf `find /data -mtime -1` `` = $()

[root@localhost ~]# find /data -mtime -1 |xargs rm -rf  

2．将文件备份，重新格式化此文件系统，指定较多的inode个数

[root@localhost ~]# df -i /test

[root@localhost ~]# touch /test/{1..28213}.txt

[root@localhost ~]# touch /test/hello.txt

使用第二种方法：

[root@localhost ~]# mkdir /backup

[root@localhost ~]# mv /test/* /backup/

[root@localhost ~]# umount /test

[root@localhost ~]# mkfs.ext4 -N 50000 /dev/sdb2 &> /dev/null

[root@localhost ~]# mount /dev/sdb2 /test

[root@localhost ~]# mv /backup/* /test

mv: overwrite `/test/lost+found'? y

[root@localhost ~]# touch /test/hello.txt

四、Linux文件系统软硬链接原理

（一）硬链接（hard link）

方法：ln 源文件 目标文件

特点：

        硬链接指向的文件inode号，新生成的硬链接文件的inode号与源文件的inode号相同，不可针对目录进行硬链接，必须在同一文件系统内。删除一个文件名，不影响另外一个的访问。

示例：

[root@localhost ~]# df -h /data

[root@localhost ~]# cd /data

[root@localhost data]# ln a.txt hardlink-a.txt

[root@localhost data]# ls -li

 

删除源文件，硬链接不受影响

[root@localhost data]# echo "abc" > a.txt

[root@localhost data]# rm -rf a.txt

[root@localhost data]# cat hardlink-a.txt

 

（二）软链接（soft link）

方法：ln -s 源文件或目录 目标文件或目录

特点：

软连接又被称为符号链接

        软链接指向的文件名，新生成的软链接文件的inode号与源文件不同，目录也可以生成软链接，软链接文件与源文件可以不在同一文件系统内，软链接文件的内容是源文件的路径，读取时系统会自动导向源文件路径，根据源文件找到文件内容，但当源文件移动或重命名时，软链接将报错。

示例：

[root@localhost data]# echo "soft test" > a.txt

[root@localhost data]# ln -s a.txt softlink-a.txt

[root@localhost data]# ll -i

 

重命名源文件，硬链接不受影响，但软链接失效

[root@huyang1 data]# ls -li

[root@huyang1 data]# ln a.txt hardlink.txt

[root@huyang1 data]# ls -li

[root@localhost data]# mv a.txt b.txt

[root@localhost data]# ls -li

[root@huyang1 data]# cat b.txt

[root@huyang1 data]# cat hardlink.txt

[root@localhost data]# cat softlink-a.txt 

 

（三）硬链接与软链接的对比

	硬链接	软链接
指向	inode号	文件名
inode号是否相同	相同	不同
是否可以针对目录	不可针对目录	可以针对目录
可否跨文件系统	不可跨文件系统	可跨文件系统
删除、重命名、移动源文件	不受影响	失效
创建命令	ln 源文件 目标文件	ln -s 源文件或目录 目标文件或目录