第八節 Linux 文件的屬性（上半部分）

標簽（空格分隔）：Linux實戰教學筆記

第1章 Linux中的文件

1.1 文件屬性概述（ls -lhi）

linux里一切皆文件
Linux系統中的文件或目錄的屬性主要包括：索引節點（inode），文件類型，許可權屬性，鏈接數，所歸屬的用戶和用戶組，最近修改時間等內容：

文字解釋：
第一列：inode索引節點編號（相當於人的身份證，全國唯一）
第二列：文件類型及許可權
第二列共11個字元：其中第一個字元為文件類型，隨後的9個字元為文件的對應許可權，最後一個字元點號“.”是和selinux有關的一個標識；
第三列：硬鏈接個數（詳細參看ln命令的講解）；
相當於超市的多個入口，可以從不同的文件入口進入文件，還可以互為備份（消防通道）
第四列：文件或目錄所屬的用戶 文件的所有者（屬主）；
linux裡面文件和程式的存在必須要有用戶和組滿足相應的存在需求。
第五咧：文件或目錄所屬的組
第六列：文件或目錄的大小；
第七八九列：文件或目錄的修改時間：預設月日時分
第十列：實際的文件或目錄名
文件名不算文件的屬性

下麵我們以chensiqi文件為例進行說明，具體列的內容參考下上面的圖：

1736707 -rwx-xr-x- 1 root root 35 Oct 28 11:29 chensiqi

• inode索引節點編號：1736707
• 文件類型，文件類型是-，表示這是一個普通文件；
• 文件許可權：文件許可權是rwxr-xr-x，表示文件屬主可讀，可寫，可執行，文件歸屬的用戶組可讀可執行，其他用戶可執行。
• 硬鏈接個數：表示chensiqi這個文件沒有其它的硬鏈接，因為連接數是1，就是他本身；
• 文件屬主：這個文件所屬的用戶，這裡意思是chensiqi文件被root用戶擁有，註意，是第一個root；
• 文件屬組：這個文件所屬的用戶組，在這裡是root用戶組，是顯示信息里的第二個root
• 文件大小：文件大小是35個位元組
• 文件修改時間：這裡的時間是該文件最後被更新（包括文件創建，內容更新，文件名更新等）的時間，可用如下命令查看文件的修改，訪問，創建的時間

1.2 索引節點inode

1.2.1 inode 概述

• 硬碟要存儲數據，首先要分區，然後格式化創建文件系統，最後掛載，才能存數據。
• Inode，中文意思是索引節點（index node）。在每個linux存儲設備或存儲設備的分區（存儲設備可以是硬碟，軟盤，U盤...）被格式化為ext4（CentOS6.8）文件系統後，一般生成兩部分：第一部分是Inode（很多個），第二部分是Block（很多個）。
• 這個Block是用來存儲實際數據用的，例如：照片，視頻等普通文件數據。
• 而inode就是用來存儲這些數據屬性信息的（也就是ls -l的結果），inode屬性信息包括不限於文件大小，屬主（用戶），歸屬的用戶組，文件許可權，文件類型，修改時間，還包含指向文件實體的指針功能（inode節點--block的對應關係）等，但是，inode裡面唯獨不包含文件名本身

身份證號 ==== inode號
身高體重三圍有沒有頭髮（屬性）====inode

• Inode除了記錄文件屬性的信息外，還會為每個文件進行信息索引，所以就有了inode的數值。操作系統根據指令，即可通過inode的值最快的找到相對應的文件實體。文件，inode，block之間的關係見下圖：

為了能讓大家更形象的理解，我舉個例子。假如有一本書，存儲設備和分區就相當於這本書，Block相當於書中的每一頁內容，而inode就相當於這本書前面的目錄，一本書有很多內容，一個知識點可能有多頁，如果想查找某部分或某知識點的內容，我們一般先查書的目錄，通過目錄能更快的找到我們想要看的知識點的內容。雖然不太恰當，但還是比較形象。

