Linux文件系統(tǒng)及文件儲存方式

2024-06-28 16:02:04

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前言linux文件系統(tǒng)構(gòu)成文件式的文件結(jié)構(gòu)Linux的一個具體文件系統(tǒng)對文件的訪問方式Linux系統(tǒng)的刪除方式shred與rm的區(qū)別rm刪除文件的恢復(fù)

前言

閑來無事復(fù)習(xí)了下Linux文件系統(tǒng)的基本構(gòu)成，做下記錄。主要涉及的內(nèi)容有： Ext文件系統(tǒng)的記錄方式； Linux文件系統(tǒng)的訪問方式； rm刪除的原理以及恢復(fù)方案。

Linux文件系統(tǒng)構(gòu)成

現(xiàn)在一般使用的是Ext4格式的文件系統(tǒng)，由最初的Ext2發(fā)展而來。對于Ext2和Ext3文件系統(tǒng)的描述，請見：

初窺Linux 之 ext2/ext3文件系統(tǒng)淺談Linux下的EXT3文件系統(tǒng)

Linux將文件系統(tǒng)抽象為一個樹形結(jié)構(gòu)，可以在系統(tǒng)內(nèi)掛載多個磁盤。 Linux里面所有數(shù)據(jù)都是文件，文件夾也是文件。文件由如下內(nèi)容構(gòu)成：

目錄項(即文件名與Inode的映射)Inode(文件基本信息與數(shù)據(jù)塊 DataBlock 索引)DataBlock

文件式的文件結(jié)構(gòu)

以文件 /root/File 為例：

# pwd/root# stat /root/ File: `/root/' Size: 4096 Blocks: 8 IO Block: 4096 directoryDevice: fd01h/64769d Inode: 2315 Links: 14access: (0550/dr-xr-x---) Uid: ( 0/ root) Gid: ( 0/ root)Access: 2017-02-08 16:09:51.510593179 +0800Modify: 2017-02-08 16:09:45.789604414 +0800Change: 2017-02-08 16:09:45.789604414 +0800# stat File File: `File' Size: 23496 Blocks: 48 IO Block: 4096 regular fileDevice: fd01h/64769d Inode: 57115 Links: 1Access: (0644/-rw-r--r--) Uid: ( 0/ root) Gid: ( 0/ root)Access: 2017-02-08 16:06:52.739596489 +0800Modify: 2017-02-08 16:06:52.739596489 +0800Change: 2017-02-08 16:06:52.739596489 +0800

當(dāng)前操作系統(tǒng)持有的磁盤, 0~1號扇區(qū)為引導(dǎo)扇區(qū), 2號扇區(qū)歸”/”使用。

# stat / File: `/' Size: 4096 Blocks: 8 IO Block: 4096 directoryDevice: fd01h/64769d Inode: 2 Links: 30Access: (0755/drwxr-xr-x) Uid: ( 0/ root) Gid: ( 0/ root)Access: 2017-02-08 13:21:03.821594978 +0800Modify: 2016-07-31 03:53:01.651715290 +0800Change: 2016-07-31 03:53:01.651715290 +0800

其包含：

Innode: 通過上級目錄項的Innode序列’2’找到InnodeInnode中的DataBlock又是一個目錄項，其中有root -> 2315的映射

由此層層找到了/root/File這個文件。該文件依然包含：

Innode（大小共128B）:

DataBlock（文件具體內(nèi)容）

其中DataBlock的計算方式為：

十五個索引的大小都是4B, 共60B。前十二個直接索引直接索引到Block， Linux支持的Block大小有1K，2K， 4K間接索引就是索引的索引。可以索引 (Block大小 / 4B) * Block大小數(shù)據(jù)雙間接索引是間接索引的索引，三間接索引是雙間接索引的索引

設(shè)置為1KB Block大小的文件系統(tǒng)的最大單個文件支持量16G。

Block大小設(shè)1KB為，則間接為(1KB / 4B) * 1KB = 256KB。

總空間= 直接+ 間接+ 雙間接+ 三間接總空間= 12K + 256K + 256 * 256K + 256 * 256 *256K = 16G.

