Linux - 内存和磁盘管理

文件系统

什么是文件系统？详情参考 Linux 文件系统(一)---虚拟文件系统 VFS----超级块、inode、dentry、file

ext4 文件系统的基本结构

• 超级块
• 超级块副本
• I 节点（inode） ls -li（查看 i 节点）
• 数据块（datablock）du -h

超级块

请参考：超级块的定义

超级快副本

顾名思义，就是超级块的副本。

Inode

理解 inode，要从文件储存说起。

文件储存在硬盘上，硬盘的最小存储单位叫做"扇区"（Sector）。每个扇区储存 512 字节（相当于 0.5KB）。

操作系统读取硬盘的时候，不会一个个扇区地读取，这样效率太低，而是一次性连续读取多个扇区，即一次性读取一个"块"（block）。这种由多个扇区组成的"块"，是文件存取的最小单位。"块"的大小，最常见的是 4KB，即连续八个 sector 组成一个 block。

文件数据都储存在"块"中，那么很显然，我们还必须找到一个地方储存文件的元信息，比如文件的创建者、文件的创建日期、文件的大小等等。这种储存文件元信息的区域就叫做 inode，中文译名为"索引节点"。

每一个文件都有对应的 inode，里面包含了与该文件有关的一些信息。

感觉这里的 inode 就跟 c 语言中的指针的功能差不多。

Datablock

datablock，文件的内容都是存放在 block 中，1 个 block 通常是 4K，1 个文件（比较大的）可能会占用多个 block，但如果文件很少（比如 0.1K），也会占用 1 个 block，并且剩余空间不能使用。

Inode 和数据块操作

首先通过 ls -li 查看文件的信息：

huny@huny-PC:~$ ls -li
总用量 248
1717797 -rw-------  1 huny huny    186 10月 29 08:06 2019-10-29-00-06-53.069-VBoxSVC-12857.log
1704766 lrwxrwxrwx  1 huny huny      5 11月 14 21:27 aafile -> afile
1708491 -rw-r--r--  2 huny huny      4 11月 14 21:16 afile
1712123 -rw-r--r--  1 huny huny      4 11月 14 21:17 afile3
1707817 -rw-r--r--  1 huny huny      8 11月 14 21:20 afile4
2228295 drwxr-xr-x  3 huny huny   4096 10月 19 14:44 Android
2100345 drwxr-xr-x  4 huny huny   4096 10月 29 08:37 AndroidStudioProjects
1708491 -rw-r--r--  2 huny huny      4 11月 14 21:16 bfile
3023319 drwxrwxrwx  8 huny huny   4096 11月 12 22:22 blog
1703986 drwxr-xr-x  5 huny huny   4096 11月 16 21:05 Desktop
1703960 drwxr-xr-x  7 huny huny   4096 11月 10 18:12 Documents
1703961 drwxr-xr-x  2 huny huny   4096 11月 16 14:58 Downloads
1836292 drwxr-xr-x 10 huny huny   4096 11月  5 22:11 IdeaProjects
1704989 -rw-r--r--  1 huny huny 167142 11月 12 09:39 java_error_in_STUDIO_18074.log
1703965 drwxr-xr-x  3 huny huny   4096 10月 20 21:21 Music
1714651 -rw-------  1 huny huny    162 11月 14 20:25 nohup.out
1703938 drwxr-xr-x  3 huny huny   4096 10月 20 21:21 Pictures
1707443 lrwxrwxrwx  1 huny huny     36 10月 20 21:34 PlayOnLinux's virtual drives -> /home/huny/.PlayOnLinux//wineprefix/
1717825 -rw-r--r--  1 huny huny      0 10月 27 20:23 stale_outputs_checked
3541458 drwxr-xr-x  3 huny huny   4096 10月 28 23:58 Steam
1703982 drwxr-xr-x  2 huny huny   4096 10月 20 21:21 Videos
2230208 drwxr-xr-x  7 huny huny   4096 11月 13 13:43 个人资料
3023275 drwxr-xr-x  2 huny huny   4096 11月 16 16:57 工具
1703953 drwxr-xr-x  2 huny huny   4096 10月 19 01:44 模板
2887058 drwxrwxrwx  2 huny huny   4096 10月 20 22:32 书
huny@huny-PC:~$ 

