10.2 Linux文件系统详解

硬盘是用来存储数据的，可以将其想象成柜子，只不过柜子是用来存储衣物的。新买来的硬盘，通常要对其进行分区并格式化，分区就如同把一个大柜按照要求分割成几个小柜子（组合衣柜)；格式化就好比在每个小柜子中打入隔断，决定每个隔断的大小和位置，然后在柜门上贴上标签，标签中写清楚每件衣服保存的隔断的位置和这件衣服的一些特性（比如衣服是谁的，衣服的颜色、大小等）。

很多初学者认为，对硬盘进行格式化，只是清除了硬盘中的数据，其实不然，格式化过程中还向硬盘中写入了文件系统。因为不同的操作系统，管理系统中文件的方式也不尽相同（给文件设定的属性和权限也不完全一样），因此，为了使硬盘有效存放当前系统中的文件数据，就需要将硬盘进行格式化，令其使用和操作系统一样（或接近）的文件系统格式。

各操作系统使用的文件系统并不相同，例如，Windows 98 以前的微软操作系统使用 FAT（FAT16）文件系统，Windows 2000 以后的版本使用 NTFS 文件系统，而 Linux 的正统文件系统是 Ext2。

既然格式化的真实目的是为了写入文件系统，那么，Linux 中的文件系统到底是什么，又是如何运作的呢？

在 CentOS 6.3 系统中，默认的文件系统是 Ext4，它是 Ext3（Ext2） 文件系统的升级版，在性能、伸缩性和可靠性方面进行了大量改进，变化可以说是翻天覆地的，比如：

• 向下兼容 Ext3；
• 最大 1EB 文件系统和 16TB 文件；
• 无限数量子目录；
• Extents 连续数据块概念；
• 多块分配、延迟分配、持久预分配；
• 快速 FSCK、日志校验、无日志模式、在线碎片整理、inode 增强、默认启用 barrier 等；

不同的文件系统，其运作模式和操作系统的文件数据有关。拿 Linux 操作系统中的文件为例，文件数据不仅包括文件中的内容，还包含非常多的文件属性，例如文件的 rwx 权限以及文件所有者、所属组、创建时间等。

通常情况下，文件系统会将文件的实际内容和属性分开存放：

• 文件的属性保存在 inode 中（i 节点）中，每个 inode 都有自己的编号。每个文件各占用一个 inode。不仅如此，inode 中还记录着文件数据所在 block 块的编号；
• 文件的实际内容保存在 block 中（数据块），类似衣柜的隔断，用来真正保存衣物。每个 block 都有属于自己的编号。当文件太大时，可能会占用多个 block 块。
• 另外，还有一个 super block（超级块）用于记录整个文件系统的整体信息，包括 inode 和 block 的总量、已经使用量和剩余量，以及文件系统的格式和相关信息等。

由此我们可以推断出，只要能找到文件 inode 所在的位置，自然就能知道这个文件存放数据的 block 号，从而找到文件的实际数据。整个过程如图 1 所示。

图 1 中，文件系统先格式化出 inode 和 block 块，假设某文件的权限和属性信息存放到 inode 4 号位置，这个 inode 记录了实际存储文件数据的 block 号有 4 个，分别为 2、7、13、15，由此，操作系统就能快速地找到文件数据的存储位置。

这种管理文件的系统称为索引式文件系统，Linux 文件系统（Ext 系列）就属于索引式文件系统。

注意，inode 节点并不存储文件的文件名，因为文件名是文件所在目录的数据，所以会保存在上一级目录的 block 块中。前面章节在讲权限命令的时候说过，要对文件的上一级目录拥有 w 权限，才能删除目录中的文件，就是因为文件名是保存在目录的 block 中的。

Linux支持的常见文件系统

Linux 系统能够支持的文件系统非常多，除 Linux 默认文件系统 Ext2、Ext3 和 Ext4 之外，还能支持 fat16、fat32、NTFS（需要重新编译内核）等 Windows 文件系统。也就是说，Linux 可以通过挂载的方式使用 Windows 文件系统中的数据。Linux 所能够支持的文件系统在 “/usr/src/kemels/当前系统版本/fs” 目录中（需要在安装时选择），该目录中的每个子目录都是一个可以识别的文件系统。我们介绍较为常见的 Linux 支持的文件系统，如表 1 所示。

本小节的内容基于底层，不是很好理解。如果大家实在看不明白，也没有关系，这一小节的内容并不影响对 Linux 的操作和使用，也不影响我们后面的学习。