其余：

Block大小	最大單一文件限制
1KB	16GB
2KB	256GB
4KB	2TB

文件和文件夾的一個區(qū)別為其DataBlock里面儲存的內(nèi)容不一樣。文件夾儲存的是當(dāng)前文件夾下一級所有的文件名與Innode號的映射；而文件則儲存的是文件的具體內(nèi)容。

Linux的一個具體文件

新建一個空文件空文件/root/EmptyFile 進行對比

# touch EmptyFile# stat EmptyFile File: `EmptyFile' Size: 0 Blocks: 0 IO Block: 4096 regular empty fileDevice: fd01h/64769d Inode: 57109 Links: 1Access: (0644/-rw-r--r--) Uid: ( 0/ root) Gid: ( 0/ root)Access: 2017-02-08 16:09:45.789604414 +0800Modify: 2017-02-08 16:09:45.789604414 +0800Change: 2017-02-08 16:09:45.789604414 +0800它的文件名儲存在 /root 的 DataBlock中。即目錄項。Innode里面包含了 Inode: 57109 、Links: 1、Access: (0644/-rw-r–r–)等信息數(shù)據(jù)塊大小扇區(qū)大小 0.5KB, 8個扇區(qū)湊成一個Block，所占Block: 0, Size: 0。該文件無數(shù)據(jù)。作為對比File的Blocks: 48, Size: 23496。

一個Block只能屬于一個文件。未使用完畢則空置。每個扇區(qū)的大小、Block由多少個扇區(qū)組成、Block的大小在系統(tǒng)格式化的時候就已經(jīng)定好。理論上不能更改。

系統(tǒng)對文件的訪問方式

如上一章節(jié)所訴。系統(tǒng)在訪問文件的時候必須從根”/”開始逐級通過文件名尋找對應(yīng)的Innode號，再通過Innode訪問到文件的具體數(shù)據(jù)。

例如訪問/home/work/File

在這里面，每次目錄的訪問都會對訪問用戶的權(quán)限進行校驗，如果沒有權(quán)限都會報權(quán)限錯誤

Linux系統(tǒng)的刪除方式

了解了文件的儲存形式，才能知道怎么刪除它。

Linux對每一個文件都設(shè)置了兩個引用計數(shù)器i_count/i_nlink。這兩個計數(shù)器是關(guān)乎Linux操作系統(tǒng)的，跟文件系統(tǒng)無太大關(guān)聯(lián)。

i_count：引用計數(shù)器，文件被一進程引用，i_count數(shù)增加，可以認為是當(dāng)前文件使用者的數(shù)量； i_nlink：硬鏈接數(shù)目（可以理解為磁盤的引用計數(shù)器），創(chuàng)建硬鏈接對應(yīng)的 i_nlink 就會增加

通過分析rm的源碼得知它是調(diào)用了系統(tǒng)函數(shù)unlinkat

static enum RM_statusexcise (FTS *fts, FTSENT *ent, struct rm_options const *x, bool is_dir){ int flag = is_dir ? AT_REMOVEDIR : 0; if (unlinkat (fts->fts_cwd_fd, ent->fts_accpath, flag) == 0) { // PRint // .... return RM_OK; } /* The unlinkat from kernels like linux-2.6.32 reports EROFS even for nonexistent files. When the file is indeed missing, map that to ENOENT, so that rm -f ignores it, as required. Even without -f, this is useful because it makes rm print the more precise diagnostic. */ // .... if (ignorable_missing (x, errno)) return RM_OK; /* When failing to rmdir an unreadable directory, we see errno values like EISDIR or ENOTDIR (or, on Solaris 10, EEXIST), but they would be meaningless in a diagnostic. When that happens and the errno value from the failed open is EPERM or EACCES, use the earlier, more // .... return RM_ERROR;}

即rm的時候i_count加一再減二。 i_nlink減一(刪除目錄項中的文件名與Innode號的映射, 即無法再通過這個文件名進行索引)。

如圖：文件刪除

可以看到rm的刪除僅僅是去掉目錄項里面的一個值而已

也就可以解釋如下兩個觀點：

當(dāng)一個進程正在訪問文件時，文件依然可以被訪問。進程已經(jīng)得到了文件的DataBlockls或者cat等操作必須通過文件名，而文件名已經(jīng)在目錄項里面刪除了當(dāng)文件存在其余硬鏈接時，文件依然可以顯示。硬鏈接是文件名對Innode號的映射只要映射一直存在，文件一定能訪問到(rm不會抹掉Innode)