深入理解Linux文件系统与日志分析

引言

本章内容我们讲解了inode和block的关系，恢复xfs 、ext类型的文件以及日志文件的管理与分析

一、inode与block

1.inode和block概述

• 文件数据包括元信息与实际数据 （元信息：包含属性的相关信息，实际数据：文件内容）
• 文件是存储在硬盘上的，硬盘的最小存储单位叫做"扇区”(sector)，每个扇区存储512字节。
• 一般连续八个扇区组成一个"块"(block)，一个块是4K大小，是文件存取的最小单位。操作系统读取硬盘的时候，是一次性连续读取多个扇区，即一个块一个块的读取的。
• block(块)

连续的八个扇区组成一个block(4K)
是文件存取的最小单位

• inode(索引节点)

中文译名为“索引节点”，也叫i节点
用于存储文件元信息

文件数据包括实际数据与元信息（类似文件属性)。文件数据存储在"块"中，存储文件元信息（比如文件的创建者、创建日期、文件大小、文件权限等）的区域就叫做inode。因此，一个文件必须占用一个inode，并且至少占用一个 block。

inode不包含文件名。文件名是存放在目录当中的。Linux系统中一切皆文件，因此目录也是一种文件。

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。Linux系统内部不使用文件名，而使用inode号码来识别文件。对于系统来说，文件名只是inode号码便于识别的别称，文件名和inode号码是一一对应关系，每个inode号码对应一个文件名。

所以，当用户在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对应的inode号码，通过inode号码，获取inode信息﹔根据inode信息，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，并读取数据。

2.inode的内容

inode包含文件的元信息，具体来说有以下内容：

• 文件的字节数 就是字节占了多少空间和文件大小
• 文件拥有者的User ID
• 文件的Group ID
• 文件的读、 写、执行权限
• 文件的时间戳
• 文件类型
• 链接数
• 有关文件的其他数据.

2.1 用stat命令可以查看某文件的inode信息

示例：stat aa.txt

2.2 Linux系统文件三个主要的时间属性

• ctime(change time)
  ◆最后一次改变文件或目录（属性)的时间
• atime(access time)
  ◆最后一次访问文件或目录的时间
• mtime(modify time)
  ◆最后一次修改文件或目录(内容)的时间

2.3目录文件结构

文件名1	inode号码1
文件名2	inode号码2

• 目录也是一种文件
• 目录文件的结构

• 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
• Linux系统内部不使用文件名，而使用inode号码来识别文件
• 对于用户，文件名只是inode号码便于识别的别称

访问文件的流程：用户使用文件名访问文件，系统查找文件对应的inode，判断用户是否具备访问权限，有权限指向对应数据block，无权限则返回Permission denied​

3.inode的号码

用户通过文件名打开文件时，系统内部的过程

1.系统找到这个文件名对应的inode号码
2.通过inode号码，获取inode信息
3.根据inode信息，找到文件数据所在的block，读出数据

查看inode号码的方法

ls -i命令:查看文件名对应的inode号码
ls -i aa.txt
stat命令:查看文件inode信息中的inode号码
stat aa.txt

4.inode的大小

• inode也会消耗硬盘空间，每个inode的大小，一般是128字节或256字节
• 格式化文件系统时确定inode的总数
• 使用df -i命令可以查看每个硬盘分区的inode总数和已经使用的数量

5.inode的特殊作用

由于inode号码与文件名分离，导致Linux系统具备以下几种特有的现象:

1.文件名包含特殊字符，可能无法正常删除。这时直接删除 inode，也可以删除文件
2.移动文件或重命名文件，只是改变文件名，不影响inode号码
3.打开一个文件以后，系统就以inode号码来识别这个文件，不再考虑文件名

格式

普通文件 find ./ -inum 52305140 -exec rm -i {} ;
find ./ -inum 52345140 -exec rm -rf {} \ 目录

find ./ -inum 50464299 -delete

实验
模拟inode节点耗尽故障处理

使用fdisk创建分区/dev/sdb1，分区大小30M即可
fdisk /dev/sdc
mkfs.xfs /dev/sdc1
mount /dev/sdb1 /mnt
df -i
模拟inode节点耗尽故障
for ((i=1; i<=16000; i++))
do
touch text$i;
done
或 touch {1…16000}.txt
df -i
删除文件恢复
rm -rf *
df -i

格式化并挂载，查看inode节点使用情况

6.链接文件

• 为文件或目录建立链接文件
• 链接文件分类

硬链接

ln 源文件目标位置

软链接

ln [-s] 源文件或目录... 链接文件或目标位置

二、恢复误删除文件

1.恢复EXT类型的文件

extundelete是一个开源的Linux数据恢复工具，支持ext3、ext4文件系统。(ext4只能在centos6版本恢复)
使用fdisk创建分区/dev/sdb1，格式化ext3文件系统
fdisk /dev/sdc
partprobe /dev/sdb
mkfs.ext3 /dev/sdb1
mkdir /test
mount /dev/sdb1/test
df -hT
 安装依赖包
yum -y install e2fsprogs-devel e2fsprogs-libs
 编译安装 extundelete
cd /test
wget http://nchc.dl.sourceforge.net/project/extundelete/extundelete/0.2.4/extundelete-0.2.4.tar.bz2
tar jxvf extundelete-0.2.4.tar.bz2
cd extundelete-0.2.4/
./configure --prefix=/usr/local/extundelete && make && make install
ln -s /usr/ local/extundelete/bin/*/usr/bin/
 模拟删除并执行恢复操作
 cd /test
echo a>a
echo a>b
echo a>c
echo a>d
ls
extundelete  /dev/sdcl --inode 2  查看文件系统/dev/sdc1下存在哪些文件，i节点是从2开始的，
2代表该文件系统最开始的目录。
rm -rf a b
extundelete /dev/sdb1 --inode 2
cd ~
umount /test
extundelete /dev/sdb1 --restore-all 恢复/dev/sdb1 文件系统下的所有内容
在当前目录下会出现一个RECOVERED_FILES/日录，里面保存了己经恢复的文件
ls RECOVERED_FILES/

