最近有同学跟我讲他也要开始学习Linux了，我寻思着我也要开始复习了，就从Linux文件系统开始吧！
一. 各种各样的文件系统
- fat16：Windows95之前采用的文件系统。
- fat32（vfat）：Windows98之后采用的文件系统。
- NTFS：windows现在采用的文件系统。
- ext系列：Linux Extended Filesystem。
- xfs：这个是CentOS中使用的文件系统，没用过，不太清楚。
二. 文件系统基础知识
(1). 关于磁盘
- 在以前，柱面是最小的分区单位。但是现在，扇区不仅是最小的分区单位，也是最小的物理存储单位。
- 现在的磁盘都有EFI分区（ESP，包含boot loader等文件），需要进行格式化才能被UEFI所读取。
- 磁盘分区表有两种格式，一种是MBR分区表，一种是现代的GPT分区表。
(2). 关于分区和格式化
为什么需要分区？其实有时候是不得不分区，比如装双系统的时候，如果不给Windows下的磁盘分区，就装不了Linux；
为什么需要格式化？因为每种操作系统所设置的文件属性和权限并不相同，为了存放文件所需的数据，才需要进行格式化。
传统的磁盘与文件系统的应用中，一个分区就只能被格式化为一个文件系统。现代我们有LVM和RAID技术，可以把一个分区格式化为多个不同的文件系统（LVM），也可以把多个分区格式化为同一个文件系统（RAID）
(3). Windows和Linux下操作系统简介
Windows下FAT操作系统有点像数据结构中的链表——他在数据区块中存放着下一个数据区块的索引。
而Linux下的ext文件系统则是索引式文件系统，他引入了所谓inode的概念，把文件的一些属性和权限全部塞到inode中，更重要的是，一个inode对应一个完整的文件，换句话说，所有数据区块的索引都存在这个inode中。
两者相比的话，由于Linux采用的是索引式文件系统，只要磁头转一圈，就可以读取所有的数据；但是Windows就不一定了。
这就是为什么当Windows需要经常进行磁盘碎片的整理——因为磁盘碎片过多，文件的读写性能下降。Linux下就没这种需求。
三. ext2文件系统概论
·ext2文件系统长什么样
先看左边的表格，这里有两个比较精妙的设计：
- boot sector放到最前面，有利于多重引导。
- 分了很多的block group，有利于管理（就像军队里有班，排，连的区别一样）
block group里的内容也很丰富，这里对一些内容做一个大致的介绍：
- super block：介绍了整个文件系统的基本信息，比如一个inode和data block的数量和大小等。
- descirptors: 这个则是介绍了每个区块群组开始和结束的位置。
- bitmaps：在新建文件或删除文件的时候，需要查看有哪些inode或者data block还没有使用或已经占用，这个就是提供了这样一种对照表，有利于提高效率。
- table：存放着inode和data blocks的实际内容，后面会详讲。
（p.s 每个block group中可能都会有所谓的super block，有的也没有，这是因为文件系统中只要有一个super block即可，其他block group中的super block都是起备份作用）
四. ext2文件系统之inode table
关于inode table中只要了解三方面即可：
(1). inode中到底存放这哪些信息？
inode中存放的东西特别多，这里只举常用的：
- 文件读写属性和文件权限（之前已经提到过了）
- 文件的大小
- 文件的各种时间(atime, ctime, mtime)
- 该文件的真正指向
(2). inode的大小？
每个inode所占的磁盘空间固定为128B(新的ext4和xfs可设为256B)
根据标准，每个inode对应一个完整的文件，其中，记录数据区块的内容只有4B（一个int，32位）。
为了记录大容量的文件内容，inode的数据区块采用12直接，1间接，1双间接,1三间接的做法。
即占用一个data block来记录索引。如下图所示：
一个data block有1K， 2K， 4K三种不同的大小。这样以来，以1K大小为例，一个data block可以记录256个区块的号码。
(3). inode与目录树之间的关系
