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日志

 
 

linux文件系统基础知识  

2008-09-25 05:53:34|  分类: Linux |  标签: |举报 |字号 订阅

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1、linux文件系统分配策略:

    块分配 (block allocation) 和 扩展分配 (extent allocation)
    块分配:磁盘上的文件块根据需要分配给文件,避免了存储空间的浪费。但当文件扩充时,会造成文件中文件块的不连
            续,从而导致过多的磁盘寻道时间。每一次文件扩展时,块分配算法就需要写入文件块的结构信息,也就是 
            meta-dada 。meta-data总是与文件一起写入存储设备,改变文件的操作要等到所有meta-data的操作都完成后
            才能进行,因此,meta-data的操作会明显降低整个文件系统的性能。

    扩展分配:文件创建时,一次性分配一连串连续的块,当文件扩展时,也一次分配很多块。meta-data在文件创建时写入,
              当文件大小没有超过所有已分配文件块大小时,就不用写入meta-data,直到需要再分配文件块的时候。扩展
              分配采用成组分配块的方式,减少了SCSI设备写数据的时间,在读取顺序文件时具有良好的性能,但随机读
              取文件时,就和块分配类似了.文件块的组或块簇 ( block cluster) 的大小是在编译时确定的。簇的大小对
              文件系统的性能有很大的影响。

    注: meta-data 元信息:和文件有关的信息,比如权限、所有者以及创建、访问或更改时间等。


2、文件的记录形式

    linux文家系统使用索引节点(inode)来记录文件信息。索引节点是一种数据结构,它包含了一个文件的长度、创建及修
    改时间、权限、所属关系、磁盘中的位置等信息。一个文件系统维护了一个索引节点的数组,每个文件或目录都与索引
    节点数组中的唯一的元素对应。每个索引节点在数组中的索引号,称为索引节点号。linux文件系统将文件索引节点号
    和文件名同时保存在目录中,所以,目录只是将文件的名称和它的索引节点号结合在一起的一张表,目录中每一对文件
    名称和索引节点号称为一个连接。对于一个文件来说,有一个索引节点号与之对应;而对于一个索引节点号,却可以对
    应多个文件名。

    连接分为软连接和硬连接,其中软连接又叫符号连接。

    硬连接:原文件名和连接文件名都指向相同的物理地址。目录不能有硬连接;硬连接不能跨文件系统(不能跨越不同的
            分区),文件在磁盘中只有一个拷贝.由于删除文件要在同一个索引节点属于唯一的连接时才能成功,因此硬连
            接可以防止不必要的误删除.

    软连接:用 ln -s 命令建立文件的符号连接。符号连接是linux特殊文件的一种,作为一个文件,它的数据是它所连
            接的文件的路径名。没有防止误删除的功能。


3、文件系统类型:

    ext2     : 早期linux中常用的文件系统
    ext3     : ext2的升级版,带日志功能
    RAMFS    : 内存文件系统,速度很快
    NFS      : 网络文件系统,由SUN发明,主要用于远程文件共享
    MS-DOS   : MS-DOS文件系统
    VFAT     : Windows 95/98 操作系统采用的文件系统
    FAT      : Windows XP 操作系统采用的文件系统
    NTFS     : Windows NT/XP 操作系统采用的文件系统
    HPFS     : OS/2 操作系统采用的文件系统
    PROC     : 虚拟的进程文件系统
    ISO9660  : 大部分光盘所采用的文件系统
    ufsSun   : OS 所采用的文件系统
    NCPFS    : Novell 服务器所采用的文件系统
    SMBFS    : Samba 的共享文件系统
    XFS      : 由SGI开发的先进的日志文件系统,支持超大容量文件
    JFS      : IBM的AIX使用的日志文件系统
    ReiserFS : 基于平衡树结构的文件系统
    udf      : 可擦写的数据光盘文件系统


4、虚拟文件系统VFS

    linux支持的所有文件系统称为逻辑文件系统,而linux在传统的逻辑文件系统的基础上增加了一个虚拟文件系统
    ( Vitual File System ,VFS) 的接口层。虚拟文件系统(VFS) 位于文件系统的最上层,管理各种逻辑文件系统,
    并可以屏蔽各种逻辑文件系统之间的差异,提供统一文件和设备的访问接口。


