Linux LPIC-1 Study Note(CH7)
Chapter 07: 檔案系統與檔案目錄的管理
電腦系統上的檔案都必須存放到儲存空間, 而用來當作儲存空間的裝置包括硬碟、記憶卡、隨身碟等。這些裝置必須經過「處理」後才能被使用。所謂「處理」就是Partition(分割)、Format(格式化)與Mount(掛接)。
檔案與目錄是作業系統的基本的組成結構。
新增硬碟與格式化
儲存裝置就像一塊空白的土地, 而資料就像一個物件, 如果沒有對這塊土地進行規劃而隨意將物件丟在上面, 是無法有效使用它。好比土地一般, 儲存裝置需要先分割區域、再將區域內定上座標與註記(格式化)、最後再給予明確的地址(掛接到某目錄下)。
切割分割區
所謂分割區, 就是將儲存裝置分割為多個區域, 目的在於管理上的便利性。在Linux中可透過fdisk這指令劃分分割區, 而在Linux中可設定的分割區的類型有九十多種, 一般會使用的只有四種, 分述如下:
- (82)Linux swap: 虛擬記憶體, 必需存在的分割區, 建議大小約1GB到8GB之間
- (83)Linux: 實體使用的分割區
- (5)Extended或是(85)Linux extendes: 如果要劃分四個分割區以上, 則必須使用此類型
- (8e)Linux LVM: 使用LVM時須使用此類型的分割區
上面數字表示分割區的代碼(ID), 我們可使用fdisk進入磁碟分割區選單中(如fdisk /dev/sda), 輸入L並按下Enter即可顯示所有分割區類型代碼。
