磁盘扇区、IO块、inode、文件、目录、硬链接与软链接到底是什么

磁盘扇区、IO块、inode、文件、目录、硬链接与软链接到底是什么？

自己理解了一下，记录一下备忘。

1、扇区

扇区是磁盘盘片上的一个物理划分，是真真实实存在看得见摸得着的东西。

我们先来看看如何查看一个磁盘的一些信息，可以使用fdisk -l命令查看。我这里有多块盘，但我只截图了一个在这里展示，如图所示，我截取的这块盘为/dev/sda。

看红框所示，Unit是单元的意思，sector是扇区的意思。即磁盘的存储单元是扇区。

从图中第一行还可以看到这块盘的大小为5996G，总共有1171062784个扇区。

从第二行可以看到每个扇区的大小为512bytes。

从第三行可以看到扇区的逻辑大小为512bytes，物理大小为512bytes。

从上图的帮助文档来看，扇区的逻辑大小可以修改，最小为512bytes，最大为4096bytes。（不同的系统，扇区的大小不一样）

除了扇区，磁盘还有哪些物理部件？

2、IO块（磁盘块）

我们平时常说磁盘块，可能会以为它是磁盘的一个物理分区，其实不是的。

扇区是磁盘存储的最小单元。往大了说，还有磁道、盘片等。

那既然磁盘块不是磁盘的物理分区，那么它是啥呀？

我们或许都有这样一个常识认知，就是磁盘的IO速率是非常慢的，如果在读取数据的时候，先读取了一个扇区的数据，发送给上层应用后，又返回来读下一个扇区，再发送给上层应用，如此循环反复，上层应用需要与磁盘进行多次交互，这就很浪费时间了；

所以就引入了磁盘块这么一个概念，它在逻辑层面将多个连续的扇区当作一个整体，然后在读取数据的时候以逻辑层面上的磁盘块为单位，将磁盘块所包含的扇区的数据都一次性读出来发给上层应用。

所以我们要区分开扇区、磁盘块这些概念所对应的对象是不同的：

扇区对应的是硬件层面，它是磁盘面的区域划分，是一个真真实实存在的物理部件；

而磁盘块对应的是软件层面，它在逻辑层面将多个连续的扇区当作一个整体。

比如磁盘扇区大小一般为512字节，而块大小一般为4096字节，那么每一个块就记录着连续的8个扇区；数据不是存在块里的，而是存储在扇区，而块记录哪些扇区是属于自己的。

如何查看一个IO块的大小：

1）在root用户下，执行tune2fs -l /dev/sda | grep "Block Size"

3、inode

每个文件都有数据以及元数据，数据就是文件内容了，它存储在磁盘的数据区；

而文件元数据包括下图这些项：

文件大小、文件块信息、一个块的大小、文件类型（普通文件、目录还是符号链接）、设备号、索引节点编号、硬链接数、文件的访问时间、文件内容的修改时间、文件属性的修改时间

每个文件都会对应一个inode，而每个inode都有唯一一个编号，如何查看文件的inode编号呢？

1）可以使用stat filename来查看

2）或者切换到文件所在目录后，使用ll -i命令来查看，得到的结果中第一列即为文件的inode编号。

我们刚才说到每个索引节点（inode）都有一个唯一的编号，这个编号在每个磁盘上都是有限的，当inode编号分配完了之后，就不能再创建新文件了；

因为文件都需要对应一个唯一的inode，而每个inode又需要对应唯一的编号，而编号又是有限的，所以当分配完了之后，就没法创建inode了，也就没法创建文件了。

有时候可能会发现这样的现象：就是我们想要创建一个新文件，但是发现创建不了了。

于是我们需要排查问题，怎么排查呢？

首先我们先看下是不是磁盘写满了，使用df -hl查看磁盘的使用率，如果达到了100%，那说明盘写满了，我们需要删除些东西以释放存储空间；

但是如果我们查看了磁盘使用率之后，发现不是磁盘满了，磁盘还有很多空闲的空间，那该怎么办？

可以联想到我们上面说过的，看下inode编号是不是用完了，即看下inode编号的使用率？

可以使用df -i来看下磁盘inode编号的使用率，如果发现是inode编号的使用率达到了100%了，那还是得删除些文件以释放占用的inode编号。

会不会有人有疑问？为什么磁盘空间还有这么多，inode编号就用完了？

这大概率是创建的小文件太多了，你想啊，每个文件都要对应一个inode编号，inode编号是有限的，虽然磁盘空间也有限，但是如果文件系统中是以小文件居多，每个文件就占那么点空间，inode编号的消耗速率大于磁盘空间的消耗速率，这就极有可能出现上述inode编号用完了，但是磁盘空间还剩余很多的情况。

4、文件与目录

在linux系统中，一切皆文件。

在linux中怎么判断是文件还是目录呢？

1）通过ll命令判断：

如果开头是d，那就是目录（d即directory的缩写），如果开头是-，那就是普通文件。

2）通过stat命令判断：

5、硬链接与软链接

当我们创建一个文件时，该文件的文件名其实就是一个硬链接，一个文件至少有一个硬链接，但是一个硬链接不可以指向多个文件。

硬链接有什么作用：文件系统通过硬链接可以找到inode编号，进而找到inode，通过获取inode里存储的文件元数据可以读取到磁盘中存储的文件数据。

怎么查看文件的硬链接数呢？

1）通过ll查看：

第二列即为硬链接数

有没有注意到，普通文件的硬链接数与目录的硬链接数是不一样的，普通文件只有一个硬链接，而目录则有两个，这是为什么？

因为对于目录文件而言，除了可以通过目录名获取到文件的inode之外，还可以通过(点号)获取，因为点号表示当前目录。

所以我们看到目录的硬链接数是2个。

2）还可以通过stat查看文件的硬链接数：

软链接是什么？软链接其实是一个独立的文件（分类为符号链接），它有自己的inode，它的inode里存储的是它所指向的文件的信息；由于软链接与它指向的文件是两个独立的文件，所以删除软链接并不会影响它指向的文件。