5、文件的逻辑结构

    文件的逻辑结构可分为两大类: 字节流式的无结构文件 和 记录式的有结构文件。
    由字节流(字节序列)组成的文件是一种无结构文件或流式文件 ,不考虑文件内部的逻辑结构,只是简单地看作是一
    系列字节的序列,便于在文件的任意位置添加内容。由记录组成的文件称为记录式文件 ,记录是这种文件类型的基本
    信息单位,记录式文件通用于信息管理。


6、文件类型

    普通文件 :通常是流式文件
    目录文件 :用于表示和管理系统中的全部文件
    连接文件 :用于不同目录下文件的共享
    设备文件 :包括块设备文件和字符设备文件,块设备文件表示磁盘文件、光盘等,字符设备文件按照字符操作终端、
               键盘等设备.
    管道(FIFO)文件 :     提供进程建通信的一种方式
    套接字(socket)文件: 该文件类型与网络通信有关


7、文件结构  : 包括索引节点和数据

    索引节点 : 又称 I 节点,在文件系统结构中,包含有关相应文件的信息的一个记录,这些信息包括文件权限、
                文件名、文件大小、存放位置、建立日期等。文件系统中所有文件的索引节点保存在索引节点表中。
    数据     : 文件的实际内容。可以是空的,也可以非常大,并且拥有自己的结构。


8、ext2文件系统

   ext2文件系统的数据块大小一般为 1024B、2048B 或 4096B

   ext2文件系统采用的索引节点(inode):
       索引节点采用了多重索引结构,主要体现在直接指针和3个间接指针。直接指针包含12个直接指针块,它们直接指
       向包含文件数据的数据块,紧接在后面的3个间接指针是为了适应文件的大小变化而设计的。

       e.g: 假设数据块大小为1024B ,利用12个直接指针,可以保存最大为12KB的文件,当文件超过12KB时,则要利用
             单级间接指针,该指针指向的数据块保存有一组数据块指针,这些指针依次指向包含有实际数据的数据块,
             假如每个指针占用4B,则每个单级指针数据块可保存 1024/4=256 个数据指针,因此利用直接指针和单级
             间接指针可保存1024*12+1024*256=268 KB的文件。当文件超过268KB时,再利用二级间接指针,直到使用
             三级间接指针。

       利用直接指针、单级间接指针、二级间接指针、三级间接指针可保存的最大文件大小为:
       1024*12+1024*256+1024*256*256+1024*256*256*256=16843020 KB,约 16GB

       若数据块大小为2048B,指针占4B,则最大文件大小为:
       2048*12+2048*512+2048*512*512+2048*512*512*512=268,960,792 KB 约 268GB

       若数据块大小为4096B,指针占4B,则最大文件大小为:
       4096*12+4096*1024+4096*1024*1024+4096*1024*1024*1024=4,299,165,744 KB ,约 4TB

       注: 命令 tune2fs -l /dev/sda5  可查看文件系统
       ext2文件系统最大文件名长度: 255个字符
   
    ext2文件系统的缺点:
       ext2在写入文件内容的同时并没有同时写入文件meta-data,其工作顺序是先写入文件的内容,然后等空闲时候才
       写入文件的meta-data。若发生意外,则文件系统就会处于不一致状态。在重新启动系统的时候,linux会启动
       fsk( file system check)的程序,扫描整个文件系统并试图修复,但不提供保证。


9、ext3文件系统:
   
    ext3基于ext2的代码,所以磁盘格式与ext2相同,使用相同的元数据。
    ext2文件系统无损转化为ext3文件系统:  tune2fs  -j /dev/sda6
   
    日志块设备( Journaling block device layer,JBD)完成ext3文件系统日志功能。JBD不是ext3文件系统所特有的,
    它的设计目标是为了向一个块设备添加日志功能。当一个文件修改执行时,ext3文件系统代码将通知JBD,称为一个
    事务(transaction)。发生意外时,日志功能具有的重放功能,能重新执行中断的事务。
   