當我們用ls查看某個目錄或文件時，如果加上-i參數，就可以看到inode節點了；

【root@chensiqi /】# ls -i

• 上圖第一列inode值259615；查看一個文件或目錄的inode，通過ls命令的-i參數即可。
• 因為inode要存放文件的屬性信息，所以每個inode本身是有大小的，Centos5系列inode的預設大小是128位元組，而Centos6系列inode的預設大小是256位元組，inode的大小在分區被格式化創建文件系統之後定下來的，格式化以後就無法更改inode大小，格式化前可以通過參數指定inode的大小，但是一般企業工作環境沒這個需求。
• 不同Centos版本inode大小不同
  

查看文件系統inode總量以及剩餘量

【root@chensiqi /】# df -i

查看磁碟使用量

[root@chensiqi /]# df -h

Inode:存放文件的屬性+文件內容的位置（block的位置） df - l 查看使用量
Block：存放實際數據

1.2.2 企業案例模擬：

模擬磁碟滿的情況

磁碟滿的一個特征（no space left on device）

1.block 滿了 磁碟空間滿了

2.inode 滿了 創建一個文件就需要一個inode

1.2.3 有關inode的小結

學會給階段性的知識做小結是學好linux運維的好習慣。

1. 誕生：磁碟被分區並格式化為ext4文件系統後，會生成一定數量的inode和block
2. inode稱為索引（目錄）節點，它的作用是存放文件的屬性信息以及作為文件的索引（指向文件的實體block）
3. ext3/ext4 文件系統的block 存放的是文件的實際內容（數據）。
4. inode是磁碟上的一塊存儲空間，CentOS6非啟動分區inode預設大小256位元組，CentOS5是128位元組
5. inode的表現是形式一串數字，不同的文件對應的inode（一串數字）在文件系統里是唯一的。
6. inode節點號相同的文件，互為硬鏈接文件，可以認為是一個文件的不同入口。
7. ext3/ext4文件系統下，一個文件至少要占用一個inode和一個block。（文件size比較大）
8. ext3/ext4文件系統下，正常情況一個文件占用且只能占用一個inode（人和身份證號）
9. block是用來存儲實際數據的，每個block的大小一般有1k，2k，4k幾種。其中引導分區等為1k，其他普通分區多為4K（CentOS6）
10. 如果一個文件很大（高清大片4G），需要占用多個block，如果文件很小（0.01k），至少占一個block，並且這個block的剩餘空間就浪費了，即無法在存儲其他數據

1.2.4 有關Block的知識小結

1. 磁碟讀取數據是按block為單位讀取的
2. 一個文件可能占用多個block。每讀取一個block就會消耗一次磁碟I/O
3. 如果要提升磁碟I/O性能，那麼就要儘可能一次性讀取數據儘量的多。
4. 一個block只能存放一個文件的內容，無論內容多小。如果block預設是4K大小，那麼存放一個1K的文件，剩餘3K就不能存放別的文件，只能浪費了
5. Block並非越大越好。Block太大對於存放小文件就會浪費磁碟空間，例如：1000K的文件，Block大小為4K，占用250個Block，如果Block預設為1K，則需要占用1000個Block。訪問效率誰更高？消耗I/O分別為250次和1000次。
6. 根據業務需求，確定預設的block大小，如果是大文件（大於16K）一般設置block大一點，小文件（小於1K）一般設置block小一點
7. block太大，例如4K，文件都是0.1K的，大量浪費磁碟空間，但是訪問性能高
8. block太小，例如1K，文件都是1000K，消耗大量磁碟I/O
9. 企業里文件都會比較大（一般會大於4K），block設置大一些會提升磁碟訪問效率。
10. ext3/ext4文件系統（CentOS5和CentOS6），一般都設置為4K。
    當前的生產環境一般設置為4K，特殊的業務，如視頻可以加大block大小

