2022年Linux文件系统详解 .pdf

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1、Linux 文件系统介绍：一 、Linux 文件结构文件结构是文件存放在磁盘等存贮设备上的组织方法。主要体现在对文件和目录的组织上。目录提供了管理文件的一个方便而有效的途径。Linux 使用树状目录结构，在安装的时候，安装程序已经为用户创建了文件系统和完整而固定的目录组成形式，并指定了每个目录的作用和其中的文件类型。 / 根目录binhome devetclibsbin tmpusr var rc.dcron.d X11R6srcliblocal man bin init.d rc0.drc1.drc2.d linux bin lib src 该结构的最上层是根目录，其他的所有目录都是从根目录

2、出发而生成的。微软的 DOS 和 windows 也是采用树型结构，但是在 DOS 和 windows 中这样的树型结构的根是磁盘分区的盘符，有几个分区就有几个树型结构，它们之间的关系是并列的。但是在 linux中，无论操作系统管理几个磁盘分区，这样的目录树只有一个。从结构上讲，各个磁盘分区上的树型目录不一定是并列的。举例说明：有一块硬盘，分成了4 个分区，分别是 / ；/boot ；/usr 和 windows 下的 fat 对于/ 和/boot或者/ 和/usr ，它们是从属关系；对于/boot和/usr ，它们是并列关系。如果把 windows下的 fat 分区挂载到 /mnt/winc

3、下，那么对于 /mnt/winc和/usr 或/mnt/winc和/boot 来说，它们是从属于目录树上没有任何关系的两个分支。因为 linux是一个多用户系统， 制定一个固定的目录规划有助于对系统文件和不同的用户文件进行统一管理。下面列出了linux下一些主要目录的功用。/bin 二进制可执行命令/dev 设备特殊文件/etc 系统管理和配置文件/etc/rc.d 启动的配置文件和脚本/home 用户主目录，比如用户user 的主目录就是 /home/user ，可以用 user 表示/lib 标准程序设计库（动态链接共享库） ，作用类似 windows 里的.dll文件/sbin 系统管理

4、命令，存放的是系统管理员使用的管理程序/tmp 公用的临时文件存储点/root 系统管理员的主目录/mnt 系统提供这个目录是让用户临时挂载其他的文件系统。/lost+found 该目录平时是空的，系统非正常关机而留下“无家可归”的文件（windows下叫什么 .chk ）就在这里名师资料总结 - - -精品资料欢迎下载 - - - - - - - - - - - - - - - - - - 名师精心整理 - - - - - - - 第 1 页，共 8 页 - - - - - - - - - /proc 虚拟的目录，是系统内存的映射。可直接访问这个目录来获取系统信息。/var 某些大文件的溢出

5、区，比方说各种服务的日志文件/usr 最庞大的目录，要用到的应用程序和文件几乎都在这个目录。其中包含：/usr/X11R6 存放 X window 的目录/usr/bin 众多的应用程序/usr/sbin 超级用户的一些管理程序/usr/doc linux文档/usr/include linux下开发和编译应用程序所需要的头文件/usr/lib 常用的动态链接库和软件包的配置文件/usr/man 帮助文档/usr/src 源代码， linux内核的源代码就放在 /usr/src/linux里/usr/local/bin 本地增加的命令/usr/local/lib 本地增加的库二 、linux文

6、件系统文件系统指文件存在的物理空间，linux系统中每个分区都是一个文件系统，都有自己的目录层次结构。 linux会将这些分属不同分区的、单独的文件系统按一定的方式形成一个系统的总的目录层次结构。一个操作系统的运行离不开对文件的操作，因此必然要拥有并维护自己的文件系统。文件系统分配策略：块分配( block allocation )和扩展分配 ( extent allocation ) 块分配：磁盘上的文件块根据需要分配给文件，避免了存储空间的浪费。但当文件扩充时，会造成文件中文件块的不连续，从而导致过多的磁盘寻道时间。每一次文件扩展时，块分配算法就需要写入文件块的结构信息，也就是 meta-

