文件系统结构

• 文件系统结构

  • inode的大小
  • block块大小

• 文件的硬链接和软链接

  • Linux链接概念
  • 解决磁盘有空间但创建不了文件

文件系统结构

Linux文件系统由三部分组成：文件名，inode，block

Linux文件系统：ext3,ext4，xfs
windows文件系统：FAT32，NTFS

1. 文件名

[root@love ~]# cp /etc/passwd a.txt
[root@love ~]# ls a.txt # a.txt 就是文件名

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
• 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，共有三个：ctime指inode上一次变动的时间，mtime指文件内容上一次变动的时间，atime指文件上一次打开的时间。
• 链接数，即有多少文件名指向这个inode
• 文件数据block的位置

可以用stat命令，查看某个文件的inode信息：

[root@love ~]# stat a.txt
File: a.txt
Size: 2053 Blocks: 8 IO Block: 4096 regular file
Device: 803h/2051d Inode: 18521833 Links: 1
Access: (0644/-rw-r--r--)  Uid: (    0/ root)   Gid: (    0/ root)Access最近访问时间: 2018-05-16 14:55:36.061095050 +0800
Modify最近更改时间: 2018-05-16 14:55:36.062095050 +0800
Change最近改动时间: 2018-05-16 14:55:36.062095050 +0800
Birth创建时间: -
[root@love ~]# ll /etc/passwd #ll 其实就是查看passwd的inode信息
-rw-r--r--. 1 root root 2053 Sep 19 2017 /etc/passwd #ll查看到时间是ctime时间

ctime指inode上一次文件属性变动的时间，change time 。 比如： chmod +x a.sh

mtime指文件内容上一次变动的时间，modify time 。如：echo aa >> a.sh 或vim a.sh 修改内容

atime指文件上一次查看文件的时间，access time 。 如： cat a.sh

inode的大小

inode也会消耗硬盘空间，所以硬盘格式化的时候，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（inode table），存放inode所包含的信息。
每个inode节点的大小，一般是128字节或256字节。inode节点的总数，在格式化时就给定，假定在一块1GB的硬盘中，每个inode节点的大小为128字节，每1KB就设置一个inode，那么inode
table的大小就会达到128MB，占整块硬盘的12.8%。

inode号码：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。Unix/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或者绰号。表面上，用户通过文件名，打开文件。实际上，系统内部这个过程分成三步：首先，系统找到这个文件名对应的inode号码；其次，通过inode号码，获取inode信息；最后，根据inode信息，找到文件数据所在的block，读出数据。

使用ls -i命令，可以看到文件名对应的inode号码

[root@love ~]# ls -i a.txt
440269 a.txt

查看每个硬盘分区的inode总数和已经使用的数量，可以使用df命令。

[root@localhost ~]# df -i
Filesystem Inodes IUsed IFree IUse% Mounted on
/dev/sda2 640848 151010 489838 24% /
tmpfs 145579 1 145578 1% /dev/shm
/dev/sda1 51200 38 51162 1% /boot

注：由于每个文件都必须有一个inode，因此有可能发生inode已经用光，但是硬盘还未存满的情况。这时，就无法在硬盘上创建新文件。

目录文件

Unix/Linux系统中，目录（directory）也是一种文件。打开目录，实际上就是打开目录文件。目录文件的结构非常简单，就是一系列目录项的列表。每个目录项，由两部分组成：所包含文件的文件名，以及该文件名对应的inode号码。

block块大小

• block 是真正存储数据的地方。
• block是 文件系统 中最小的存储单位，扇区 是 磁盘 中最小的存储单位
• 在linux下中叫：block，在windows中叫：簇

操作系统读取硬盘的时候，不会一个个扇区（512字节）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1KB，即连2个
sector扇区组成一个 block。或4K。

查看Linux系统块大小

[root@love ~]# stat /etc/passwd | grep IO
# 大小：2053 块：8 IO 块：4096 普通文件
# block到是4K