到test目录下把extundelete文件拖进来 并解压

查看文件系统/dev/sdb2下存在哪些文件，i节点是从2开始的，2代表该文件系统最开始的目录

卸载test，恢复/dev/sdb2 文件系统下的所有内容，、在当前目录下会出现一个RECOVERED_FILES/目录， 里面保存了已经恢复的文件（之前删除的a和b恢复了）。

2.恢复XFS类型的文件

• xfsdump 的命令格式为:

xfsdump -f  备份存放位置      要备份的路径或设备文件

• xfsdump的备份级别有两种:

0表示完全备份
1-9表示增量备份（xfsdump 的备份级别默认为0）

• xfsdump常用选项

命令	含义
-f	指定备份文件目录
-L	指定标签session label
-M	指定设备标签media label
-s	备份单个文件，-s后面不能直接跟路径

• xfsrestore的命令格式为:

xfsrestore -f  恢复文件的位置     存放恢复后文件的位置

• xfsdump使用限制:

1.只能备份己挂载的文件系统

2.必须使用root的权限才能操作

3.只能备份XFS文件系统

4.备份后的数据只能让xfsrestore解析

5.不能备份两个具有相同UUID的文件系统（可用blkid命令查看)

使用fdisk创建分区/dev/sdb2，格式化xfs文件系统
fdisk /dev/sdb
partprobe /dev/sdb
mkfs.xfs [-f] /dev/sdb2
mkdir /data
mount /dev/sdb2 /data/
cd /data
cp /etc/passwd ./
mkdir test
touch test/a
 使用xfsdump命令备份整个分区
 rpm -qa | grep xfsdump
yum install -y xfsdump
xfsdump -f /opt/dump_sdbl /dev/sdb2 [-L dump_sdb2 -M sdb2]
 模拟数据丢失并使用xfsrestore命令恢复文件
cd /data/
rm -rf ./*
ls
xfsrestore -f l opt/dump_sdb2 /data/

创建测试使用的文件、目录，并在文件中写入数据

安装xfsdump

有交互

无交互

增量备份

三、日志文件

1.日志的功能

• 用于记录系统、程序运行中发生的各种事件
• 通过阅读日志，有助于诊断和解决系统故障

2.日志文件的分类

• 内核及系统日志

由系统服务rsyslog统一进行管理，日志格式基本相似

• 用户日志

记录系统用户登录及退出系统的相关信息

• 程序日志

由各种应用程序独立管理的日志文件，记录格式不统一

3.日志保存位置

默认位于: /var/log目录下

4.主要日志文件介绍

内核及系统日志由系统服务rsyslog统一管理，主配置文件为/etc/rsyslog. conf
Linux操作系统本身和大部分服务器程序的日志文件都默认放在目录/var/log/下。
常见的一一些日志文件:
内核及公共消息日志:
/var/log/messages: 记录Linux内核消息及各种应用程序的公共日志信息，包括启动、I0错误、网络错误、程序故障等。对于未使用独立日志文件的应用程序或服务，–般都可以从该日志文件中获得相关的事件记录信息。

计划任务日志:
/var/log/cron: 记录crond计划任务产生的事件信息。
系统引导日志:
/var/ log/ dmesg: 记录Linux系统在引导过程中的各种事件信息。
邮件系统日志:
/var/ log/maillog: 记录进入或发出系统的电子邮件活动。
用户登录日志:
/var/log/ secure: 记录用户认证相关的安全事件信息。
/var/log/lastlog: 记录每个用户最近的登录事件。二进制格式
/var/log/wtmp: 记录每个用户登录、注销及系统启动和停机事件。二进制格式
/var/run/btmp:记录失败的、错误的登录尝试及验证事件。二进制格式

5.日志消息的级别

6.日志记录的一般格式

内核及大多数系统消息都被记录到公共日志文件/var/log/messages中，而其他一些程序消息被记录到各自独立的日志文件中，此外日志消息还能够记录到特定的存储设备中，或者直接发送给指定用户

7.用户日志分析

保存了系统用户登录、 退出等相关的事件消息

/var/log/lastlog:最近的用户登录事件
/var/log/wtmp:用户登录、注销及系统开、关机事件
/var/run/utmp:当前登录的每个用户的详细信息
/var/log/secure:与用户验证相关的安全性事件

分析工具

users、who、w、last、lastb

8.程序日志分析

由相应的应用程序独立进行管理

• Web服务：/var/log/httpd/

access_log ——记录客户访问事件
error_log ——记录错误事件

• 代理服务：/var/log/squid/

access.log、cache.log

• 分析工具

文本查看、grep过来检索、Webmin管理套件中查看
awk、sed等文本过滤、格式化编辑工具
Webalizer、Awstats等专用日志分析工具

9.日志管理策略

• 及时作好备份和归档
• 延长日志保存期限
• 控制日志访问权限

日志中可能会包含各类敏感信息，如账户、口令等

• 集中管理日志

将服务器的日志文件发到统一的日志文件服务器
便于日志信息的统一收集、整理和分析
杜绝日志信息的意外丢失、恶意篡改或删除

四、总结

本章内容教会了我们inode和block的内容和关系，以及如何恢复文件（xfs、ext）还有如何查看日志文件和管理。