Linux File System 魏凡琮 (Jerry Wei)

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FileSystem 什麼是 FileSystem? Disk File System.。 儲存和組織電腦檔案和資料的方法。 可以存放檔案及取回檔案的系統。 Everything is file, file is everything.

FileSystem 選擇FileSystem： 穩定性。 容量。 擴充性。 效能。

FileSystem FileSystem種類： 傳統(非日誌式)檔案系統。 ext2、ms-dos、VFAT....etc. 日誌式檔案系統。 ext3、ReiserFS、XFS...etc.

FileSystem 常見的FileSystem： ext2：Linux早期使用的檔案系統，基於inode來 管理檔案。 ext3：ext2 的強化版 ，增加了日誌功能，目前是 大部份Linux預設使用的檔案系統。 ext3：ext2 的強化版 ，增加了日誌功能，目前是 大部份Linux預設使用的檔案系統。

FileSystem 常見的FileSystem： xfs：原本是SGI系統所使用的檔案系統，特點是 處理大檔案速度快。 ReiserFS：Hans Reiser及其團隊所開發，使用了 B+-tree，特點是對小檔案的處理速度快。 zfs：由Sun所開發的檔案系統，128位元的檔案 系統，幾乎可達到無限容量大小的支援。

FileSystem VFS： Virtual FileSystem Switch. Kernel VFS Ext2、NTFS...etc Buffer cache Disk driver

FileSystem 檔案組成(ext2)： 檔案(file) = 資料(data) + 資訊(metadata) 資料存放於data block。 資訊存放於inode。 inode data block

FileSystem inode： 128 bytes 儲存檔案的各項屬性(類別、權限、大小、修改 時間、data block位置...etc) 每個檔案都有其獨立的inode。

FileSystem block： Data Block Block Bit Map inode Table Block Group Descriptor inode Bit Map Super Block

FileSystem block： 建立block時可指定不同大小(format) 建立數量不同。 浪費程度不同。 效能不同。

FileSystem block： block佔用空間方式： Ex：File Size： 5k，Block Size：4k Data block Data block Data block Data block File File 不可用 Data block Data block

FileSystem block： Block group (index) group1 group2 group3 group4 Super Block Group Descriptor Block Bit Map Inode Bit Map Inode table Data block

FileSystem block： Data block： 用來存放檔案資料。佔用最多數量。 Q：如何知道檔案資料放那? Super Group Descriptor Block Bit Map Inode Bit Map Inode table Data block 用來存放檔案資料。佔用最多數量。 Q：如何知道檔案資料放那?

FileSystem block： Inode table： Super Block Group Descriptor Block Bit Map Inode Bit Map Inode table Data block 存放檔案的inode資訊，inode一旦滿了也一樣會無法儲存新檔案，inode會告知檔案所使用的data block 位置。 Q：如何知道那些inode和block用掉了?

FileSystem block： Inode bit map： 利用 0 或 1 的狀態來對照 inode map的分配狀況。 Super Block Group Descriptor Block Bit Map Inode Bit Map Inode table Data block 利用 0 或 1 的狀態來對照 inode map的分配狀況。 Q：如何知道inode bit map 有多大?

FileSystem block： Block bit map： 利用 0 或 1 的狀態來對照 data block的分配狀況。 Super Block Group Descriptor Block Bit Map Inode Bit Map Inode table Data block 利用 0 或 1 的狀態來對照 data block的分配狀況。 Q：如何知道block bit map 有多大?

FileSystem block： Group Descriptor： Super Block Group Descriptor Block Bit Map Inode Bit Map Inode table Data block 記錄及標示 bit map、inode table、data block 等區塊的範圍及指標。 Q：如何知道filesystem的分配及使用情形?

FileSystem block： Super block： 記錄整個filesystem分配及使用狀況。 Group Descriptor Block Bit Map Inode Bit Map Inode table Data block 記錄整個filesystem分配及使用狀況。 Q：如何從filesystem找到一份檔案?

