练习 20：文件系统：修改和创建文件系统，tune2fs，mkfs

原文：Exercise 20. Filesystems: modifying and creating filesystems, tune2fs, mkfs

译者：飞龙

协议：CC BY-NC-SA 4.0

自豪地采用谷歌翻译

让我来介绍一下文件系统相关的术语：

  • 文件系统 - 一种组织数据的方式，通过提供存储，检索和更新数据的过程，以及管理包含它的设备上的可用空间，数据预期在终止后保留。
  • Inode - 索引节点是一种结构，存储文件系统对象（文件，目录等）的所有信息，除数据内容和文件名之外。
  • 块 - 可以分配的最小块磁盘空间。它通常默认为 4096 字节，或 4 千字节。
  • 日志 - 一种结构，允许文件系统跟踪什么时候写入了什么。这样可以快速了解在断电或类似问题时，未正确写入的内容。

接下来，让我给大家简要介绍文件系统的工作原理。为了按名称访问文件，Linux 内核将：

  • 在包含该文件的目录中查找文件名。
  • 获取文件 Inode 号。
  • 通过 Inode 区域中的数字查找 Inode。
  • 读取此 Inode 的数据块的位置。
  • 使用这个位置在数据区域中从这个块读取文件。

现在，每个文件系统都有很多与之相关的选项。这些选项可以通过tune2fs程序查看和更改。这是一个带注解的tune2fs -l /dev/sda8的输出：

  1. user1@vm1:~$ sudo tune2fs -l /dev/sda8
  2. tune2fs 1.41.12 (17-May-2010)
  3. # 只是个标签，可以是任何东西，或者没有东西
  4. Filesystem volume name:   <none>
  5. # 这里应该是最后的挂载点
  6. Last mounted on:          <not available>
  7. # 唯一的文件系统标识符
  8. Filesystem UUID:          869db6b4-aea0-4a25-8bd2-f0b53dd7a88e
  9. # 已知位置的特殊数字，它定义了 FS 的类型，尝试这个：
  10. # sudo dd if=/dev/sda8 of=/dev/stdout bs=1 skip=1080 count=2 | hexdump -C
  11. Filesystem magic number:  0xEF53
  12. # FS 版本
  13. Filesystem revision #:    1 (dynamic)
  14. # 启用的 FS 功能
  15. Filesystem features:
  16.     # 这是一个日志文件系统。日志文件系统是一个文件系统，
  17.     # 它跟踪日志中发生的变化（通常是一个循环日志，
  18.     # 在文件系统的特定位置），在提交给主文件系统之前。
  19.     # 在系统崩溃或者断电的事件中，这种文件系统能够更快
  20.     # 恢复，并且不可能毁坏。
  21.     # http://en.wikipedia.org/wiki/Journaling_file_system
  22.     has_journal
  23.     # 拥有扩展属性，例如扩展的 ACL。
  24.     ext_attr
  25.     # 为系统信息保留空间，这允许 FS 改变大小。
  26.     resize_inode
  27.     # 使用索引来加速大目录中的查找。
  28.     dir_index
  29.     # 在目录条目中储存文件类型信息。
  30.     filetype
  31.     # 意思是需要运行 fsck。
  32.     needs_recovery
  33.     # 更少的超级块备份，在大 FS 上节约空间。
  34.     sparse_super
  35.     # 是否可以包含 > 2GB 的文件。在创建 >2GB 的文件时，内核会自动设置它。
  36.     large_file
  37. # dir_index 中使用哪个哈希
  38. Filesystem flags:         signed_directory_hash
  39. # 挂载时使用什么选项
  40. Default mount options:    (none)
  41. # 是否需要执行 fsck
  42. Filesystem state:         clean
  43. # 错误时做什么：继续，以只读方式重新挂载，或者报错？
  44. Errors behavior:          Continue
  45. # 哪个 OS 使用这个 FS
  46. Filesystem OS type:       Linux
  47. # 索引节点总数。索引节点就是 "inode"。它的结构是： 
  48. # 储存所有文件系统对象（文件、目录，以及其他）的信息
  49. # 除了文件内容和文件名称。也就是说，
  50. # 你的文件数量不能多于索引节点数量。
  51. # 这就是索引节点结构，它描述了里面储存了什么信息：
  52. #/* 出现在 Inode 表中的 Inode 结构 */
  53. #struct dinode
  54. #{ ushort  di_mode;     /* mode and type of file   */
  55. #  short   di_nlink;    /* number of links to file */
  56. #  ushort  di_uid;      /* owner's user id         */
  57. #  ushort  di_gid;      /* owner's group id        */
  58. #  off_t   di_size;     /* number of bytes in file */
  59. #  char    di_addr[39]; /* disk block addresses    */
  60. #  char    di_gen;      /* file generation number  */
  61. #  time_t  di_atime;    /* time last accessed      */
  62. #  time_t  di_mtime;    /* time last modified      */
  63. #  time_t  di_ctime;    /* time created            */
  64. #};
  65. # 这里也有很好的解释：
  66. # http://support.tux4u.nl/dokuwiki/lib/exe/fetch.php?media=linux:disk_bestandssysteem:inode.pdf
  67. Inode count:              62464
