Linux文件系统

在 Linux 系统下从事运维工作的人员通常都有这样的感受：“Linux 的一切皆文件”，这说明文件管理在 Linux 系统中非常重要。Linux 系统是如何管理文件的呢？本章将介绍 Linux 文件系统的工作原理，以及文件系统是如何管理文件的。

1.文件系统介绍

Linux 文件系统是操作系统用来管理存储设备或分区上文件的方式和数据结构，即在存储设备上组织文件的方法。负责管理和存储文件信息的软件结构称为文件管理系统，简称文件系统。从系统的角度来看，文件系统负责组织和分配文件存储设备的空间，保护和检索存入的文件。具体而言，文件系统为用户提供建立、存入、读出、修改、转储文件的功能，并控制文件的存取、安全、日志、压缩和加密等操作。在 Windows 系统中也有文件系统，但与 Windows 系统的文件系统不同，Linux 文件系统没有盘符，如 C 盘、D 盘。所有不同分区的数据构成一个唯一的目录树，用户可以根据需要选择是否挂载某个分区。

Linux 文件系统采用树状目录结构，即只有一个根目录，其中包含下级子目录或文件的信息，子目录中又可以包含更多的子目录或者文件信息，这样一层层地延伸下去，构成一棵倒置的树。在目录树中，根节点和中间节点必须是目录，而文件只能作为叶子节点。当然，目录也可以是叶子节点。目录功能说明如表所示：

2.文件系统类型

在 Linux 系统下，不同文件系统采用不同的方法来管理磁盘空间，各有优缺点。在进行分区格式化时，可以采用指定的文件系统类型对分区空间进行登记并建立相应的管理表格。Linux 系统下常用的文件系统类型及说明如表所示：

Linux 系统支持多种文件系统，不同分区可以使用不同的文件系统。如何在当前系统下查看文件系统的类型呢？这需要用到 df 命令。

命令语法如下：df [选项] [目录或文件]
选项参数值有 6 个，如表所示：

查看所有分区文件系统类型：
在命令行模式下输入“df -ah” 命令，注意“-a” 选项会显示很多特殊文件系统，这些文件系统包含的大多是系统数据，存在内存当中，不占用硬盘空间。

3.文件系统的选择

由于 Linux 系统支持多种文件系统类型，各个文件系统在功能和性能方面存在较大差异，因此选择文件系统时需要仔细考虑。本节主要分析三种主流文件系统，分别是 Ext4、XFS 和 Btrfs。

①Ext4
Ext4 是第四代扩展文件系统，是 Linux 应用最广泛的日志文件系统之一。Ext4 稳定版本发布于 2008 年，即 Linux 2.6.28 版本。Ext4 在 Ext3 的基础上增加了许多新特性，如对大文件的支持、优化了日志校验、无日志模式、多块分配、延迟分配、在线去除碎片等。Ext4 支持的最大卷为 1 EiB，最大文件为 16 TiB。

②XFS
XFS 是 64 位高性能日志文件系统，2002 年合并到 Linux 内核，2009 年 Red Hat Enterprise Linux 5.4 开始支持 XFS 文件系统。XFS 支持的最大文件系统大小为 8 EiB，目前 RHEL 7.0 默认使用 XFS。XFS 文件系统结构通过 B+ 树索引 Inode 和数据块，相比 Ext4 更适合大文件，如视频和数据库。XFS 的动态分配 Inode 机制使其可用空间更多，并且支持并行 IO 操作，RAID 上的扩展性更好。

③Btrfs
Btrfs 支持 COW（写时复制），复制文件时不复制数据而只创建引用链接。Btrfs 提供了超大文件支持、高效率的文件存储、内置 RAID 支持、动态 Inode 分配等功能。Btrfs 实现了很多先进特性，同时保持了高容错能力、可扩展性和可靠性。虽然 Btrfs 仍被认为不稳定，但它正在快速增长。

4.文件系统的创建

任何存储介质在建立文件系统后才能正常使用，如硬盘、U 盘等。在 Windows 系统下，我们可以通过格式化 U 盘来建立文件系统，Windows 常用的文件系统格式有 FAT16、FAT32、NTFS。在 Linux 系统下，建立文件系统是通过 mkfs 命令来实现的。

在一个新的磁盘分区下创建文件系统：
为磁盘分区 sdb1 建立一个 Ext4 文件系统，通过“-t”参数指定系统格式。