7、dada 。meta-data总是与文件一起写入存储设备， 改变文件的操作要等到所有meta-data 的操作都完成后才能进行， 因此 meta-data 的操作会明显降低整个文件系统的性能。扩展分配：文件创建时，一次性分配一连串连续的块，当文件扩展时，也一次分配很多块。meta-data 在文件创建时写入， 当文件大小没有超过所有已分配文件块大小时，就不用写入 meta-data ，直到需要再分配文件块的时候。扩展分配采用成组分配块的方式，减少了 SCSI 设备写数据的时间，在读取顺序文件时具有良好的性能，但随机读取文件时，就和块分配类似了。文件块的组或块簇 ( block cluster)

8、 的大小是在编译时确定的。簇的大小对文件系统的性能有很大的影响。注： meta-data 元信息：和文件有关的信息，比如权限、所有者以及创建、访问或更改时间等。Linux 文件系统使用索引节点来记录文件信息，作用像windows 的文件分配表。索引节点是一个结构，它包含了一个文件的长度、创建及修改时间、权限、所属关系、磁盘中的位置等信息。一个文件系统维护了一个索引节点的数组，每个文件或目录都与索引节点数组中的唯一一个元素对应。系统给每个索引节点分配了一个号码，也就是该节点在数组中的索引号，称为索引节点号。 linux文件系统将文件索引节点号和文件名同时保存在目录中。所以，目录只是将文件的名称和

9、它的索引节点号结合在一起的一张表，目录中每一对文件名称和索引节点号称为一个连接。对于一个文件来说有唯一的索引节点号与之对应，对于一个索引节点号，却可以有多个文件名与之对应。因此，在磁盘上的同一个文件可以通过不同的路径去访问它。可以用 ln 命令对一个已经存在的文件再建立一个新的连接，而不复制文件的内容。名师资料总结 - - -精品资料欢迎下载 - - - - - - - - - - - - - - - - - - 名师精心整理 - - - - - - - 第 2 页，共 8 页 - - - - - - - - - 连接有软连接和硬连接之分，软连接又叫符号连接。它们各自的特点是：硬连接：原文件名

10、和连接文件名都指向相同的物理地址。目录不能有硬连接；硬连接不能跨越文件系统（不能跨越不同的分区）文件在磁盘中只有一个拷贝，节省硬盘空间；由于删除文件要在同一个索引节点属于唯一的连接时才能成功，因此可以防止不必要的误删除。符号连接：用 ln -s 命令建立文件的符号连接， 符号连接是 linux特殊文件的一种，作为一个文件，它的数据是它所连接的文件的路径名。类似windows下的快捷方式。可以删除原有的文件而保存连接文件，没有防止误删除功能。Linux 文件系统类型：ext2 ：早期 linux中常用的文件系统 ext3 ： ext2的升级版，带日志功能 RAMFS ：内存文件系统，速度很快 N

11、FS ：网络文件系统，由SUN 发明，主要用于远程文件共享 MS-DOS ： MS-DOS 文件系统 VFAT ： Windows 95/98 操作系统采用的文件系统 FAT ： Windows XP 操作系统采用的文件系统 NTFS ： Windows NT/XP 操作系统采用的文件系统 HPFS ： OS/2 操作系统采用的文件系统 PROC : 虚拟的进程文件系统 ISO9660 ： 大部分光盘所采用的文件系统 ufsSun : OS 所采用的文件系统 NCPFS ： Novell 服务器所采用的文件系统 SMBFS ： Samba 的共享文件系统 XFS ：由 SGI 开发的先进的日志

12、文件系统，支持超大容量文件 JFS ： IBM的 AIX 使用的日志文件系统 ReiserFS : 基于平衡树结构的文件系统 udf: 可擦写的数据光盘文件系统虚拟文件系统 VFS linux支持的所有文件系统称为逻辑文件系统，而linux在传统的逻辑文件系统的基础上增加了一个虚拟文件系统( Vitual File System ,VFS) 的接口层。虚拟文件系统 (VFS) 位于文件系统的最上层，管理各种逻辑文件系统，并可以屏蔽各种逻辑文件系统之间的差异，提供统一文件和设备的访问接口。文件的逻辑结构文件的逻辑结构可分为两大类：字节流式的无结构文件和记录式的有结构文件。由字节流（字节序列）组成