在每一行输出的最前面的数字，及文件的 inode 标识，每个不同的文件的 inode 都是不同的。然后文件权限后面的数字，标识这个文件的硬链接数（inode 对应了多少文件名）

这里跟 Inode 有关的一些知识：

• mv 改名不会改变 i 节点，改的是 i 节点和文件名的对应关系。
• vim 会改变文件的 i 节点。通过 swap 文件来操作（为了保证一致性）
• rm 实际是 i 节点和文件名断开。（所以删除文件才会那么快）
• ln 让更多的文件名连接到这个文件（硬链接）
• （文件名只存在该父目录下），不能跨越分区使用
• ln -s（符号链接，也叫软链接。相当于 windows 的快捷方式）(可以跨文件系统使用)

查看系统内存信息

前面 Linux - 进程管理（一）中学过 top 命令中的输出第四行是关于内存的信息，那么除了 top 命令方式，还有什么方式可以查看内存信息呢？这时候就可以使用 free 命令来查看了。

free

用法：

free [-bkmotV][-s <间隔秒数>]

参数说明：

• -b 　以 Byte 为单位显示内存使用情况。

• -k 　以 KB 为单位显示内存使用情况。

• -m 　以 MB 为单位显示内存使用情况。

• -h 　以合适的单位显示内存使用情况，最大为三位数，自动计算对应的单位值。单位有：

  B = bytes
  K = kilos
  M = megas
  G = gigas
  T = teras
  

• -o 　不显示缓冲区调节列。

• -s< 间隔秒数 > 　持续观察内存使用状况。

• -t 　显示内存总和列。

• -V 　显示版本信息。

示例：

huny@huny-PC:~$ free 
              total        used        free      shared  buff/cache   available
Mem:       16292804     2007700    10698380      305468     3586724    13664372
Swap:       8388604           0     8388604
huny@huny-PC:~$ 

输出解释：

Mem 行(第二行)是内存的使用情况

Swap 行(第三行)是交换空间的使用情况

total 列显示系统总的可用物理内存和交换空间大小

used 列显示已经被使用的物理内存和交换空间

free 列显示还有多少物理内存和交换空间可用使用

hared 列显示被共享使用的物理内存大小

buff/cache 列显示被 buffer 和 cache 使用的物理内存大小

available 列显示还可以被应用程序使用的物理内存大小。

查看磁盘信息

在 Linux 中如果要查看磁盘信息，可以使用 fdisk，df，du 命令来查看。

fdisk

关于 fdisk 的使用详情参考：linux fdisk 分区、格式化、挂载！

这里我主要是查看各个分区的容量情况。使用 fdisk -l

huny@huny-PC:~$ sudo fdisk -l
[sudo] huny 的密码：
Disk /dev/nvme0n1: 238.5 GiB, 256060514304 bytes, 500118192 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
Disklabel type: gpt
Disk identifier: 02129907-7AE0-4914-8753-E1CA650EBC79

Device             Start       End   Sectors  Size Type
/dev/nvme0n1p1      2048  16779263  16777216    8G Linux swap
/dev/nvme0n1p2  16779264 226496511 209717248  100G Linux filesystem
/dev/nvme0n1p3 226496512 227522559   1026048  501M EFI System
/dev/nvme0n1p4 227522560 500117503 272594944  130G Linux filesystem


Disk /dev/sda: 477 GiB, 512110190592 bytes, 1000215216 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
Disklabel type: gpt
Disk identifier: 31D4B0FB-2F6B-4161-B3DA-D6A68A38B4D9