FileSystem directory： 也是一份檔案。 記錄其下所索引的每一份檔案名稱及inode。 絕對路徑：從根目錄(/home/abc/def) 開始索引。 相對路徑：從當前目錄(./abc/def)開始索引。

FileSystem directory： Directory Filename Inode Data block

FileSystem link： Hard Link (不可跨filesystem、不可link目錄) 使用與原檔案相同的inode。 #ln [src-file] [link-file] Symbolic Link (Soft Link) 另外新增的inode，但資料內容是原檔案的路徑。 #ln -s [src-file] [linkfile]

FileSystem link： Directory HardLink Filename SoftLink Inode Inode Path Data block

FileSystem 開機磁碟檢查： 檢查super block來確認狀況是否需要修復。 非日誌式檔案系統會每個檔案都比對檢查。 (花費大量時間) 日誌式檔案系統會對日誌有記錄的檔案進行檢 查。(節省時間)

Q & A 休息一下

Partition 硬碟名稱： IDE HDD/ATAPI CDROM hda hdb . . . . . SCSI HDD/ SATA HDD/ USB DISK sda sdb . . . . .

Partition 分割區名稱： IDE HDD/ATAPI CDROM hda1 hda2 . . . . . SCSI HDD/ SATA HDD/ USB DISK sda1 sda2 . . . . .

Partition 分割區類別： Primary Partition 最多 4 個。 1-4，不需連號，不用照順序。 Extended Partition 從primary轉換過來。 最多一個。 Logical Partition 只能在Extended Partition內建立。 需連號(從5開始) 可以不用照順序。

Partition 分割區類別： Hard Disk P P E L L L L L

Partition 分割區類別： P Hard Disk P E L L L L L

Partition 分割區考量因素： 內容分類：系統檔案、程式/原始碼、資料文件。 檔案性質：size、存取行為。 安全性：掛載選項。 效能。 擴充性。

Partition 基本分割區： / (root) swap

Partition 常見分割區： /boot /home /usr /var /tmp

Partition 建立流程： fdisk partprobe mkfs mkdir mount /etc/fstab

Partition fdisk： 建立/修改partition #fdisk /dev/sdb m：參數說明。 q：不修改退出。 p：列出partition。 w：儲存後退出。 n：建立partition。 d：刪除partition。 l：列出partition type。 t：修改partition type。

Partition partprobe： 強制更新partition資訊。(reboot or partprobe) 當fdisk完後，kernel沒有reload partition info時使用。 #partprobe

Partition mkfs： 格式化。 mkfs、mkfs.ext2、mkfs.ext3 都可以。 #mkfs.ext3 /dev/sdb1 #mkfs.ext2 -j /dev/sdb1 #mkfs -t ext3 /dev/sdb1

Partition mkfs： -b：block size. -c：check block for bad block. -L：volum label.

Partition mount point： linux沒有磁碟代號(c:、d:)。 所有device都需要mount才可以使用。 不使用時可以umount。

Partition mount point： /usr / /dev/sda1 /var /home/kevin /dev/sdb1 /home/mark

Partition mount： 掛載device至mount point。 #mount /dev/cdrom /mnt/cdrom -t：filesystem type -r：ready only -w：read / write -o：async、atime、owner、rw、roex.....etc mount point的目錄需要先被建立(mkdir)。

Partition umount： 卸載mount point。 #umount /mnt/cdrom

Partition fstab： /etc/fstab (掛載設定檔)。 Device (device path、label) mount point Filesystem type mount option dump fsck

Partition fstab： mount option： auto / noauto：mount -a 時是否掛載。 user / nouser：是否允許非root掛載。 defaults：rw、suid、dev、exec、auto、nouser async(no acl support)。

Q & A 休息一下

LVM LVM： Logical Volume Manager (LVM2) 。 彈性管理硬碟大小。 mapping mode : linear、stripe、mirror。 snapshot。

LVM LVM： PV (physical volume) 。 VG (volume group) 。 PE (physical extent)。 LV (logical volume)。

LVM PV： Partition (8e) or整顆硬碟 。 ex : /dev/sda1、/dev/sdb2。 Physical volume Physical volume PV PV

LVM VG： 將一個或多個PV組成群組。 Volume Group Physical volume Physical volume

LVM PE： 重新劃分VG空間的單位。(類似block的概念) Default : 4M Volume Group Physical volume Physical volume PE PE PE PE PE PE PE PE PE PE

LVM LV： 由VG切出的partition (PE所組成的空間)。 可掛載。 Volume Group Physical volume Logical Volume /home /usr /var