13、的文件是一种无结构文件或流式文件，不考虑文件内部的逻辑结构，只是简单地看作是一系列字节的序列，便于在文件的任意位置添加内容。由记录组成的文件称为记录式文件，记录是这种文件类型的基本信息单位，记录式文件通用于信息管理。文件类型：名师资料总结 - - -精品资料欢迎下载 - - - - - - - - - - - - - - - - - - 名师精心整理 - - - - - - - 第 3 页，共 8 页 - - - - - - - - - 普通文件：通常是流式文件目录文件：用于表示和管理系统中的全部文件链接文件：用于不同目录下文件的共享设备文件：包括块设备文件和字符设备文件，块设备文件表示磁盘文

14、件、光盘等，字符设备文件按照字符操作终端、键盘等设备。管道(FIFO) 文件 :提供进程间通信的一种方式套接字 (socket) 文件： 该文件类型与网络通信有关文件结构：包括索引节点和数据索引节点：又称I 节点，在文件系统结构中，包含有关相应文件的信息一个记录，这些信息包括文件权限、文件名、文件大小、存放位置、建立日期等。文件系统中所有文件的索引节点保存在索引节点表中。数据：文件的实际内容。可以是空的，也可以非常大，并且拥有自己的结构。ext2 文件系统 ext2 文件系统的数据块大小一般为1024B 、2048B 或 4096B ext2 文件系统采用的索引节点(inode) ： 索引节点

15、采用了多重索引结构，主要体现在直接指针和3 个间接指针。直接指针包含12 个直接指针块，它们直接指向包含文件数据的数据块，紧接在后面的3 个间接指针是为了适应文件的大小变化而设计的。假设数据块大小为1024B ，利用 12 个直接指针，可以保存最大为12KB的文件，当文件超过 12KB时，则要利用单级间接指针，该指针指向的数据块保存有一组数据块指针，这些指针依次指向包含有实际数据的数据块，假如每个指针占用4B，则每个单级指针数据块可保存1024/4256 个数据指针， 因此利用直接指针和单级间接指针可保存1024*121024*256268 KB的文件。当文件超过 268KB时，再利用二级间接

16、指针，直到使用三级间接指针。利用直接指针、单级间接指针、二级间接指针、三级间接指针可保存的最大文件大小为： 1024*12+1024*256+1024*256*256+1024*256*256*256 16843020 KB，约 16GB 若 数 据 块 大 小 为2048B ， 指 针 占4B ， 则 最 大 文 件 大 小 为 ：2048*12+2048*512+2048*512*512+2048*512*512*512268,960,792 KB 约 268GB 若 数 据 块 大 小 为4096B ， 指 针 占4B ， 则 最 大 文 件 大 小 为 ：4096*12+4096*10

17、24+4096*1024*1024+4096*1024*1024*10244,299,165,744 KB ，约4TB ，注： 命令 tune2fs -l /dev/sda5可查看文件系统 ext2 文件系统最大文件名长度： 255 个字符 ext2 文件系统的缺点：ext2 在写入文件内容的同时并没有同时写入文件meta-data ，其工作顺序是先写入文件的内容，然后等空闲时候才写入文件的meta-data 。若发生意外，则文件系统就会处于不一致状态。在重新启动系统的时候，linux会启动 fsk ( file system check) 的程序，扫描整个文件系统并试图修复，但不提供保证。

18、ext3文件系统：ext3 基于 ext2 的代码，所以磁盘格式与ext2 相同，使用相同的元数据。 ext2 文件系统无损转化为ext3 文件系统：tune2fs-j /dev/sda6 日志块设备 ( Journaling block device layer,JBD)完成 ext3 文件系统日志功能。JBD不是 ext3 文件系统所特有的，它的设计目标是为了向一个块设备添加日志功能。名师资料总结 - - -精品资料欢迎下载 - - - - - - - - - - - - - - - - - - 名师精心整理 - - - - - - - 第 4 页，共 8 页 - - - - - - -

19、- - 当 一 个 文 件 修 改 执 行 时 ， ext3文 件 系统 代 码 将通 知 JBD， 称 为 一 个 事 务(transaction)。发生意外时，日志功能具有的重放功能，能重新执行中断的事务。日志中的 3 种数据模式：1) 、data=writeback ：不处理任何形式的日志数据，给用户整体上的最高性能2) 、data=odered ：只记录元数据日志，但将元数据和数据组成一个单元称为事务(transaction)。 此模式保持可靠性与文件系统的一致性，性能远低于 data=writeback模式，但比 data=journal模式快3) 、data=journal ：提供

