# 作業系統概論作業三 ###### tags: `OS` ## #1 Soft Link and Hard Link 以下為實驗開始前的前置指令。 ``` $ touch file1.txt $ ln file1.txt file2.txt $ ln -s file1.txt file3.txt ``` ### What are the inode values of each file? 觀察 inode： ``` $ ls -li 62757 -rw-rw-r-- 2 vagrant vagrant 0 Jan 10 08:42 file1.txt 62757 -rw-rw-r-- 2 vagrant vagrant 0 Jan 10 08:42 file2.txt 62758 lrwxrwxrwx 1 vagrant vagrant 9 Jan 10 08:42 file3.txt -> file1.txt ``` 故 inode 資訊如下。 | file1.txt | file2.txt | file3.txt | | -------- | -------- | -------- | | 62757 | 62757 | 62758 | ### Do they have the same content? #### 實驗一 最一開始三個檔案甫建立之時，對任一檔案內容的變動，皆會連帶更新其他兩個檔案，使三者內容保持一致。這是因為三者皆透過 link 直接或間接的指向 62757 。 #### 實驗二 現在我試著重建 file3.txt 。 ``` $ rm file3.txt $ ln -s file1.txt file3.txt ``` 發現 file3.txt 仍與其它二者一致。這是因為 file3.txt 仍指向 file1.txt ，故間接指向 62757 。 #### 實驗三 現在我試著重建 file2.txt 。 ``` $ rm file2.txt $ ln file1.txt file2.txt ``` 發現 file2.txt 仍與其他二者一致。這是因為 file2.txt 仍指向 62757 。 #### 實驗四 現在我試著刪除 file1.txt 。 ``` $ rm file1.txt $ ls -li 62757 -rw-rw-r-- 1 vagrant vagrant 12 Jan 10 08:47 file2.txt 62758 lrwxrwxrwx 1 vagrant vagrant 9 Jan 10 08:42 file3.txt -> !file1.txt ``` 此時 file2.txt 之內容仍然保持不變，但 file3.txt 已毀損。這是因為 file2.txt 依然指向 62757 。但 file3.txt 指向已不存在的 file1.txt ，導致毀損而無法閱讀。 現在試著重建 file1.txt 。 ``` $ touch file1.txt $ ls -li 62759 -rw-rw-r-- 1 vagrant vagrant 0 Jan 10 08:59 file1.txt 62757 -rw-rw-r-- 1 vagrant vagrant 12 Jan 10 08:47 file2.txt 62758 lrwxrwxrwx 1 vagrant vagrant 9 Jan 10 08:42 file3.txt -> file1.txt ``` 此時即使更改 file1.txt ， file2.txt 也不會再發生改變，這是因為該兩檔案指向不同的 index node 所致。此時無論變更 file1.txt 或 file3.txt 的內容，該兩檔案都會保持一致，這是因為該兩檔案接直接或間接指向 62759 的緣故。 ## #2 Creating and mounting file system 準備好一個 500MiB 的硬碟 /dev/sdb ，格式化後掛載。 ``` $ mkdir -p /mnt/oshw $ mount -t ext4 /dev/sdb /mnt/oshw $ mkfs -t ext4 -N 800 -b 4096 /dev/sdb 1>/dev/null 2>&1 ``` 檢查格式化後的硬碟狀態。 ``` $ fdisk -l /dev/sdb Disk /dev/sdb: 500 MiB, 524288000 bytes, 1024000 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 $ df -iTh | egrep 'Filesystem|/dev/sdb' Filesystem Type Inodes IUsed IFree IUse% Mounted on /dev/sdb ext4 896 10 886 2% /mnt/oshw $ blockdev --getbsz /dev/sdb 4096 $ mount | grep /dev/sdb /dev/sdb on /mnt/oshw type ext4 (rw,relatime,data=ordered) ``` 得知 /dev/sdb 格式化後的資訊如下： - 格式為 ext4 - 空間為 500 MiB - inode 數量為 896，並非剛好 800 - block size 為 4096 byte - 掛載在 /mnt/oshw ## #3 Inode and block ### Try to create directories in this file system as many as you can. How many directories can be created in this file system? Why? 我寫了以下的 script 來大量建立目錄。 ```bash #!/bin/bash set -e i=0 while true; do mkdir /mnt/oshw/$i i=$((i+1)) done ``` 然後執行此 script 。 ``` $ ./script.sh mkdir: cannot create directory ‘/mnt/oshw/886’: No space left on device ``` 由此可知最多可以建立 886 個目錄。這是因為 /dev/sdb 能夠使用的 free inode 只有 886 個。 ### Try to create 1-byte files in this file system as many as you can. How many 1-byte files can be created in this file system? Can it completely use all space in this file system? 實驗前使用空間僅 768 KiB 。 ``` $ df root@vagrant:~# df Filesystem 1K-blocks Used Available Use% Mounted on udev 472436 0 472436 0% /dev tmpfs 100860 5388 95472 6% /run /dev/mapper/vagrant--vg-root 64800356 1471420 60007492 3% / tmpfs 504300 0 504300 0% /dev/shm tmpfs 5120 0 5120 0% /run/lock tmpfs 504300 0 504300 0% /sys/fs/cgroup tmpfs 100860 0 100860 0% /run/user/1000 /dev/sdb 495448 768 458840 1% /mnt/oshw ``` 我寫了以下的 script 來大量建立 1-byte 檔案。 ```bash #!/bin/bash set -e i=0 while true; do echo -n x > /mnt/oshw/$i i=$((i+1)) done ``` ``` $ ./script.sh ./script.sh: line 6: /mnt/oshw/886: No space left on device $ df Filesystem 1K-blocks Used Available Use% Mounted on udev 472436 0 472436 0% /dev tmpfs 100860 5388 95472 6% /run /dev/mapper/vagrant--vg-root 64800356 1471420 60007492 3% / tmpfs 504300 0 504300 0% /dev/shm tmpfs 5120 0 5120 0% /run/lock tmpfs 504300 0 504300 0% /sys/fs/cgroup tmpfs 100860 0 100860 0% /run/user/1000 /dev/sdb 495448 4312 455296 1% /mnt/oshw ``` 由此可知只能建立 886 個檔案，總計 886 bytes ，並未用滿 500MiB 。這是因為 free inode 只有 886 個。此外，此操作額外佔用了 3544KiB ，這個數字剛好是 886 個 block size 。 ### Try to create a file which size as large as you can. What is the maximum file size? Can it completely use all space in this file system? 實驗前，先調查環境資訊。可以得知整個 disk 有 128000 個 block ，總空間為 524288000 byte ，但可使用的 free block 只有 123670 個。 ``` $ tune2fs -l /dev/sdb | egrep 'Block count|Free blocks' Block count: 128000 Free blocks: 123670 ``` 使用以下指令創造一個容量極大的檔案並查看其大小。 ``` $ dd if=/dev/urandom bs=4096 count=9999999999 of=file dd: error writing 'file': No space left on device 121110+0 records in 121109+0 records out 496062464 bytes (496 MB, 473 MiB) copied, 2.66737 s, 186 MB/s $ ls -l total 484440 -rw-r--r-- 1 root root 496062464 Jan 10 11:46 file ``` 可知單一檔案其容量極大值為 496062464 byte ，相當於 121109 個 block，並未用完整個硬碟的 524288000 byte。此時調查剩餘的 free blocks ： ``` $ dumpe2fs /dev/sdb # omit some contents for simplicity Group 0: (Blocks 0-32767) csum 0xf414 [ITABLE_ZEROED] Primary superblock at 0, Group descriptors at 1-1 Reserved GDT blocks at 2-63 Block bitmap at 64 (+64), csum 0xf379cdeb Inode bitmap at 68 (+68), csum 0xab90ebcc Inode table at 72-78 (+72) 0 free blocks, 213 free inodes, 1 directories Free blocks: Free inodes: 12-224 Group 1: (Blocks 32768-65535) csum 0x3e45 [ITABLE_ZEROED] Backup superblock at 32768, Group descriptors at 32769-32769 Reserved GDT blocks at 32770-32831 Block bitmap at 65 (bg #0 + 65), csum 0xb17db9a7 Inode bitmap at 69 (bg #0 + 69), csum 0x60dc68d1 Inode table at 79-85 (bg #0 + 79) 2560 free blocks, 224 free inodes, 0 directories Free blocks: 35435-35668, 35818-36863, 63488-64767 Free inodes: 225-448 Group 2: (Blocks 65536-98303) csum 0x7bbc [ITABLE_ZEROED] Block bitmap at 66 (bg #0 + 66), csum 0xf379cdeb Inode bitmap at 70 (bg #0 + 70), csum 0x60dc68d1 Inode table at 86-92 (bg #0 + 86) 0 free blocks, 224 free inodes, 0 directories Free blocks: Free inodes: 449-672 Group 3: (Blocks 98304-127999) csum 0x3023 [ITABLE_ZEROED] Backup superblock at 98304, Group descriptors at 98305-98305 Reserved GDT blocks at 98306-98367 Block bitmap at 67 (bg #0 + 67), csum 0xf379cdeb Inode bitmap at 71 (bg #0 + 71), csum 0x60dc68d1 Inode table at 93-99 (bg #0 + 93) 0 free blocks, 224 free inodes, 0 directories Free blocks: Free inodes: 673-896 ``` 發現剩餘 2560 個 free block ，這些空間可能有額外的保留用途。實際上整個硬碟已被使用的空間為 (byte)： $$(123670 - 2560) \times 4096 = 496066560$$ 剛剛建立的大檔案其實只占用 496062464 byte ，距離 496066560 byte 剛好差一個 block 的空間。事實上此 block 是被掛載點 /mnt/oshw 這個目錄拿去用了， `Group 0` 區塊所顯示的 `1 directories` 即是指 /mnt/oshw。