    日志中的3种数据模式:
        1)、data=writeback :不处理任何形式的日志数据,给用户整体上的最高性能
        2)、data=odered : 只记录元数据日志,但将元数据和数据组成一个单元称为事务(transaction) 。此模式保
                           持所句句的可靠性与文件系统的一致性,性能远低于data=writeback模式,但比
                           data=journal模式快
        3)、data=journal :提供完整的数据及元数据日志,所有新数据首先被写入日志,然后才被定位。意外发生过后,
                           日志可以被重放,将数据与元数据带回一致状态。这种模式整体性能最慢,但数据需要从磁盘
                           读取和写入磁盘时却是3种模式中最快的。
    ext3文件系统最大文件名长度: 255个字符
    ext3文件系统的优点:可用性、数据完整性、速度、兼容性


10、ReiserFS文件系统
   
    ReiserFS文件系统是由Hans Reiser和他领导的开发小组共同开发的,整个文件系统完全是从头设计的,是一个非常优
    秀的文件系统。也是最早用于Linux的日志文件系统之一。

    ReiserFS的特点:
     先进的日志机制
        ReiserFS有先进的日志(Journaling/logging)功能 机制。日志机制保证了在每个实际数据修改之前,相应的日志
        已经写入硬盘。文件与数据的安全性有了很大提高。

     高效的磁盘空间利用
        Reiserfs对一些小文件不分配inode。而是将这些文件打包,存放在同一个磁盘分块中。而其它文件系统则为每个
        小文件分别放置到一个磁盘分块中。

     独特的搜寻方式
        ReiserFS基于快速平衡树(balanced tree)搜索,平衡树在性能上非常卓越,这是一种非常高效的算法。ReiserFS
        搜索大量文件时,搜索速度要比ext2快得多。Reiserfs文件系统使用B*Tree存储文件,而其它文件系统使用B+Tree
        树。B*Tree查询速度比B+Tree要快很多。Reiserfs在文件定位上速度非常快。在实际运用中,ReiserFS 在处理小
        于 4k 的文件时,比ext2 快 5 倍;带尾文件压缩功能(默认)的ReiserFS 比ext2文件系统多存储6%的数据。

    支持海量磁盘
        ReiserFS是一个非常优秀的文件系统,一直被用在高端UNIX系统上,可轻松管理上百G的文件系统,ReiserFS文件
        系统最大支持的文件系统尺寸为16TB。这非常适合企业级应用中。

    优异的性能
        由于它的高效存储和快速小文件I/O特点,使用ReiserFs文件系统的PC,在启动X窗口系统时,所花的时间要比在
        同一台机器上使用ext2文件系统少1/3。另外,ReiserFS文件系统支持单个文件尺寸为4G的文件,这为大型数据库
        系统在linux上的应用提供了更好的选择。


 

如何改系统为Reiserfs文件系统

注:将你的一个分区改为Reiserfs文件系统后,则此分区上的数据全部丢失,要预先做好备份

1.首先以下创建一个Reiserfs文件系统:
   (注:若原分区是挂载状态,则要先umount一下,再进行此步操作umount /dev/sda3)
   cd /sbin
   [root@test /sbin]# ./mkreiserfs -f /dev/sda3

   键入“y”后回车,开始创建新的文件系统,格式化的过程比较慢,视分区的大小而定,但是,对其它的文件系统
   的格式化比较,其明显要慢很多。格式化完成后,显示如下信息:

   (y/n) ALL DATA WILL BE LOST ON '/dev/sda3'! y

   Initializingjournal- 0%....20%....
   40%....60%....80%....100% left 0,
   182 /sec

   Syncing...

   ReiserFS core development sponsored
   by SuSE Labs (suse.com)

   Journaling sponsored by MP3.com.

   To learn about the programmers and
   ReiserFS, please go to

   http://www.devlinux.com/namesys

   Have fun.

   至此创建完成Reiserfs分区的创建。


2.使用reiserfs文件系统

   为了使用新的分区,需要将其mount上来:

   # mounut –t reiserfs /dev/sda3 /kq_web

   这样新的文件系统就被mount到/kq_web目录下了。现在就可以开始使用新的文件系统存放文件了。

3.最后,为了让系统每次启动时都自动加载Reiserfs文件系统,应该手工更改/etc/fstab内容,将相应的分区加入其中。
   我改的是/dev/sda3 /kq_web auto defaults 1 2(此行自己输入)
  (注:我是这么做的:把原来的分区加载那行删掉,再加上面的那一行)

4.可以通过如下命令查看你的文件系统:
   # df -T -h
   可以看到你的所有的分区所使用的文件系统

 

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