20、完整的数据及元数据日志，所有新数据首先被写入日志，然后才被定位。意外发生过后，日志可以被重放，将数据与元数据带回一致状态。这种模式整体性能最慢，但数据需要从磁盘读取和写入磁盘时却是3 种模式中最快的。 ext3 文件系统最大文件名长度： 255 个字符 ext3 文件系统的优点：可用性、数据完整性、速度、兼容性10、ReiserFS 文件系统ReiserFS 文件系统是由 Hans Reiser 和他领导的开发小组共同开发的，整个文件系统完全是从头设计的，是一个非常优秀的文件系统。也是最早用于Linux 的日志文件系统之一。 ReiserFS 的特点，先进的日志机制ReiserFS 有先进的日

21、志 (Journaling/logging)功能 机制。日志机制保证了在每个实际数据修改之前，相应的日志已经写入硬盘。文件与数据的安全性有了很大提高。高效的磁盘空间利用， Reiserfs对一些小文件不分配inode 。 而是将这些文件打包，存放在同一个磁盘分块中。而其它文件系统则为每个小文件分别放置到一个磁盘分块中。独特的搜寻方式， ReiserFS 基于快速平衡树 (balanced tree)搜索，平衡树在性能上非常卓越， 这是一种非常高效的算法。 ReiserFS 搜索大量文件时， 搜索速度要比 ext2快得多。 Reiserfs文件系统使用B*Tree 存储文件，而其它文件系统使用B

22、+Tree 树。B*Tree 查询速度比 B+Tree要快很多。 Reiserfs在文件定位上速度非常快。在实际运用中， ReiserFS 在处理小于 4k 的文件时，比 ext2 快 5 倍；带尾文件压缩功能（默认）的ReiserFS 比 ext2 文件系统多存储 6% 的数据。支持海量磁盘， ReiserFS 是一个非常优秀的文件系统，一直被用在高端UNIX系统上， 可轻松管理上百 G的文件系统，ReiserFS 文件系统最大支持的文件系统尺寸为16TB 。这非常适合企业级应用中。优异的性能， 由于它的高效存储和快速小文件I/O 特点，使用 ReiserFs 文件系统的PC ，在启动 X窗

23、口系统时，所花的时间要比在同一台机器上使用ext2 文件系统少 1/3 。另外，ReiserFS 文件系统支持单个文件尺寸为4G的文件，这为大型数据库系统在linux上的应用提供了更好的选择。三 、挂载文件系统由上一节知道， linux系统中每个分区都是一个文件系统，都有自己的目录层次结构。linux会将这些分属不同分区的、单独的文件系统按一定的方式形成一个系统的总的目录层次结构。这里所说的“按一定方式”就是指的挂载。将一个文件系统的顶层目录挂到另一个文件系统的子目录上，使它们成为一个整体，称为挂载。把该子目录称为挂载点。根分区：/ 根目录名师资料总结 - - -精品资料欢迎下载 - - -

24、- - - - - - - - - - - - - - - 名师精心整理 - - - - - - - 第 5 页，共 8 页 - - - - - - - - - bin home dev etc lib sbin tmp usr var rc.d cron.d init.d rc0.d rc1.d rc2.d /usr 分区 ：usr X11R6 src lib local man bin linux bin lib src 1、挂载点必须是一个目录。2、一个分区挂载在一个已存在的目录上，这个目录可以不为空，但挂载后这个目录下以前的内容将不可用。对于其他操作系统建立的文件系统的挂载也是这样。但

25、是需要理解的是：光盘、软盘、其他操作系统使用的文件系统的格式与linux使用的文件系统格式是不一样的。光盘是 ISO9660；软盘是 fat16 或 ext2 ； windows NT是 fat16 、NTFS ； windows98是 fat16 、fat32 ；windows2000和 windowsXP是 fat16 、fat32 、 NTFS 。挂载前要了解 linux是否支持所要挂载的文件系统格式。挂载时使用 mount命令：格式： mount - 参数 设备名称 挂载点 其中常用的参数有： -t 指定设备的文件系统类型，常见的有：minix linux最早使用的文件系统ext2 l