$ sudo fdisk -l
Disk /dev/xvda: 10.7 GB, 10737418240 bytes
255 heads, 63 sectors/track, 1305 cylinders, total 20971520 sectors
Units = sectors of 1 * 512 = 512 bytes
Sector size (logical/physical): 512 bytes / 512 bytes
I/O size (minimum/optimal): 512 bytes / 512 bytes
Disk identifier: 0x00000000
Device Boot Start End Blocks Id System
/dev/xvda1 * 16065 20964824 10474380 83 Linux
$ sudo fdisk /dev/xvda
Command (m for help): L
0 Empty 24 NEC DOS 81 Minix / old Lin bf Solaris
1 FAT12 27 Hidden NTFS Win 82 Linux swap / So c1 DRDOS/sec (FAT-
2 XENIX root 39 Plan 9 83 Linux c4 DRDOS/sec (FAT-
3 XENIX usr 3c PartitionMagic 84 OS/2 hidden C: c6 DRDOS/sec (FAT-
4 FAT16 <32M 40 Venix 80286 85 Linux extended c7 Syrinx
5 Extended 41 PPC PReP Boot 86 NTFS volume set da Non-FS data
6 FAT16 42 SFS 87 NTFS volume set db CP/M / CTOS / .
7 HPFS/NTFS/exFAT 4d QNX4.x 88 Linux plaintext de Dell Utility
8 AIX 4e QNX4.x 2nd part 8e Linux LVM df BootIt
9 AIX bootable 4f QNX4.x 3rd part 93 Amoeba e1 DOS access
a OS/2 Boot Manag 50 OnTrack DM 94 Amoeba BBT e3 DOS R/O
b W95 FAT32 51 OnTrack DM6 Aux 9f BSD/OS e4 SpeedStor
c W95 FAT32 (LBA) 52 CP/M a0 IBM Thinkpad hi eb BeOS fs
e W95 FAT16 (LBA) 53 OnTrack DM6 Aux a5 FreeBSD ee GPT
f W95 Ext'd (LBA) 54 OnTrackDM6 a6 OpenBSD ef EFI (FAT-12/16/
10 OPUS 55 EZ-Drive a7 NeXTSTEP f0 Linux/PA-RISC b
11 Hidden FAT12 56 Golden Bow a8 Darwin UFS f1 SpeedStor
12 Compaq diagnost 5c Priam Edisk a9 NetBSD f4 SpeedStor
14 Hidden FAT16 <3 61 SpeedStor ab Darwin boot f2 DOS secondary
16 Hidden FAT16 63 GNU HURD or Sys af HFS / HFS+ fb VMware VMFS
17 Hidden HPFS/NTF 64 Novell Netware b7 BSDI fs fc VMware VMKCORE
18 AST SmartSleep 65 Novell Netware b8 BSDI swap fd Linux raid auto
1b Hidden W95 FAT3 70 DiskSecure Mult bb Boot Wizard hid fe LANstep
1c Hidden W95 FAT3 75 PC/IX be Solaris boot ff BBT
1e Hidden W95 FAT1 80 Old Minix
在Linux必要的分割區有二: 一者為一般資料的根目錄(/,root partition), 一者為SWAP(虛擬記憶體), 如果主機只有一個儲存裝置, 則必需安裝兩個以上的分割區。無論如何, 分割儲存裝置是必要的動作, 即使只需要一個分割區, 也必需執行分割的動作。
※經驗談: 一個儲存裝置上必須要劃了分割區後, 才能進行後續的動作(格式化、掛接等), 一個儲存裝置上至少要劃分一個分割區, 但若我們只有一個儲存裝置,則必須劃分兩個分割區(/與SWAP)以上才能運作。
使用fdisk切割四個以內的主分割區
由於主分割區最多只能四個, 因此如果我們的分割區總數在四個以內, 就可以全部使用主分割區
$ sudo fdisk /dev/xvda1
Device contains neither a valid DOS partition table, nor Sun, SGI or OSF disklabel
Building a new DOS disklabel with disk identifier 0x324b23d7.
Changes will remain in memory only, until you decide to write them.
After that, of course, the previous content won't be recoverable.
Warning: invalid flag 0x0000 of partition table 4 will be corrected by w(rite)
Command (m for help): p
Disk /dev/xvda1: 10.7 GB, 10725765120 bytes
255 heads, 63 sectors/track, 1304 cylinders, total 20948760 sectors
Units = sectors of 1 * 512 = 512 bytes
Sector size (logical/physical): 512 bytes / 512 bytes
I/O size (minimum/optimal): 512 bytes / 512 bytes
Disk identifier: 0x324b23d7
Device Boot Start End Blocks Id System
Command (m for help): n
Partition type:
p primary (0 primary, 0 extended, 4 free)
e extended
Select (default p): p
Partition number (1-4, default 1):
Using default value 1
First sector (2048-20948759, default 2048):
Using default value 2048
Last sector, +sectors or +size{K,M,G} (2048-20948759, default 20948759): +4G