Device       Start        End   Sectors   Size Type
/dev/sda1     2048    1085439   1083392   529M Windows recovery environment
/dev/sda2  1085440    1290239    204800   100M EFI System
/dev/sda3  1290240    1323007     32768    16M Microsoft reserved
/dev/sda4  1323008 1000214527 998891520 476.3G Microsoft basic data
huny@huny-PC:~$ 

从这个输出可以很明显的看出各个分区的状况。

df

用于显示 Linux 系统中各文件系统的硬盘使用情况，包括文件系统所在硬盘分区的总容量、已使用的容量、剩余容量等。

用法：

df [选项] [目录或文件名]

常用参数：

• -a： 显示所有文件系统信息，包括系统特有的 /proc、/sysfs 等文件系统；
• -m：以 MB 为单位显示容量；
• -k： 以 KB 为单位显示容量，默认以 KB 为单位；
• -h： 使用人们习惯的 KB、MB 或 GB 等单位自行显示容量；
• -T： 显示该分区的文件系统名称；
• -i： 不用硬盘容量显示，而是以含有 inode 的数量来显示。

不使用任何参数的 df 命令，默认会将系统内所有的文件系统信息，以 KB 为单位显示出来。

示例如下：

huny@huny-PC:~$ df
文件系统           1K-块     已用      可用 已用% 挂载点
udev             8117948        0   8117948    0% /dev
tmpfs            1629284     1844   1627440    1% /run
/dev/nvme0n1p2 102684472 14399960  83025252   15% /
tmpfs            8146400   228536   7917864    3% /dev/shm
tmpfs               5120        4      5116    1% /run/lock
tmpfs            8146400        0   8146400    0% /sys/fs/cgroup
/dev/nvme0n1p3    512000     6684    505316    2% /boot/efi
/dev/nvme0n1p4 133109576 28142744  98135576   23% /home
tmpfs            1629280       36   1629244    1% /run/user/1000
/dev/sda4      499445756 71739576 427706180   15% /media/huny/881E9BCB1E9BB124
huny@huny-PC:~$ 

输出结果是很显然的，可以清楚的看到各个文件系统的使用信息。

du

用于显示目录或文件的大小。du 会显示指定的目录或文件所占用的磁盘空间。

用法及参数参考：Linux du 命令

常用：

du -h 文件/目录    #输出文件系统分区使用的情况，例如：10KB，10MB，10GB等
du -s 文件/目录    #显示文件或整个目录的大小，默认单位是KB
du -sh 文件/目录   #查看某一个文件的大小
du -sh * | sort -rh    #查看目录下所有文件的大小并按照大小排序

df 与 du 的区别

**du(disk usage)**是通过搜索文件来计算每个文件的大小然后累加，du 能看到的文件只是一些当前存在的，没有被删除的。他计算的大小就是当前他认为存在的所有文件大小的累加和。

**df(disk free)**通过文件系统来快速获取空间大小的信息，当我们删除一个文件的时候，这个文件不是马上就在文件系统当中消失了，而是暂时消失了，当所有程序都不用时，才会根据 OS 的规则释放掉已经删除的文件， df 记录的是通过文件系统获取到的文件的大小，他比 du 强的地方就是能够看到已经删除的文件，而且计算大小的时候，把这一部分的空间也加上了，更精确了。当文件系统也确定删除了该文件后，这时候 du 与 df 就一致了。

df 和 du 统计的数据是不同的： 打个比方，文件是需要放到文件柜里的，就算只有一个文件，也要占用一个文件柜。文件柜占用的空间比文件要大。 df 就是统计使用了多少个文件柜。 du 则统计实际有多少个文件。 这样下来，df 算的就大，du 就小。

简单地说，df 命令是根据该卷的 inode 使用情况进行统计的，而 du 则是累加所有文件的字节数。一个文件就算只有 1 字节，也要占用一个 inode。

参考文章：

Linux 文件系统(一)---虚拟文件系统 VFS----超级块、inode、dentry、file

Linux free 命令学习