26、inux目前常用的文件系统msdos MS-DOS 的 fat ，就是 fat16 vfat windows98常用的 fat32 nfs 网络文件系统iso9660 CD-ROM 光盘标准文件系统ntfs windows NT 2000的文件系统hpfs OS/2文件系统auto 自动检测文件系统-o 指定挂载文件系统时的选项。也可用在/etc/fstab中。常用的有名师资料总结 - - -精品资料欢迎下载 - - - - - - - - - - - - - - - - - - 名师精心整理 - - - - - - - 第 6 页，共 8 页 - - - - - - - - - codepa

27、ge=XXX 代码页iocharset=XXX 字符集ro 以只读方式挂载rw 以读写方式挂载nouser 使一般用户无法挂载user 可以让一般用户挂载设备提醒一下，mount命令没有建立挂载点的功能， 因此你应该确保执行mount命令时，挂载点已经存在。例子： windows98装在 hda1分区，同时计算机上还有软盘和光盘需要挂载。# mkdir /mnt/winc # mkdir /mnt/floppy # mkdir /mnt/cdrom # mount -t vfat /dev/hda1 /mnt/winc # mount -t msdos /dev/fd0 /mnt/floppy

28、 # mount -t iso9660 /dev/cdrom /mnt/cdrom 现在就可以进入 /mnt/winc等目录读写这些文件系统了。要保证最后两行的命令不出错，要确保软驱和光驱里有盘。（要是硬盘的磁盘片也可以经常随时更换的话，我想就不会犯这样的错误了 :- ）如果 windows98目录里有中文文件名， 使用上面的命令挂载后， 显示的是一堆乱码。这就要用到 -o 参数里的 codepage iocharset选项。codepage指定文件系统的代码页，简体中文代码是 936；iocharset指定字符集，简体中文一般用cp936或 gb2312。当挂载的文件系统linux不支持时，

29、mount会报错，如 windows2000的 ntfs 文件系统。可以重新编译linux内核以获得对该文件系统的支持。四 、自动挂载每次开机访问windows 分区都要运行mount 命令显然太烦琐，为什么访问其他的linux分区不用使用 mount命令呢？其实，每次开机时， linux自动将需要挂载的linux分区挂载上了。那么是不是可以设定让 linux在启动的时候也挂载其他分区，如windows分区，以实现文件系统的自动挂载呢？这是完全可以的。 在/etc 目录下有个 fstab 文件，它里面列出了 linux开机时自动挂载的文件系统的列表。/dev/hda2 / ext3 defau

30、lts 1 1 /dev/hda1 boot ext3 defaults 1 2 none /dev/pts devpts gid=5,mode=620 0 0 none /proc proc defaults 0 0 none /dev/shm tmpfs defaults 0 0 /dev/hda3 swap swap defaults 0 0 /dev/cdrom /mnt/cdrom iso9660 noauto,codepage=936,iocharset=gb2312 0 0 /dev/fd0 /mnt/floppy auto noauto,owner,kudzu 0 0 /dev

31、/hdb1 /mnt/winc vfat defaults,codepage=936,iocharset=cp936 0 0 /dev/hda5 /mnt/wind vfat defaults,codepage=936,iocharset=cp936 0 0 在/etc/fstab文件里，第一列是挂载的文件系统的设备名，第二列是挂载点， 第三列是挂载的文件系统类型，第四列是挂载的选项，选项间用逗号分隔。名师资料总结 - - -精品资料欢迎下载 - - - - - - - - - - - - - - - - - - 名师精心整理 - - - - - - - 第 7 页，共 8 页 - - - -

32、 - - - - - 最后两行添加的是windows下的 C ；D盘，加了 codepage=936和 iocharset=cp936参数以支持中文文件名。参数defaults实际上包含了一组默认参数：rw 以可读写模式挂载suid 开启用户 ID 和群组 ID 设置位dev 可解读文件系统上的字符或区块设备exec 可执行二进制文件auto 自动挂载，光驱和软驱不自动挂载，noauto nouser 使一般用户无法挂载async 以非同步方式执行文件系统的输入输出操作名师资料总结 - - -精品资料欢迎下载 - - - - - - - - - - - - - - - - - - 名师精心整理 - - - - - - - 第 8 页，共 8 页 - - - - - - - - -