Command (m for help): n
Partition type:
p primary (1 primary, 0 extended, 3 free)
e extended
Select (default p): p
Partition number (1-4, default 2):
Using default value 2
First sector (8390656-20948759, default 8390656):
Using default value 8390656
Last sector, +sectors or +size{K,M,G} (8390656-20948759, default 20948759): +4G
Command (m for help): P
Disk /dev/xvda1: 10.7 GB, 10725765120 bytes
255 heads, 63 sectors/track, 1304 cylinders, total 20948760 sectors
Units = sectors of 1 * 512 = 512 bytes
Sector size (logical/physical): 512 bytes / 512 bytes
I/O size (minimum/optimal): 512 bytes / 512 bytes
Disk identifier: 0x324b23d7
Device Boot Start End Blocks Id System
/dev/xvda1p1 2048 8390655 4194304 83 Linux
/dev/xvda1p2 8390656 16779263 4194304 83 Linux
Command (m for help): w
Command (m for help):
- p: 顯示分割區的狀態
- w: 將變更寫回硬碟並離開
輸入fdisk -l的參數即可顯示分割區的狀態
$ sudo fdisk -l
Disk /dev/xvda: 10.7 GB, 10737418240 bytes
255 heads, 63 sectors/track, 1305 cylinders, total 20971520 sectors
Units = sectors of 1 * 512 = 512 bytes
Sector size (logical/physical): 512 bytes / 512 bytes
I/O size (minimum/optimal): 512 bytes / 512 bytes
Disk identifier: 0x00000000
Device Boot Start End Blocks Id System
/dev/xvda1 * 16065 20964824 10474380 83 Linux
※ First sector 是指一圈圈硬碟磁柱的位置, 藉由第一圈與最後一圈可以算出分割區的大小, 但我們不會去換算這數值, 而會讓系統自動設定First sector, 而在Last sector的部分輸入+數值, 如+4G, 就是由First sector開始增加12GB的空間, 也就是設定該分割區的空間為4G
※ 注意: 在fdisk中的p有兩種意思: 一般的p是print, 顯示列出的意思; 跟隨在新增(n)後面的p, 是設定為primary(主分割區), 要注意區別
在fdisk中將分割區指定為SWAP格式
在fdisk新增的分割區, 預設格式為「Linux」, ID: 83, 也就是存放一般檔案的分割區。如果要將分割區指定為SWAP的格式。須將ID由83改82「Linux swap」。
$ sudo fdisk /dev/xvda1
Command (m for help): p
Disk /dev/xvda1: 10.7 GB, 10725765120 bytes
255 heads, 63 sectors/track, 1304 cylinders, total 20948760 sectors
Units = sectors of 1 * 512 = 512 bytes
Sector size (logical/physical): 512 bytes / 512 bytes
I/O size (minimum/optimal): 512 bytes / 512 bytes
Disk identifier: 0x1ce7644c
Device Boot Start End Blocks Id System
/dev/xvda1p1 2048 16779263 8388608 83 Linux
/dev/xvda1p2 16779264 20948759 2084748 83 Linux
$ sudo fdisk /dev/xvda1
Command (m for help): t
Partition number (1-4): 2
Hex code (type L to list codes): 82
Changed system type of partition 2 to 82 (Linux swap / Solaris)
Command (m for help): p
Disk /dev/xvda1: 10.7 GB, 10725765120 bytes
255 heads, 63 sectors/track, 1304 cylinders, total 20948760 sectors
Units = sectors of 1 * 512 = 512 bytes
Sector size (logical/physical): 512 bytes / 512 bytes
I/O size (minimum/optimal): 512 bytes / 512 bytes
Disk identifier: 0x1ce7644c
Device Boot Start End Blocks Id System
/dev/xvda1p1 2048 16779263 8388608 83 Linux
/dev/xvda1p2 16779264 20948759 2084748 82 Linux swap / Solaris
t: 表示要變更分割區的類型Hex code (type L to list codes): 82: 輸入分割區類型ID, 輸入L會顯示所有分割區類型
使用fdisk切割延伸分割區
一顆硬碟如果分割區超過四個, 就必須使用延伸分割區。首先我們在硬碟劃分一到三個主分割區，接下來會將所有剩餘的空間給最後一個分割區, 並且將該分割區/dev/sdb4定義為延伸分割區
接著會繼續劃分分割區, 此時會在/dev/sdb4上劃分分割區/dev/sdb5、/dev/sdb6、…依此類推。
※ 分割後要確認是否正確可輸入「p」, 如果沒有錯誤輸入「w」即可存檔離開(發現錯誤, 按Ctrl+C離開即可)。
※ 劃分之後, 除了/dev/sdb4之外都可以格式化,並且掛接在某目錄之下使用
※ 注意: /dev/sdb4代表的是/dev/sdb5、/dev/sdb6、…所有延伸分割區的集合概念, 因此/dev/sdb4是不能使用的!
附帶一提: 當我們使用Linux安裝程式設定分割區時, 系統只會要求我們輸入掛接點、檔案系統類型、大小等訊息之後, 就會自動幫我們分割、格式化並且掛接檔案系統。那麼安裝程式如何做的?