  68. # 当前有多少空闲节点
  69. Free inodes:              62452
  70. # 设备上的第一个块。由于每个分区都表示为单独的设备，
  71. # 它设为 0。
  72. First block:              0
  73. # 这是文件系统中，第一个索引节点的节点号。
  74. First inode:              11
  75. # 索引节点的大小，以字节为单位。在新的 Linux 发行版中，这有时会默认增加，
  76. # 为了允许文件中扩展属性的存储，例如，微秒时间戳。
  77. Inode size:               256
  78. # 添加索引节点字段所需的空间
  79. Required extra isize:     28
  80. # 添加索引节点字段要求的空间。不重要，因为这个大小
  81. # 任何时候都是所需空间
  82. Desired extra isize:      28
  83. # 一个隐形节点，它储存文件系统的日志。
  84. Journal inode:            8
  85. # 块的总数。块是磁盘空间可分配的最小单位。
  86. # 你可以使用下面的公式，以 GB 计算分区大小：
  87. # 块的数量 * 块的大小
  88. # ------------------------
  89. #         1024^3
  90. Block count:              249856
  91. # 有多少块为超极用户保留。普通用户不能使用这个
  92. # 保留空间。这是为了使系统保持运行，以防一些流氓软件
  93. # 决定塞满所有可用的磁盘空间。
  94. Reserved block count:     12492
  95. # 当前有多少块是空闲的。 
  96. Free blocks:              241518
  97. # 用于目录索引（dir_index）的算法。
  98. Default directory hash:   half_md4
  99. # 目前为止，我可以说，这是用于 dir_index 哈希算法的种子值。
  100. Directory Hash Seed:      d02c6099-bd06-4d29-a3d7-779df2aa2410
  101. # 日志备份选项。
  102. Journal backup:           inode blocks                          #
  103. # 块的大小，以字节为单位。4096 字节就是 4 KB。
  104. Block size:               4096
  105. # 在 ex3 FS 中未实现。这是一个特性，它能够在一个块中写入多个小文件，
  106. # 来节约空间。
  107. Fragment size:            4096
  108. # 保留的控件，所以组描述符表可能在未来会增长。
  109. Reserved GDT blocks:      60
  110. # 每个块组的块数量。块组包含文件系统重要的控制信息的冗余副本。
  111. # （超级块和文件描述符），并包含一部分文件系统contains a
  112. # （块的位图，索引节点的位图，一部分索引节点表，以及数据块）。
  113. # 块组的结构在下表中展示：
  114. #,---------+---------+---------+---------+---------+---------,
  115. #| 超级    | FS      | 块的    | Inode   | Inode   | 数据    |
  116. #| 块      | 描述符  | 位图    | 位图    | 表      | 块      |
  117. #`---------+---------+---------+---------+---------+---------'
  118. # http://tldp.org/HOWTO/Filesystems-HOWTO-6.html
  119. Blocks per group:         32768
  120. # 每个组的片段数量。因为 ext3 FS 中没有片段，
  121. # 这等于每个组的块数量。
  122. Fragments per group:      32768
  123. # 每个组的索引节点数量。
  124. Inodes per group:         7808
  125. # 每个组的索引节点块。索引节点块是一个表的索引，
  126. # 描述了所有文件属性，除了文件名称。它拥有数据块的索引。
  127. # 数据块包含文件真实内容。
  128. # http://www.porcupine.org/forensics/forensic-discovery/chapter3.html
  129. Inode blocks per group:   488
  130. # FS 的创建时间。
  131. Filesystem created:       Mon Jul  2 06:16:24 2012
  132. # 最后的 FS 挂载时间。
  133. Last mount time:          Mon Jul  2 06:57:21 2012
  134. # 最后的 FS 写入时间。
  135. Last write time:          Mon Jul  2 06:57:21 2012
  136. # FS 的挂载次数。
  137. Mount count:              6
  138. # 自动检查前的次数。如果文件系统的挂载次数是这个
  139. # 或者检查间隔到了，那么 FS 会自动检查。
  140. Maximum mount count:      34
  141. # 最后的 fsck 执行时间
  142. Last checked:             Mon Jul  2 06:16:24 2012
  143. # 下一个 FS 检查间隔. 如果这个间隔到了，
  144. # 或者到达了最大挂载数，FS 会自动检查。
  145. Check interval:           15552000 (6 months)
  146. # 下一个 FS 检查间隔，以人类可读的格式。
  147. Next check after:         Sat Dec 29 05:16:24 2012
  148. # 能够使用保留空间的用户的用户 ID。
  149. # 它默认是 root 用户（超级用户）
  150. Reserved blocks uid:      0 (user root)
  151. # 能够使用保留空间的用户的组 ID。
  152. # 它默认是 root 组
  153. Reserved blocks gid:      0 (group root)

