RHCA05-文件系统调优

一、文件系统核心概念

1. 文件与目录关系

   • 识别差异：
     • 系统通过 inode 识别文件
     • 用户通过文件名识别文件
   • 映射存储：文件名与 inode 的映射关系存储在目录中

2. inode 结构

   • 组成：文件 = inode（元数据） + block（数据块）
   • 核心功能：
     • 记录文件元数据（类型、权限、UID/GID、数据块指针）
     • 每个文件有唯一 inode 编号（如 75059）

3. 操作与 inode 关系

   操作	行为	示例
   cp	分配新 inode，新旧文件独立	inode 68170831 → 101339976
   mv（同分区）	inode 不变，仅修改目录映射	inode 保持不变
   mv（跨分区）	复制 + 删除，生成新 inode	等同于 cp 行为
   rm	回收 inode，数据块标记可用	新文件覆盖旧数据块

4. 硬链接特性

   • 多个文件名指向同一 inode（如 /etc/passwd 与 /tmp/passwd.1）
   • 限制：
     • 不能跨文件系统
     • 目录默认链接数 ≥ 2（含 . 和 ..）
   • 删除影响：
     • 链接数减为 0 时才彻底删除文件

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二、文件系统结构

1. 虚拟文件系统（VFS）

   • 作用：为应用程序提供统一文件访问接口，屏蔽底层差异（如 ext4/NFS/SMB）
   • 分层架构：

2. ext4 文件系统结构

   • 组划分：文件系统分为多个 Block Group
   • 组内结构：

     组件	功能
     Superblock	记录全局元信息
     Group Descriptor	块组描述信息
     Block Bitmap	标记数据块使用状态
     Inode Bitmap	标记 inode 使用状态
     Inode Table	存储文件元数据
     Data Blocks	实际文件数据存储区

3. 超级块（Superblock）

   • 作用：存储文件系统关键元数据（大小、类型、块大小等）
   • 备份机制：
     • 主超级块位于 Group 0
     • 备份位置固定（如 Group 1 的 32768 块、Group 3 的 98304 块）

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三、文件系统操作与调优

1. 分区与格式化

   • 操作流程：

     # 创建分区  
     fdisk /dev/vdb → n → p → 设置大小 → w  
     # 格式化  
     mkfs.ext4 /dev/vdb1  
     # 挂载  
     echo "UUID=54b24660-... /data ext4 defaults 0 0" >> /etc/fstab  
     mount -a  
     

2. 元数据查看命令

   命令	功能	示例
   tune2fs -l	显示 ext 文件系统参数	tune2fs -l /dev/sda1
   xfs_info	查看 XFS 文件系统信息	xfs_info /
   dumpe2fs	显示 ext 文件系统详细信息	dumpe2fs /dev/sdb1

3. 超级块修复

   • 损坏现象：wrong fs type, bad option, bad superblock
   • 修复步骤：

     umount /dev/sdb1  # 先卸载  
     fsck -b 32768 /dev/sdb1  # 用备份超级块修复  
     mount /dev/sdb1  # 重新挂载  
     

   • 备份位置：32768, 98304, 163840 等固定块

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四、日志型文件系统

1. 核心机制

   • 三区结构：日志区（Journal）→ 索引区（Inode）→ 数据块区（Block）
   • 写入流程：
     1. 操作记录写入日志区
     2. 实际数据写入数据块
     3. 日志条目转移到索引区
     4. 清空日志区

2. 调优方案

   • 内部日志：默认配置，适合大文件场景
   • 外部日志：提升小文件性能（如数据库）

     # ext4 配置外部日志  
     tune2fs -O ^has_journal /dev/sdb1  # 移除内部日志  
     mke2fs -O journal_dev -b 4096 /dev/sdc1  # 格式化日志设备  
     tune2fs -j -J device=/dev/sdc1 /dev/sdb1  # 关联外部日志  
     

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五、知识小结

知识点	核心内容	重点提示
文件系统结构	inode + block 结构，VFS 统一接口	移动文件时同分区 inode 不变
超级块修复	用 fsck -b <备份块> 恢复损坏的超级块	备份位置固定（32768, 98304…）
日志型文件系统	通过日志区保证崩溃一致性，外部日志提升小文件性能	外部日志设备需独立物理磁盘
inode 与 block	rm 仅释放 inode，新数据覆盖旧 block；硬链接共享 inode	链接数为 0 时文件彻底删除
文件系统分组	默认每组 32768 块，提升文件连续性	超级块备份分散在各组

关键原则：

1. 优先通过 日志机制 预防文件系统损坏
2. 修复前务必 卸载文件系统
3. 高并发小文件场景推荐 外部日志分离