文件系统详解

EXT4文件系统

EXT4是第四代扩展文件系统（Fourth extended filesystem)

类型：索引(index ) 文件系统

系统限制：

• Ext3： 文件系统最大16TB
• Ext4： 文件系统最大16TB
• XFS : 文件系统最大100TB.

名词

inode

• inode:索引节点

• 记录文件的属性（文件的元数据metadata）

• 元数据：如文件的属性，大小，权限，属主，属组，连接数，块数量，块的编号

• 一个文件占用一个inode，同时记录此文件数据所在的block numbber

• inode大小 为 128 bytes

block

• 存储文件的实际数据
• 实际存储文件的内容，若文件较大，会占用多个block
• block大小 为默认为4K

superblock

• 1 block 与 inode 的总量
• 2 未使用与已使用的 inode / block 数量

block group

块组

示例1：inode(index node 索引节点)

创造一个文件，观察inode信息。
ll -i 文件名

stat 文件名

示例2：block(块 文件内容）

新分区中，文件的数量和inode节点数有关系

• 1 观察某个分区中的inode节点数
  df -i
  

• 2 创建一个文件
  touch xx.txt

• 3 再次观察inode节点数
  df -i
  
  可以看到IUsed增加了1，即inode数使用增加1个

• 4 创造大量文件。观察inode使用情况
  进入上图中的/dev/sdb5的目录/mnt/user/0
touch file{1..30000}
  最后报错touch: cannot touch ‘file30000’: No space left on device
  
  
  实际空间占用情况

可以看到该分区的inode已经全被占用，因此无法在该分区新建文件了，但是实际空间只用了2.2M，此时如果向创建的文件中写数据，是可以写进去的，这是因为block决定了文件存储的空间

实际工作中，如果某个磁盘分区无法新建文件，提示No space，但是通过df -hT看到磁盘空间还很多时，要考虑是不是inode用尽了

结论：inode决定了文件系统中文件的数量，block决定了文件存储的空间
当分区空间大小消耗完毕，也无法创建新的文件

• 5 写满磁盘分区，然后测试新建文件
  rm -rf /mnt/disk5 删掉刚才新建的文件
  向目标分区写入大量数据，填满
  dd if=/dev/zero of=/mnt/disk5/1.txt bs=1k count=10000000
  
  查看目标分区容量，已满
  df -hT

  创造新文件失败

得出结论，磁盘空间的限制根据inode和block两方面

XFS一种高性能的日志文件系统

文件链接

一、符号链接/软连接

symbolic link 软链接

示例

• 1 创建一个文件，并输入内容

[root@localhost ~]# echo 111 > /file1

• 2 创建一个软链接

ln -s /file1 /home/file11
-s 软链接

• 3 观察软链接

ll /home/file11
lrwxrwxrwx 1 root root 6 Dec 20 17:58 /home/file11 -> /file1

• 4 观察软链接文件

ll /file1 /home/file11

-rw-r--r-- 1 root root 4 Dec 20 17:57 /file1
lrwxrwxrwx 1 root root 6 Dec 20 17:58 /home/file11 -> /file1

• 5 查看两个文件，内容一致。

[root@localhost ~]# cat /file1 
111[root@localhost ~]# cat /home/file11 
111

• 6 删除源文件，软链接闪烁，不可用。

[root@localhost ~]# rm -rf /file1 
[root@localhost ~]# ll /home/file11 
lrwxrwxrwx 1 root root 6 Dec 20 17:58 /home/file11 -> /file1

总结

• 软链接像快捷方式，可以对文件和目录做软链接
• 软链接记录的只是源文件的路径
• 源文件删除或移动位置后，软链接失效

二、硬链接

• 1 创建同分区硬链接成功，创建不同分区硬链接失败。

[root@localhost ~]# echo 222 > /file2
[root@localhost ~]# ln /file2 /file2-h1
[root@localhost ~]# ln /file2 /home/file2-h2	
//将文件以硬链接方式，发送到其他分区。结果是错误
ln: failed to create hard link ‘/home/file2-h2’ => ‘/file2’: Invalid cross-device link

• 2 硬链接删除源文件，依然可以用

[root@localhost ~]#rm -rf /file2
[root@localhost ~]#cat  /file2-h1
222

• 3 不允许将硬链接指向目录

[root@qianfeng home]# ln /home/ /mnt
ln: “/home/”: 不允许将硬链接指向目录

• 4 硬链接实际上是为文件建一个别名，链接文件和原文件实际上是同一个文件
  
  inode二者相同，不会占用inode数量，但是软链接是会占用的

• 总结
  - 硬链接只能针对文件做。不能对目录做。
  - 硬链接只能在同分区做。

RAID

RAID：廉价磁盘冗余阵列（Redundant Array of Independent Disks）
作 用：容错、提升读写速率

类型

RAID0

RAID0 条带集 2块磁盘以上， 读写速率快 100%*N，但不容错

RAID1

RAID1 镜像卷， 2块磁盘， 容量50% ，读写速率一般，核心特点：备份容错
两块磁盘假设1T容器，只能用500G。

RAID5

RAID5 带奇偶校验条带集 3块磁盘以上，
利用率 (n-1）/n 读写速率快，容错

一、不同场景RAID的使用

硬RAID： 需要RAID卡，有自己的CPU，处理速度快，有电池和无电池。

软RAID： 通过操作系统实现，比如Windows、Linux

二、软RAID示例

• 1 准备4块1G的硬盘
  ll /dev/sd*

RAID5 :(3块数据盘) + （1块热备硬盘)

• 2 创建RAID

yum install -y mdadm
mdadm -C /dev/md0 -l5 -n3 -x1 /dev/sd{b,c,d,e}

参数说明：
-C：创建RAID
/dev/md0： 第一个RAID设备
-l5： RAID5
-n： RAID成员的数量
-x： 热备磁盘的数量

• 3.格式化，挂载

mkfs.ext4 /dev/md0
mkdir /mnt/raid5
mount /dev/md0 /mnt/raid5
cp -rf /etc /mnt/raid5/etc1

• 4.查看RAID信息

mdadm -D /dev/md0 -D 查看详细信息

• 5 模拟一块硬盘损坏，并移除
  终端一：
  watch -n 0.5 'mdadm -D /dev/md0 | tail' #watch持续查看
  终端二：
  mdadm /dev/md0 -f /dev/sdb -r /dev/sdb
  模拟坏了并移除
  -f --fail
  -r --remove
  移除之前
  
  移除之后