很可怕，是嘛？实际上你会发现，这个描述中只有几个参数实际上是有用的，它们是：

  • 保留块数量。
  • 最大挂载数。
  • 检查间隔。

通常你不需要修改其他参数，默认情况下它们是正常的。以下是使用文件系统的命令列表：

  • mkfs.ext3 - 创建一个ext3文件系统。如果在具有现有文件系统的设备上执行此命令，则该文件系统将被销毁，因此请小心。
  • mkfs.ext4 - 创建一个ext4文件系统。这其实是相同的程序，尝试sudo find /sbin -samefile sbin/mkfs.ext3。
  • tune2fs - 打印并更改文件系统参数。

现在，你将学习如何创建新的文件系统并修改其参数。

这样做

  1. 1: sudo -s
  2. 2: umount /tmp
  3. 3: blkid | grep /dev/sda8
  4. 4: mkfs.ext3 /dev/sda8
  5. 5: blkid | grep /dev/sda8
  6. 6: blkid | grep /dev/sda8 >> /etc/fstab
  7. 7: vim /etc/fstab

现在你必须将/tmp那一行的 UUID。

  1. # /tmp was on /dev/sda8 during installation
  2. UUID=869db6b4-aea0-4a25-8bd2-f0b53dd7a88e /tmp            ext3    defaults        0       2

替换为你添加到文件末尾的那个：

  1. /dev/sda8: UUID="53eed507-18e8-4f71-9003-bcea8c4fd2dd" TYPE="ext3" SEC_TYPE="ext2"

因为根据定义，你的 UUID 必须跟我的不同。在替换 UUID，编写文件，退出之后，继续并输入：

  1.  8: mount /tmp
  2.  9: tune2fs -c 2 /dev/sda8
  3. 10: unmount /tmp
  4. 11: fsck /tmp
  5. 12: for ((i=1;i<=4;i++)); do mount /tmp ; umount /tmp ; cat /var/log/messages | tail -n 4 ; done
  6. 13: fsck /tmp
  7. 14: mount -a

