Linux 文件系统基础——块、i节点

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linux文件系统是Linux系统的心脏部分，提供了层次结构的目录和文件。文件系统将磁盘空间划分为每1024个字节一组，称为块(也有用512字节为一块的，如：SCOXENIX）。编号从0到整个磁盘的最大块数。

全部块可划分为四个部分，块0称为引导块，文件系统不用该块;块1称为专用块，专用块含有许多信息，其中有磁盘大小和全部块的其他两部分的大小。从块2开始是i节点表，i节点表中含有i节点，表的块数是可变的，后面将做讨论。i节点表之后是空闲存储块（数据存储块），可用于存放文件内容。

 

文件的逻辑结构和物理结构是十分不同的，逻辑结构是用户敲入cat命令后所看到的文件，用户可得到表示文件内容的字符流。物理结构是文件实际上如何存放在磁盘上的存储格式。用户认为自己的文件是边疆的字符流，但实际上文件可能并不是以边疆的方式存放在磁盘上的，长于一块的文件通常将分散地存放在盘上。然而当用户存取文件时，linux文件系统将以正确的顺序取出各块，给用户提供文件的逻辑结构。

 

当然，在linux系统的某处一定会有一个表，告诉文件系统如何将物理结构转换为逻辑结构。这就涉及到i节点了。i节点是一个64字节长的表，含有有关一个文件的信息，其中有文件大小、文件所有者、文件存取许可方式，以及文件为普通文件、目录文件还是特别文件等。在i节点中最重要的一项是磁盘地址表。

 

该表中有13个块号。前10个块号是文件前10块的存放地址。这10个块号能给出一个至多10块长的文件的逻辑结构，文件将以块号在磁盘地址表中出现的顺序依次取得相应的块。当文件长于10块时又怎样呢?磁盘地址表中的第11项给出一个块号，这个块号指出的块中含有256个块号，至此，这种方法满足了至多长于266块的文件（272384字节）。如果文件大于266块，磁盘地址表的第12项给出一个块号，这个块号指出的块中含有256个块号，这256个块号的每一个块号又指出一块，块中含256个块号，这些块号才用于取文件的内容。磁盘地址中和第13项索引寻址方式与第12项类似，只是多一级间接索引。

 

这样，在linux系统中，文件的最大长度是16842762块，即17246988288字节，有幸是Linux系统对文件的最大长度（一般为1到2M字节）加了更实际的限制，使用户不会无意中建立一个用完整个磁盘区所有块的文件。

 

 

 

inode
提到inode，我们不得不先介绍硬盘的整体结构。硬盘中包含多个硬盘盘片，硬盘盘片为圆形，每个硬盘盘片都有一个可以读写的磁头(Head)，将这个磁头固定，使硬盘盘片旋转一周，所走轨迹就是磁道(Track)。硬盘内所有盘片的相同磁道号的集合成为磁柱(Cylinder)。每一磁道被划分成许多区域，每个区域叫一个扇区(Sector)。扇区是硬盘的最小存储物理量，一个扇区的存储容量大约是512字节(约0.5K)。
知道了硬盘的大体结构之后，再来谈谈怎么进行硬盘分区。进行硬盘分割的最小单位是磁柱，分割完之后自然就是格式化(format)。在Linux中进行格式化必须考虑Block与inode，Block还好理解，它是磁盘可以记录的最小单位，是由数个扇区组成，所以大小通常为n*512Bytes，例如4K。

 

那么inode是什么呢Block是记录文件内容的区域，inode则是记录该文件的属性及其放置在哪个Block之内的信息。所以，每个文件都会占用一个inode。当Linux系统要查找某个文件时，它会先搜索inode table找到这个文件的属性及数据存放地点，然后再查找数据存放的Block进而将数据取出。inode数量在一开始已被设定好，其设定方式通常是"硬盘大小/一个容量"，这个容量比Block大一些较佳，例如刚才将Block设为4K，那么这个容量可以设为8K左右。所以，一块1GB的硬盘如果以8K 大小划分它的inode数，则会有131072个inode。一个inode的大小为128Byte，这样，我们就可以清楚地知道，一个分区被格式化为一个文件系统之后，基本上它一定会有inode table与数据区域两大块，一个用来记录文件的属性信息与该文件存放的Block块，一个用来记录文件的内容。

 

创建一个文件后，会同时创建一个inode和一个block，inode存放的是文件的属性信息，但是不包括文件名，并存放所对应数据所在的block块的地址的指针；block存放文件的数据，每个block最多存放一个文件，而当一个block存放不下的情况下，会占用下一个block。

 

linux里文件的文件名、文件属性、文件内容是分别存储的：文件名存放在目录项（即dentry）中，文件属性存放在inode中，一般情况下，每个inode占用128Bity磁盘空间，文件内容存放在数据块中。
block块可以用mkfs.ext3 -b来制定快的大小，每个block块最多可存放一个文件，所以一般block块的大小设置要根据我们服务器的应用了设置，如果这个服务器较多用来存放一些多的小文件，那就可以把block块的大小设置的小一些，不至于浪费空间，而当存放的都是大数据时就需要把block设置的大些，这样可以减少对磁盘block的读取次数，也可以减少inode的记录负担。
block越大，inode越少，适合存储大文件的文件系统；block越小，inode越多，适合存储文件多而小的文件系统。
系统运行时，inode和block会在修改后内存与磁盘做一个同步，我们用ls -li列出来的内容这是内存中的暂存，所以有时候系统非正常的关机会导致block和inode的不同步问题。