总结：

• 硬盘的结构：ZBR 区位记录
• inode（inode表中主要看inode号）
• inode号唯一标识一个文件（一个文件系统里面）
• inode用完了，文件就不能创建了
• inode数据量设置大一些：可以创建多个文件。占用空间比较大
• inode数据量设置小一些：可以创建很少文件。占用空间比较小

文件的硬链接和软链接

Linux链接概念

Linux链接分两种

• 一种被称为硬链接（Hard
  Link），默认情况下，ln命令产生硬链接。硬连接指通过索引节点号来进行连接。inode是可以对应多个文件名的。在Linux的文件系统中，保存在磁盘分区中的文件不管是什么类型都给它分配一个编号，称为索引节点号(Inode Index)
  。在Linux中，多个文件名可以指向同一索引节点。一般这种连接就是硬连接。硬连接的作用是允许一个文件拥有多个有效路径名，这样用户就可以建立硬连接到重要文件，以防止“误删”的功能。只删除一个连接并不影响索引节点本身和其它的连接，只有当最后一个连接被删除后，文件的数据块及目录的连接才会被释放。也就是说，文件真正删除的条件是与之相关的所有硬连接文件均被删除。
• 另外一种连接称之为符号连接（Symbolic Link），也叫软连接。软链接文件有类似于Windows的快捷方式。它实际上是一个特殊的文件。在符号连接中，文件实际上是一个文本文件，其中包含的有另一文件的位置信息。

ln命令创建链接

语法格式：ln 源文件 目标文件

• 硬链接的原理就是多个文件名指向同一个inode，因此多个文件名共用一个inode号，达到共享与备份的目的；
• 源文件被删除，不影响链接文件的正常使用
• 硬链接不能针对目录创建，跨分区无法实现。因为每个分区都有自己独立的INDOE编号

ln -s 创建软连接

语法：ln -s 源文件 软链接的名字

• 软链接：相当于windows中的快捷方式
• 源文件被删除，链接文件失效
• 能针对目录和跨分区创建软链接 能跨分区创建（源文件必须写绝对路径）

inode的特殊作用

由于inode号码与文件名分离，这种机制导致了一些Unix/Linux系统特有的现象。

1. 有时，文件名包含特殊字符，无法正常删除。这时，直接删除inode节点，就能起到删除文件的作用。
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。因此，通常来说，系统无法从inode号码得知文件名。

解决磁盘有空间但创建不了文件

实战场景：在一台配置较低的Linux服务器（内存、硬盘比较小）的/data分区内创建文件时，系统提示磁盘空间不足，用df
-h命令查看了一下磁盘使用情况，发现/data分区只使用了80%，还有1.9G的剩余空间，但是无法创建新的文件。当时使用的是root用户。服务器没有被黑。

[root@love ~]# df -h
文件系统 容量 已用 可用 已用% 挂载点
/dev/sda3 10G 8.0G 1.9G 80% /

常识： 只要权限够，磁盘上有空间一定可以创建文件。 这个是错的。

排查：

[root@love ~]# df -i  
文件系统 Inode 已用(I)     可用(I)         已用(I)% 挂载点
/dev/sda3 5242880 5242880 0 100% /
#后来用df -i查看了一下/data所在的分区的索引节点(inode)，发现已经用满(IUsed=100%)，导致系统无法创建新目录和文件。
# 查找原因：/data/cache目录中存在数量非常多的小字节缓存文件，占用的Block不多，但是占用了大量的inode。

解决方案1: 删除/data/cache目录中的部分文件，释放出/data分区的一部分inode。
解决方案2: 在/data备份好一些文件，然后删除这些文件，释放一些inode，然后创建一个文件夹/data/cache2。在cache2下挂载一个新分区： sda4 ，下次写数据需要写到新分区cache2目录下。

inode总数是在格式化时定下来。

[root@love ~]# mkfs.ext4 -I 500000000000 /dev/sda1 #可以指定大小
# 参数：
# [-i bytes-per-inode] [-I inode-size]