• Block塊越大對於單個的小文件多（0.5K）的業務，會非常浪費空間，因為，一個文件無論多大都會必須占用至少一個inode和一個block，磁碟讀取數據是按Block為單位讀取的，但是對於大文件，可以提升讀取的效率，因為如果block太小，就要讀多個block，這樣就消耗磁碟I/O，如果block大，則會讀較少的aBlock就讀完數據，從而減少磁碟I/O

• Block塊太小又會影響硬碟讀取大文件數據的效率，Block塊越小，同樣存儲一個文件就需要更多的Block，這樣硬碟讀取數據時就要讀取多個block，因此效率就越低。

• Block分大了，浪費空間，分小了，影響磁碟讀取性能

1.2.5 inode與block總的小結

1. 磁碟被分區格式化文件系統後，會分為inode和block兩部分內容
2. inode存放文件的屬性以及指向文件實體的指針（block的位置），文件名不在inode里，一般在上級目錄的block里
3. 訪問文件的過程，通過文件名（上一級目錄的block）--->inode--->blocks
4. inode centos6一般情況預設非啟動分區大小256B，block大小1，2，4K，預設是4K，註意，引導分區等特殊分區除外
5. 通過df -i 查看inode的數量及使用情況，dumpe2fs ／dev/sda3 查看inode及block的大小及數量
6. 一個文件至少要占用一個inode及一個block，多個文件可以占用同一個inode（硬鏈接），相同文件
7. 一個block只能被一個文件使用，如果文件很小block很大，剩餘空間浪費，無法繼續被其他文件使用
8. block不是越大越好，要根據業務的文件大小進行選擇，一般CentOS6就是預設4K
9. 可以在格式化的時候改變inode及block的大小

1.2.6 企業面試題一：

一個100M（100000K）的磁碟分區，分別寫入1K的文件或寫入1M的文件，分別可以寫多少個？

• 1K文件雖小，但是block一般預設4K，即使1K的數據也會占用4K大小，比如大家創建一個空文件，然後du -sk 看看大小是多少。（如果大家此時認為應該100000/4的話，那麼你就掉坑了-_-!別忘了存儲數據，消耗的不光是block還有inode，inode預設只有256K（centos6），每個文件至少占用一個block的同時還會占用一個inode）
• 1M的數據他剛好能被4整除。所以不會浪費空間,大約為100個左右，inode充足。
  總上對於大文件一般inode是足夠的，大文件基本也不會浪費空間，整除就可以；但是對於小文件來說，inode是不足夠的，因此能夠存儲的數量就是inode的數量

1.27 企業面試題二：

如果向磁碟寫入數據提示如下錯誤：No space left on device，通過df -h查看磁碟空間，發現沒滿，請問可能原因是什麼？企業場景什麼情況下會導致這個問題發生？

• 磁碟沒滿但是不能卸乳文件，最可能的原因就是inode被耗盡了
  企業工作中郵件臨時隊列/var/spool/clientmquene或/var/spool/postfix/maildrop這裡很容易被大量小文件占滿導致No space left on device的錯誤。clientmquene目錄只有安裝了sendmail服務，才會有，是sendmail的臨時隊列。centos5.8預設就會裝sendmail，centos6預設沒有sendmail，但是有postfix

1.3文件類型及文件擴展名

1.3.1 文件類型介紹

• windows擴展名讓系統區分不同文件類型，擴展名錯誤導致文件無法打開。
• linux通過擴展名讓人區分文件類型，為了易讀，錯誤也可以正常使用

例如：
windows圖片文件擴展名：jpg，jpeg，png，gif等
文本文件擴展名：doc，docx，txt，pdf

1.3.2 Linux中的文件類型

對於這裡我不想說太多，因為實在感覺對於實際應用意義不大，大家只需要知道通過ls -l查看目錄的時候，
1，如果許可權那裡是-rw--r--r--，第一個字元是‘-’就代表是普通文件
2，如果第一個字元是d例如drw--r--r--.就代表是個文件夾
3，如果第一個字元是l例如lrw--r--r--，就代表是個軟鏈接