一般安裝程式會劃分一個主分割區/dev/sda1與延伸分割區/dev/sda2, 並且延伸分割區會使用所有剩餘的空間。接下來再從延伸分割區中劃分需要的分割區
由於前4個數字(/dev/sda1、/dev/sda2、/dev/sda3、/dev/sda4)保留給主分割區使用, 因此延伸分割區中的分割區號碼就會由5開始。但安裝程式中會將/dev/sda2使用的所有剩餘空間, 因此/dev/sda3與/dev/sda4也無法劃分了。
使用fdisk刪除分割區
如果要刪除分割區, 只需輸入d並且輸入分割區的代號即可依序刪除:
$ sudo fdisk /dev/xvda1
Command (m for help): p
Disk /dev/xvda1: 10.7 GB, 10725765120 bytes
255 heads, 63 sectors/track, 1304 cylinders, total 20948760 sectors
Units = sectors of 1 * 512 = 512 bytes
Sector size (logical/physical): 512 bytes / 512 bytes
I/O size (minimum/optimal): 512 bytes / 512 bytes
Disk identifier: 0x1ce7644c
Device Boot Start End Blocks Id System
/dev/xvda1p1 2048 16779263 8388608 83 Linux
/dev/xvda1p2 16779264 20948759 2084748 83 Linux
Command (m for help): d
Partition number (1-4): 2
Command (m for help): d
Selected partition 1
Command (m for help): p
Disk /dev/xvda1: 10.7 GB, 10725765120 bytes
255 heads, 63 sectors/track, 1304 cylinders, total 20948760 sectors
Units = sectors of 1 * 512 = 512 bytes
Sector size (logical/physical): 512 bytes / 512 bytes
I/O size (minimum/optimal): 512 bytes / 512 bytes
Disk identifier: 0x1ce7644c
Device Boot Start End Blocks Id System
Command (m for help): w
The partition table has been altered!
Calling ioctl() to re-read partition table.
WARNING: Re-reading the partition table failed with error 22: Invalid argument.
The kernel still uses the old table. The new table will be used at
the next reboot or after you run partprobe(8) or kpartx(8)
Syncing disks.
格式化為ext系列的檔案系統
檔案系統由檔案與目錄架構起來的系統, 也是作業系統最根本的部分。如果沒有檔案系統, 所有檔案與目錄都會雜亂無章的被丟在儲存裝置的各角落中。
劃分了分割區後, 必須要格式化才能被使用。如同之前比喻, 未格式化之前, 就好比一塊毫無座標的區域, 即使放置了物品也難以搜尋。格式化之後就相當將這區域貼上了定義了座標與其他屬性, 讓系統可以快速的存取檔案。
格式化會在分割區上切割一片片的區域(稱為block), 每塊區塊有固定大小(預設值為4KB)。如果檔案大於區塊的大小, 則會被切成多個小區塊存放; 如果小於區塊大小, 則會被放置到某一區塊中。
※ 經驗談: 即使檔案很小, 也不能將多個檔案放入同一區塊中。區塊是檔案放置的最小單位, 如果將多個檔案放入同區塊, 系統無法辨識到底該選擇哪個檔案。
格式化這個動作, 必須要選擇一種檔案系統。換句話說, 我們決定要將一個分割區格式化為某一種類型的檔案系統格式。在Linux中, 常用的檔案系統類型包括SWAP、ext2、ext3、ext4、reiserfs、XFS等。
ext2
ext2是非日誌型的檔案系統, 屬於起源較早的檔案系統, ext2不論檔案的形式都是將檔案存在一個inode中, 裡面包含使用者資訊(UID、GID)、檔案權限、檔案大小、時間戳記(檔案最初建立與最後修改時間)等。
要將分割區(如/dev/sdb1)格式化為ext2的檔案系統, 可使用以下任一指令:
mke2fs /dev/sdb1
mke2fs -t ext2 /dev/sdb1
mkfs.ext2 /dev/sdb1
ext3
ext3是ext2的改良延伸版, 可將其視為ext2檔案系統的日誌型系統。ext3記錄了磁碟所有儲存動作, 所以如果發生緊急事故, 如不正常關機, 因為已經記錄所有儲存動作, 系統便可以根據紀錄快速還原, 不需要執行磁碟掃描。
要將分割區(如/dev/sdb1)格式化為ext3的檔案系統, 可使用以下任一指令:
mke2fs -j /dev/sdb1
mke2fs -t ext3 /dev/sdb1
mkfs.ext3 /dev/sdb1
ext4
ext4與ext3十分類似並且相容, ext4具ext3所有優點, 但不使用kjournald。
對於