对于目录，文件系统会分配一个inode与至少一个区块给该目录，不够的话再分配一个block，因此目录的大小一般都是你block大小的整数倍，而不是你所有文件大小之和。
对于文件，情况就不一样了，这主要是因为，Linux下的文件系统虽然也是根据文件的大小分配block，但是显示的却是文件的实际大小。两者并不矛盾。
另外非常重要的一点就是，文件的inode并不记录你的文件名。文件名记录在你目录的block中。因此Linux下新增或者删除文件，都与目录的w权限相关。还有一点也很重要，就是目录的data block中记录了其中文件的inode。
也就是说，Linux下的文件读取流程有点类似下面一幅图（长得挺像二分图）：
五. 日志式文件系统
如果要新增一个文件，ext2文件系统会怎么做呢？
- 先看看对应目录有无w和x的权限，有的话才可以继续。
- 根据inode bitmap找到没有使用过的inode，然后把文件的一些属性写入。
- 根据block bitmap找到没有使用过的data block, 然后把实际的数据写入。
- 更新inode bitmap和block bitmap，最后更新super block的内容。
其中，由于data bitmap，inode bitmap和super block的数据是经常变动的，每次新增，删除，编辑时都会影响到这三个部分的数据，因此叫做meta data。
但是这种做法有一种缺陷——如果在上述步骤中，突然断电，就会发生meta data和实际数据区域内容不一致的情况。
如果想靠元数据区和实际区进行逐一比对的话，是很费时的，这时，日志式文件系统就兴起了。
日志式文件系统跟原来的文件系统有这么两个差别：
首先，在最开始的时候，在日志记录区块中记录——我要开始记录了。
然后，在结束的时候，在日志式文件系统中再记录——我结束了！
这样，我们的系统只要检查我们的日志，就可以知道哪些地方出问题了。
六. 符号链接和硬链接
Linux下有两种链接方式——symbolic link和hard link。
硬链接只是在该文件的目录下添加一条到某inode的关联记录而已。
符号链接则是一种新的文件类别，指向目标文件的inode。
符号链接和硬链接的比较
种类 | 优点 | 缺点 | 在ll下的表现 |
符号链接 | 可以链接目录 | 需要占用inode和区块；原来文件删除后，符号链接也会失效 | 在文件名末尾出现->字样 |
硬链接 | 不用占用inode和区块 | 不能跨文件系统，不能链接目录，只能链接所有文件。 | 第二栏数目+1 |
这两种链接方式都十分直观，如下图所示：（上为符号链接，下为硬链接。）
创建相关链接的命令：
ln source target # 创建硬链接
ln -s source target # 创建硬链接新建目录的时候，目录中还会默认存在两个目录：./和../
./是硬链接到新建的目录的，而../是硬链接到父目录的。所以说, 新建一个目录的时候
- 该目录的硬链接数为2；
- 其父目录的链接数+1；
七. 其他
·什么是挂载？
挂在就是将文件系统和目录树结合。
·Linux文件系统的运行
编辑文件的时候我们最终要把文件保存在磁盘上，然而磁盘写入的速度比内存慢很多，因此我们不得不花时间在等待磁盘的读写上。
为此Linux使用了一个叫做异步处理的方法。在内存的数据可以分为clean和dirty两大类。
- 所谓clean的数据就是在内存中，没有被更改过的数据。
- 所谓dirty的数据，就是在内存中被更改过的数据。
Linux会将dirty的数据，不定时地写入磁盘内，当然也可以通过sync命令强行写入硬盘。
如果不正常关机，系统可能花很长时间在磁盘校验上。甚至可能造成文件系统的损坏。（好在服务器一般不关机）
·什么是Linux VFS？
VFS（virtual filesystem switch），由于Linux支持很多文件系统，所以我们可以通过vfs来管理所有的文件系统，这个比较复杂，详细的可以移步其他博客（书上也没写，逃）。
·相关命令
dumpe2fs # 查看ext系列超级区块的信息·相关文件
- /dev/shm：利用内存虚拟出来的磁盘空间，访问速度非常快（真是奇怪，不仅有所谓的虚拟内存，还有这种奇怪的东西）
- /proc: Linux系统需要加载的系统数据，而且是挂载到内存当中，所以不占任何的磁盘空间。