通过ln -s 123 softlink123建立一个软链接指向文件123

通过stat softlink123可以看到该文件是一个符号链接，即软链接，它有自己的inode，所以它是一个独立的文件，由于它的inode里存储的是它指向的文件的信息，所以通过软链接softlink123也可以读取到文件123的数据

可以看到通过硬链接和软链接读取到的文件内容是一样的

文件系统的目的就是通过目录查找文件，寻找空闲位置存放文件。

组成：超级块、目录结构、描述文件属性的结构，文件系统相关 *** 作

sysfs：超级块，目录sys_dirent,，属性kset、kobject

vfs：超级块，目录dentry，属性inode

bdevfs：超级块，目录dentry，属性bdevfs_inode（嵌在block_device中）

超级块、空闲表、目录文件（文件控制块FCB）、普通文件、与文件系统有关的 *** 作（查找、读写等）

超级块——文件系统中第一个块被称为超级块。描述文件系统块大小、空闲表相关的属性（比如地址、每一项大小等）、根目录地址

空闲表——磁盘上空闲磁盘块

目录文件——存放文件名、文件属性、文件地址等信息

把目录文件拆分为两部分：与文件查找有关的部分（文件名、文件类型）、文件属性部分（inode、FAT）

顺序存储——把文件存放在连续的扇区上

链式存储——把文件存放在不连续的文件块上，每个文件快的结束端有存放有下一个文件块的地址

索引存储——把存放文件的所有块号集中放在一个索引结构上

优劣：顺序存储，读取速度更快，但容易浪费大量磁盘存储空间；链式存储，可以充分利用内存空间，但是不能随机访问文件内的任意部分，访问速度慢；索引存储，可以随机访问文件的任意部分，可以看作链式存储的优化方案。

linux磁盘文件系统采用ext2

组织方式：超级块、空闲块位图、只有目录名的目录文件、inode位图、inode（含文件属性、文件磁盘地址）、索引存储方式、ext_fIle_operations表、ext_file_inode_operations表

文件存储方式：索引存储。

硬链接目录共享一个inode。由于硬链接是直接将文件名与索引节点号（即inode号）链接，因此硬链接存在以下几个特点： 1、文件有相同的inode号及data block，这使得修改其中一个硬链接文件属性或文件数据时，其他硬链接文件都会发生相应修改；2、只能对已存在的文件进行创建；3、不能跨文件系统（即分区）进行创建；4、不能对目录文件进行创建；5、删除其中一个硬链接文件时，不会对其他硬链接文件产生影响。

软链接则是一个文件，文件内存储有目标文件的路径。创建软链接时，目标文件inode中的链接计数 i_nlink 不会增加。由于软链接有着自己的索引节点号（即inode号）以及用户数据块（data block），因此没有硬链接的诸多限制，它的特性如下：1、软链接有自己的文件属性、inode号和data block，但是编辑文件其实就是编辑源文件；2、可以对不存在的文件或目录进行创建；3、可以跨文件系统（即分区）进行创建，使用ln命令跨文件系统创建时，源文件必须是绝对路径，否则为死链接；4、可以对文件或目录文件进行创建；5、删除软链接并不影响源文件，但源文件被删除，则相关软链接文件变为死链接（dangling link），若源文件（原地址原文件名）重新被创建，则死链接恢复为正常软链接。

目的：封装好不同文件系统，向上提供统一的接口

组成：超级块superblock、目录项dentry、文件属性inode；文件系统类型file_system_type、描述文件系统安装在哪个父文件系统下vfsmount

如图在vfs中安装ext2和fat文件系统：即置i_ops、i_fops、d_ops为各个文件系统独有的 *** 作，超级块中的s_fs_info指向具体文件系统的超级块；vfsmount中描述有文件系统的安装点。

先把安装点记录在vfsmount中。根据file_system_type中的读超级块方法，读取super_block，再根据super_block中的构造inode方法，构造一inode并初始化；然后根据inode->i_ops构造dentry

创建软连接，命令如下：

ln -s / /home/good/linkname

ln的链接分软链接和硬链接两种：

1、软链接就是：“ln –s 源文件 目标文件”，只会在选定的位置上生成一个文件的镜像，不会占用磁盘空间，类似与windows的快捷方式。

2、硬链接ln源文件目标文件，没有参数-s， 会在选定的位置上生成一个和源文件大小相同的文件，无论是软链接还是硬链接，文件都保持同步变化。

扩展资料

软链接又叫符号链接，这个文件包含了另一个文件的路径名。可以是任意文件或目录，可以链接不同文件系统的文件。

链接文件甚至可以链接不存在的文件，这就产生一般称之为”断链”的现象，链接文件甚至可以循环链接自己。类似于编程语言中的递归。

软链接文件只是其源文件的一个标记，当删除了源文件后，链接文件不能独立存在，虽然仍保留文件名，但却不能查看软链接文件的内容了。

用ln -s 命令可以生成一个软连接，如下:

[root@linux236 test]# ln -s source_file softlink_file

在对符号文件进行读或写 *** 作的时候，系统会自动把该 *** 作转换为对源文件的 *** 作，但删除链接文件时，系统仅仅删除链接文件，而不删除源文件本身。

删除硬/软链接用rm softlink_file

或者unlink softlink_file

参考资料：

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