你会看到什么

  1. user1@vm1:~$ sudo -s
  2. root@vm1:/home/user1# umount /tmp
  3. root@vm1:/home/user1# blkid | grep /dev/sda8
  4. /dev/sda8: UUID="869db6b4-aea0-4a25-8bd2-f0b53dd7a88e" TYPE="ext3" SEC_TYPE="ext2"
  5. root@vm1:/home/user1# mkfs.ext3 /dev/sda8
  6. mke2fs 1.41.12 (17-May-2010)
  7. Filesystem label=
  8. OS type: Linux
  9. Block size=4096 (log=2)
  10. Fragment size=4096 (log=2)
  11. Stride=0 blocks, Stripe width=0 blocks
  12. 62464 inodes, 249856 blocks
  13. 12492 blocks (5.00%) reserved for the super user
  14. First data block=0
  15. Maximum filesystem blocks=255852544
  16. 8 block groups
  17. 32768 blocks per group, 32768 fragments per group
  18. 7808 inodes per group
  19. Superblock backups stored on blocks:
  20.         32768, 98304, 163840, 229376
  22. Writing inode tables: done
  23. Creating journal (4096 blocks): done
  24. Writing superblocks and filesystem accounting information: done
  26. This filesystem will be automatically checked every 28 mounts or
  27. 180 days, whichever comes first.  Use tune2fs -c or -i to override.
  28. root@vm1:/home/user1# blkid | grep /dev/sda8
  29. /dev/sda8: UUID="53eed507-18e8-4f71-9003-bcea8c4fd2dd" TYPE="ext3" SEC_TYPE="ext2"
  30. root@vm1:/home/user1# blkid | grep /dev/sda8 >> /etc/fstab
  31. root@vm1:/home/user1# vim /etc/fstab
  32. # that works even if disks are added and removed. See fstab(5).
  33. #
  34. # <file system> <mount point>   <type>  <options>       <dump>  <pass>
  35. proc            /proc           proc    defaults        0       0
  36. # / was on /dev/vda5 during installation
  37. UUID=128559db-a2e0-4983-91ad-d4f43f27da49 /               ext3    errors=re
  38. # /home was on /dev/vda10 during installation
  39. UUID=32852d29-ddee-4a8d-9b1e-f46569a6b897 /home           ext3    defaults
  40. # /tmp was on /dev/sda8 during installation
  41. UUID=869db6b4-aea0-4a25-8bd2-f0b53dd7a88e /tmp            ext3    defaults
  42. # /usr was on /dev/vda9 during installation
  43. UUID=0221be16-496b-4277-b131-2371ce097b44 /usr            ext3    defaults
  44. # /var was on /dev/vda8 during installation
  45. UUID=2db00f94-3605-4229-8813-0ee23ad8634e /var            ext3    defaults
  46. # swap was on /dev/vda6 during installation
  47. UUID=3a936af2-2c04-466d-b98d-09eacc5d104c none            swap    sw
  48. /dev/scd0       /media/cdrom0   udf,iso9660 user,noauto     0       0
  49. /dev/sda8: UUID="53eed507-18e8-4f71-9003-bcea8c4fd2dd" TYPE="ext3" SEC_TYPE
  50.                                                          22,1          Bot
  52. #
  53. # <file system> <mount point>   <type>  <options>       <dump>  <pass>
  54. proc            /proc           proc    defaults        0       0
  55. # / was on /dev/vda5 during installation
  56. UUID=128559db-a2e0-4983-91ad-d4f43f27da49 /               ext3    errors=re
  57. # /home was on /dev/vda10 during installation
  58. UUID=32852d29-ddee-4a8d-9b1e-f46569a6b897 /home           ext3    defaults
  59. # /tmp was on /dev/sda8 during installation
  60. UUID=53eed507-18e8-4f71-9003-bcea8c4fd2dd /tmp            ext3    defaults
  61. # /usr was on /dev/vda9 during installation
  62. UUID=0221be16-496b-4277-b131-2371ce097b44 /usr            ext3    defaults
  63. # /var was on /dev/vda8 during installation
  64. UUID=2db00f94-3605-4229-8813-0ee23ad8634e /var            ext3    defaults
  66. # swap was on /dev/vda6 during installation
  67. UUID=3a936af2-2c04-466d-b98d-09eacc5d104c none            swap    sw
  68. /dev/scd0       /media/cdrom0   udf,iso9660 user,noauto     0       0
  69. "/etc/fstab" 22L, 1277C written
  70. root@vm1:/home/user1# mount /tmp
  71. root@vm1:/home/user1# tune2fs -c 2 /dev/sda8
  72. tune2fs 1.41.12 (17-May-2010)
  73. Setting maximal mount count to 2
  74. root@vm1:/home/user1# unmount /tmp
  75. root@vm1:/home/user1# fsck /tmp
  76. fsck from util-linux-ng 2.17.2
  77. e2fsck 1.41.12 (17-May-2010)
  78. /dev/sda8: clean, 11/62464 files, 8337/249856 blocks (check in 2 mounts)
  79. root@vm1:/home/user1# for ((i=1;i<=4;i++)); do mount /tmp ; umount /tmp ; cat /var/log/messages | tail -n 4 ; done
  80. Jul  2 12:11:43 vm1 kernel: [21080.920658] EXT3-fs: mounted filesystem with ordered data mode.
  81. Jul  2 12:11:58 vm1 kernel: [21096.363787] kjournald starting.  Commit interval 5 seconds
  82. Jul  2 12:11:58 vm1 kernel: [21096.364167] EXT3 FS on sda8, internal journal
  83. Jul  2 12:11:58 vm1 kernel: [21096.364171] EXT3-fs: mounted filesystem with ordered data mode.
  84. Jul  2 12:11:58 vm1 kernel: [21096.364171] EXT3-fs: mounted filesystem with ordered data mode.
  85. Jul  2 12:11:58 vm1 kernel: [21096.381372] kjournald starting.  Commit interval 5 seconds
  86. Jul  2 12:11:58 vm1 kernel: [21096.381539] EXT3 FS on sda8, internal journal
  87. Jul  2 12:11:58 vm1 kernel: [21096.381542] EXT3-fs: mounted filesystem with ordered data mode.
  88. Jul  2 12:11:58 vm1 kernel: [21096.396152] kjournald starting.  Commit interval 5 seconds
  89. Jul  2 12:11:58 vm1 kernel: [21096.396158] EXT3-fs warning: maximal mount count reached, running e2fsck is recommended
  90. Jul  2 12:11:58 vm1 kernel: [21096.396344] EXT3 FS on sda8, internal journal
  91. Jul  2 12:11:58 vm1 kernel: [21096.396348] EXT3-fs: mounted filesystem with ordered data mode.
  92. Jul  2 12:11:58 vm1 kernel: [21096.412434] kjournald starting.  Commit interval 5 seconds
  93. Jul  2 12:11:58 vm1 kernel: [21096.412441] EXT3-fs warning: maximal mount count reached, running e2fsck is recommended
  94. Jul  2 12:11:58 vm1 kernel: [21096.412610] EXT3 FS on sda8, internal journal
  95. Jul  2 12:11:58 vm1 kernel: [21096.412612] EXT3-fs: mounted filesystem with ordered data mode.
  96. root@vm1:/home/user1# fsck /tmp
  97. fsck from util-linux-ng 2.17.2
  98. e2fsck 1.41.12 (17-May-2010)
  99. /dev/sda8 has been mounted 4 times without being checked, check forced.
  100. Pass 1: Checking inodes, blocks, and sizes
  101. Pass 2: Checking directory structure
  102. Pass 3: Checking directory connectivity
  103. Pass 4: Checking reference counts
  104. Pass 5: Checking group summary information
  105. /dev/sda8: 11/62464 files (0.0% non-contiguous), 8337/249856 blocks
  106. root@vm1:/home/user1# mount -a
  107. root@vm1:/home/user1#

