[菜鸟学Linux]外传03-漫谈Linux文件系统中文件系统

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本文详细介绍了Linux中常见的文件系统，如Ext3、Ext4、XFS和SWAP的工作原理。探讨了扇区、块、inode和superblock的概念，以及它们如何协同工作以实现文件的高效存储和检索。特别关注了Ext2和Ext4文件系统中inode和blockgroup的特性。

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Linux中常见文件系统：Ext3、Ext4、XFS、SWAP
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。操作系统读取硬盘的时候，不会一个个扇区地读取，这样效率太低，而是一次性连续读取多个扇区，即一次性读取一个块block。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
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，比如文件的创建者、文件的创建日期、文件的大小等等。这种存储文件元信息的区域就叫做inode，中文译名为索引节点，也叫i节点。
Ext2文件系统在格式化的时候，基本上是区分多个区块群组（block group）的，每个block group都有独立的inode/block/superblock系统。
一个文件必须占用一个inode，但至少占用一个block
inode包含很多的文件元信息，但不包含文件名，例如：字节数、属主UserID、属组GroupID、读写执行权限、时间戳等。而文件名存放在目录当中，但Linux系统内部不使用文件名，而是使用inode号码识别文件。对于系统来说文件名只是inode号码便于识别的别称。
在Ext2中，inode记录block号码的区域定义为12个直接，一个间接，一个双简介，一个三间接记录区，Ext4的inode容量扩大到256bytes了，可以支撑16TB的单一文件和16EB的单一文件系统
表面上，用户通过文件名打开文件，实际上，系统内部将这个过程分为四步：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，并读出数据；4、系统还要根据inode信息，看用户是否具有访问的权限，有就指向对应的数据block，没有就返回权限拒绝。
inode也会消耗硬盘空间，所以格式化的时候，操作系统自动将硬盘分成两个区域。一个是数据区，存放文件数据；另一个是inode区，存放inode所包含的信息。每个inode的大小，一般是128字节或256字节。通常情况下不需要关注单个inode的大小，而是需要重点关注inode总数。inode总数在格式化的时候就确定了。可以通过df -i查看硬盘分区的inode总数和已使用情况
inode特有现象：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，能够起到删除文件的作用：find ./* -inum 节点号 -delete；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；4、由于硬盘分区的inode总数在格式化后就已经固定，而每个文件必须有一个inode，因此就有可能发生inode节点用光，但硬盘空间还剩不少，却无法创建新文件。同时这也是一种攻击的方式。
superblock是记录整个文件系统相关信息的地方，没有superblock也就没有这个文件系统了。记录的信息可以通过dump2fs查看（Ext4以下有效）主要有：1、block与inode的总量；2、未使用与已使用的inode/block数量；3、block与inode的大小；4、文件系统的挂着时间、最近一次写入数据的时间等等等
一个文件系统只有一个superblock，第一个block group内会含有superblock之外，后续的block group不一定含有superblock，如果含有，则该superblock主要是为第一个block group内的superblock做备份

附：
inode table格式

debugfs 1.42.13 (17-May-2015)
debugfs:  open -w /dev/sda5

debugfs:  mi <2228474>
Mode    [0100664]
User ID    [1000]
Group ID    [1000]
Size    [5]
Creation time    [1487406129]
Modification time    [1487406127]
Access time    [1487406151]
Deletion time    [0]
Link count    [1]
Block count high    [0]
Block count    [8]
File flags    [0x80000]
Generation    [0x15fa265]
File acl    [0]
High 32bits of size    [0]
Fragment address    [0]
Direct Block #0    [127754]
Direct Block #1    [4]
Direct Block #2    [0]
Direct Block #3    [0]
Direct Block #4    [1]
Direct Block #5    [5502407]
Direct Block #6    [0]
Direct Block #7    [0]
Direct Block #8    [0]
Direct Block #9    [0]
Direct Block #10    [0]
Direct Block #11    [0]
Indirect Block    [0]
Double Indirect Block    [0]
Triple Indirect Block    [0]