linux的檔案系統

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一 . 分割硬碟和硬碟的基本概念

(一) . 硬碟的組成

第一點：硬碟三大部分：磁柱、磁軌、磁區

硬碟由多個磁柱組成，磁柱上又可以分成磁軌和磁區。
1. 磁柱：一個硬碟上的一片同心圓。
2. 磁軌：一個磁柱上的一塊ring。
3. 磁區：硬碟的最小單位，舊時多為512bytes，一個磁區有開始和結束的磁軌。
磁碟資料的定位方法： CHS，每一個用1個byte表示2個16進位的數字。
1. C : 代表『cylinder』，為磁柱位置。
2. H : 代表『head』(讀寫頭的位置)，為磁柱位置。
3. S : 代表『sector』，為磁區位置。

第二點：硬碟分割

什麼是硬碟分割：邏輯上分割儲存空間，讓主機板的裝置可以使用I/O 。
1. 硬碟只是一大塊空間：硬碟上沒有軟體，不可能提供電腦一個介面，說明哪邊存了什麼資料。
2. 硬碟分割： disk自己規定在特定位置，特定大小的地方儲存一些關於硬碟使用的資料，『邏輯上』分割硬碟區塊。
- 注意這裡的『分割』硬碟，像是一層空樓層分成多個『房間』，並記錄『房間』的開始位置，但房間內部的使用模式，則不管了(教給『file system管理』)。
硬碟分割的技術應該規定：所以，硬碟分割就應該要規定『房間的紀錄』應該如何被讀取。
1. 固定位置和結構：在特定位置有特定大小的區塊，紀錄固定結構的資訊。
2. 結構的內容：這些資訊應該要如何被解讀，以告訴主機，硬碟的使用情況。

(二) . MBR分割方法

第一點：

固定位置大小：在硬碟的第一個磁區，大小剛好一個磁區，即512bytes。
固定結構：分成兩個部分。
1. 主要開機記錄區(Master Boot Record, MBR)：安裝開機管理程式的地方，有446 bytes。
2. 分割表(partition table)：記錄整顆硬碟分割的狀態，有64 bytes。

第二點：結構的內容

分割表的資料格式：規定一個分割槽必須用16type儲存資料。
CHS定址的轉換。

第三點：缺點

有限的分割槽數。
有限的大小。

第四點：延伸和邏輯分割

(三) . GPT分割方式

第一點：固定位置和結構

固定位置大小：在硬碟的第1到34磁區，大小用的是LBA，不一定要512bytes一個磁區。
固定結構：
1. LBA0 : 相融MBR的地方
2. LBA1 : GPT的表頭，不儲存分割槽位置，是儲存LBA2-34的格式。
3. LBA 2-34 : 一個LBA存4個分割槽的位置，。

第二點：結構的內容

GPT header :
GPT 的entry :

(四) . RAID

第一點：什麼RAID

分割槽的缺點：有限的大小。如果一個分割槽滿了，就不能再存了。但可能另外一個分割槽是空的，卻不能連接上目前的分割槽沒存完的資料。
RAID(Redundant Array of Independent Disks) : 磁碟陣列，可以用硬體軟體的方法製造出一個抽象的陣列，連接多個分割槽的資料。
常見的RAID方法：有不同的原理行成RAID，
1. 特色：這個方法的優缺點。
2. 原理：連接多個陣列的原理。

第二點： RAID 0

原理：儲存的資料分別分散到多個磁碟中。
1. 至少需要兩個。
2. 先將硬碟切成多的『chunk』，大小約為1-4K。
3. 資料分別存入多個硬碟中。
特色：效能最好
1. 優點：增加最大容量，讀寫效率(可以同時讀寫)。
2. 缺點：不可以有任一個磁碟損毀。

第三點： RAID 1

原理：完整備份硬碟的資料，將資料同時存在多個硬碟。
- 至少需要兩個。
特色：容錯最佳
1. 優點：可以有硬碟損失。
2. 缺點：沒有增加容量，且讀寫的速度較慢。

第四點： RAID 5

原理：
1. 至少需要三個。
2. 類似RAID 0的儲存方式，分散儲存在多個硬碟。
3. 但多加入一個硬碟儲存partity，可以提供至多一個硬碟的錯誤。
特色：算是前兩個的一個折衷。

第五點： RAID 6

原理：同RAID 5 ，增加partity。
1. 至少需要四個。
2. 類似RAID 0的儲存方式，分散儲存在多個硬碟。
3. 但多加入兩個硬碟儲存partity，可以提供至多兩個硬碟的錯誤。
特色：算RAID 0 和 RAID 1的折衷，且比RAID 5 更加的容錯率。

二 . 格式化和檔案系統

(一) . 格式化和檔案系統

第一點：格式化

什麼是格式化：讓分割槽可以存入讀取file的方法。
1. 分割完後的硬碟：分割完之後的分割槽還不能用，因為每個作業系統存file的方法都不一樣。
2. 格式化硬碟：所以，我們必須把分割槽變成作業系統可以存取的狀態，也像分割硬碟一樣，要對分割槽做一點設定。
- 注意：分割硬碟是對硬碟設定，變成分割槽；而格式化，像對分割槽在做一些設定，變成可以存檔案的。
檔案系統：作業系統需要存檔案的方式。
1. 格式化成作業系統需要的狀態，這個狀態，就是檔案系統。
2. 所以，『格式化』就是對一個分割槽進行『檔案系統』的設定。
格式化的最小單位

第二點：索引式檔案系統

Linux的檔案特性：每一個Linux的檔案都可以分成
1. 檔案設定： file的權限，修改時間，群組等等。
2. 檔案內容： file實際的content。
i-node的檔案系統：
1. superblock：記錄此 filesystem 的整體資訊，包括inode/block的總量、使用量、剩餘量，以及檔案系統的格式與相關資訊等；
2. inode：記錄檔案的屬性，一個檔案佔用一個inode，同時記錄此檔案的資料所在的 block 號碼；
3. block：實際記錄檔案的內容，若檔案太大時，會佔用多個 block 。

(二) . EXT2 檔案系統