解释

  1. 执行 root（超级用户）shell。
  2. 解除挂载/tmp，从/etc/fstab读取它的位置 。
  3. 打印出/dev/sda8的UUID，/dev/sda8是挂载在/tmp上的文件系统。
  4. 在/dev/sda8上创建一个新的文件系统。
  5. 再次打印出/dev/sda8的 UUID，注意如何变化，因为你创建了一个新的文件系统。
  6. 将此 UUID 附加到/etc/fstab。
  7. 打开/etc/fstab进行编辑。
  8. 挂载新创建的文件系统。这实际上是一个检查，是否你已经正确替换了 UUID，如果不是会有一个错误消息。
  9. 设置每两次挂载检查/dev/sda8。
  10. 解除挂载/dev/sda8。
  11. 检查/dev/sda8。
  12. 挂载，接触挂载/dev/sda8， 并连续四次向你展示/var/log/messages/的最后4 行。请注意，从第三次开始，挂载系统通知你 需要运行e2fsck。如果你重新启动系统，它将为你运行e2fsck。
  13. 检查/dev/sda8。fsck确定文件系统类型并自动调用e2fsck。
  14. 挂载所有文件系统。如果没有错误，你已经完成了这个练习。

附加题

  • 阅读man mkfs，man mkfs.ext3，man tune2fs。
  • 阅读页面顶部的tune2fs -l列表，并为你的所有文件系统读取幻数。
  • 手动计算文件系统的大小，使用在tune2fs -l列表的块描述中提供的公式。
  • 阅读这个幻灯片，并完成它展示的东西：http://mcgrewsecurity.com/training/extx.pdf。