1.3.3 軟連接

軟連接文件可通過：
ln -s 源文件名 新文件名 的方式來創建（如果不使用-s，則會創建硬鏈接，但不適合目錄）
這個軟連接和windows的快捷方式是相似的。

1.3.4 Linux下擴展名的作用

在linux中，雖然擴展名沒什麼意義，但是為了相容windows，同時，便於我們大多數windows用戶區分文件的不同，所以，我們還是習慣通過擴展名來表示不同文件的類型。

如下：

1. tar，tar.gz,tgz,zip,tar.bz表示壓縮文件，創建命令一般為tar,gzip,unzip等
2. .sh表示shell腳本文件，通過shell語言開發的程式
3. .pl表示perl語言文件，通過perl語言開發的程式
4. .py表示python語言文件，通過python語言開發的程式
5. .html,.htm,.php,.jsp,.do表示網頁語言的文件
6. .conf表示系統的配置文件
7. .rpm表示rpm安裝包文件

1.4 知識擴展（企業實際經驗）

問題： Linux文件系統如何選擇？

通過綜合使用多種標準文件系統Benchmarks對Ext3，Ext4，Reiserfs，XFS，JFS，Reiser4的性能測試對比，對不同應用選擇合適的文件系統給出以下方案，供大家參考。

1. 大量小文件（LOSF，Lost of small files）I/O應用（如小圖片）

• Reiserfs（首選），Ext4文件系統適合這類負載特征，IO調度演算法選擇deadline，block size=4096，ext4關閉日誌功能
• reiserfs mount參數：-o defaults，async，noatime，nodiratime，notail，data=writeback
• ext4 mount參數：-o defaults,async,noatime,nodiratime,data=writeback,barrier=0
• 關閉ext4日誌：tune2fs -O^has_joumal /dev/sdXX

2.大文件I/O應用（如視頻下載，流媒體）

• EXT4文件系統適合此類負載特征，IO調度演算法選擇anticipatory，block size=4096，關閉日誌功能，啟用extent（default）
• mount參數：-o defaults，async，noatime,nodiratime,data=writeback,barrier=0
• 關閉ext4日誌：tune2fs -O^has_joumal /dev/sdXX

3.SSD文件系統選擇

EXT4/Reiserfs可以作為SSD文件系統，但未對SSD做優化，不能充分發揮SSD性能，並影響SSD使用時間
Btrfs對SSD作了優化，mount通過參數啟用。但Btrfs扔處於試驗階段，生產環境謹慎使用
JFFS2/Nilfs2/YAFFS是常用的flash file system，在嵌入式環境廣泛應用，建議使用。性能目前還未作測試評估

簡單分析一下選擇Reiserfs和ext4文件系統的原因

1、Reiserfs

　大量小文件訪問，衡量指標是IOPS，文件系統性能瓶頸在於文件元數據操作、目錄操作、數據定址。reiserfs對小文件作了優化，並使用B+ tree組織數據，加速了數據定址，大大降低了open/create/delete/close等系統調用開銷。mount時指定noatime,nodiratime,notail，減少不必要的inode操作，notail關閉tail package功能，以空間換取更高性能。因此，對於隨機的小I/O讀寫，reiserfs是很好的選擇。

2、Ext4

　大文件順序訪問，衡量指標是IO吞吐量，文件系統性能瓶頸在於數據塊佈局(layout)、數據定址。Ext4對ext3主要作了兩方面的優化:
一：是inode預分配。這使得inode具有很好的局部性特征，同一目錄文件inode儘量放在一起，加速了目錄定址與操作性能。因此在小文件應用方面也具有很好的性能表現。
二：是extent/delay/multi的數據塊分配策略。這些策略使得大文件的數據塊保持連續存儲在磁碟上，數據定址次數大大減少，顯著提高I/O吞吐量。
因此，對於順序大I/O讀寫，EXT4是很好的選擇。另外，XFS性能在大文件方面也相當不錯。