LVM lvreduce： 釋放LV中未使用的PE。 減少LV的空間。

LVM lvextend： 將未使用的PE加入LV中。 擴大LV的空間。

LVM vgextend： 將PV加入到VG中 (PE增加)。 擴大VG的空間。

LVM vgreduce： 將PV從VG中移除 (PE減少)。 減少VG的空間。

LVM LVM基本建置： fdisk /dev/sdb (8e) pvcreate /dev/sdb1 (pvs、pvscan、pvdisplay) vgcreate VG1 /dev/sdb1 (vgs、vgscan、vgdisplay) lvcreate -L 300M -n LV1 VG1 (lvs、lvscan、lvdisplay) mkfs.ext3 /dev/VG1/LV1 mkdir /mnt/myLV1 mount /dev/VG1/LV1 /mnt/myLV1

LVM LVM基本建置： fdisk /dev/sdb (8e) pvcreate /dev/sdb1 (pvs、pvscan、pvdisplay) vgcreate VG1 /dev/sdb1 (vgs、vgscan、vgdisplay) lvcreate -L 300M -n LV1 VG1 (lvs、lvscan、lvdisplay) mkfs.ext3 /dev/VG1/LV1 mkdir /mnt/myLV1 mount /dev/VG1/LV1 /mnt/myLV1

LVM LVM擴充空間： fdisk /dev/sdc (8e) pvcreate /dev/sdc1 vgextend VG1 /dev/sdc1 lvextend -L 600M /dev/VG1/LV1 e2fsck -f /dev/VG1/LV1 resize2fs /dev/VG1/LV1

LVM 建立snapshot： 建立一個時間點的快照。 lvcreate -L 100M -s -n S1 /dev/VG1/LV1 mkdir /mnt/LV1-snapshot mount /dev/VG1/S1 /mnt/LV1-snapshot umount /mnt/LV1-snapshot lvremove /dev/VG1/LV1

Q & A 休息一下

RAID RAID： 磁碟陣列。 將多顆硬碟組合成一顆。 Hardware RAID。 Software RAID。 Host RAID。

RAID Hardware RAID： 有獨立處理的硬體。(raid card) 所有RAID運算由硬體完成。 對系統來說，直接視為一個device (/dev/sda) 效能高，成本高。

RAID Software RAID： 在組成RAID前，各device 為獨立的。(sda、sdb) 組成後RAID後，系統以md0、md1辨視(mdadm) 吃系統本身資源來進行RAID運算。 效能差、成本低。

RAID Host RAID： 介於Hardware RAID與Software RAID之間。 可以想成是主機內建的RAID功能。 功能較陽春。 效能比Software RAID來的稍好。

RAID RAID0： striping。 至少2 顆硬碟。 存取速度最快。 沒有容錯能力。 總容量= 所有硬碟總和。

RAID RAID1： mirror。 至少2顆硬碟。 效能與原本差不多。 具有容錯能力。 總容量= 所有硬碟容量的一半 。

RAID RAID5： 至少3顆硬碟。 可容錯1顆硬碟壞掉。 效能較RAID1高。 總容量= (硬碟數量-1) * 硬碟容量。

RAID Hot spare： 需至少1顆閒置硬碟。 當有硬碟壞掉時，可最快時間替代並開始rebuild。 RAID rebuild過程中，效能會大幅下降。

RAID RAID1+0： RAID10 RAID1 + RAID0 RAID01 RAID0 + RAID1

RAID mdadm： multi device administers. (Linux) Software RAID or multipath. RAID0、RAID1、RAID5、RAID6.....etc. /dev/md0、/dev/md1、/dev/md2 ......

RAID mdadm： --create --create /dev/md0 --raid-device --raid-device=2 --level --level=1 or --level=mirror --spare-device --spare-device=1 (raid0不適用) --detail --deltail /dev/md0 (--scan) /etc/mdadm/mdadm.conf

RAID mdadm： --manage --stop /dev/md0 --add /dev/sdd --fail /dev/sdb --remove /dev/sdb --assmeble --run /dev/md0 /etc/mdadm/mdadm.conf

RAID 基本操作： 建立/dev/md0 (raid1 ) #mdadm --create /dev/md0 --raid-device=2 \ > --level=1 --spare-devices=0 \ > /dev/sdb /dev/sdc mkfs.ext3 /dev/md0 mkdir /mnt/raid-test mount /dev/md0 /mnt/raild-test mdadm --detail --scan >> /etc/mdadm/mdadm.conf

RAID 基本操作： 加入device #mdadm --manage /dev/md0 --add /dev/sdd 設定failure device #mdadm --manage /dev/md0 --fail /dev/sdc 移除 device #mdadm --manage /dev/md0 --remove /dev/sdc

Q & A