在前文《磁盤開篇：扒開機械硬碟堅硬的外殼！》和《拆解固態硬碟結構》中，我們了解到了硬碟基本單位是扇區，在《磁盤磁區也是隱含了技術技巧的》中我們也了解了磁盤磁區是怎么回事，但剛分完區的硬碟也是不能直接被被作業系統使用的，必須還得要經過格式化，那么今天我們就簡單聊一聊，Linux下的格式化到底都干了些啥，

Linux下的格式化命令是mkfs,mkfs在格式化的時候需要制定磁區以及檔案系統型別，該命令其實就是把我們的連續的磁盤空間進行劃分和管理，我在我的機器上執行了一下，輸出如下：

# mkfs -t ext4 /dev/vdb
mke2fs 1.42.9 (28-Dec-2013)
檔案系統標簽=
OS type: Linux
塊大小=4096 (log=2)
分塊大小=4096 (log=2)
Stride=0 blocks, Stripe width=0 blocks
6553600 inodes, 26214400 blocks
1310720 blocks (5.00%) reserved for the super user
第一個資料塊=0
Maximum filesystem blocks=2174746624
800 block groups
32768 blocks per group, 32768 fragments per group
8192 inodes per group
Superblock backups stored on blocks:
	32768, 98304, 163840, 229376, 294912, 819200, 884736, 1605632, 2654208,
	4096000, 7962624, 11239424, 20480000, 23887872  

接下來讓我們深入理解一下上面輸出里攜帶的資訊，

inode與block

在上面的結果中我們看到了幾個重要資訊

• 塊大小：4096位元組
• inode數量：6553600
• block數量：26214400

塊大小設定的是4096位元組，我們來分析兩種場景

• 假如你的檔案系統全部都用來存盤1KB以下的小檔案，這個時候你的磁盤1/3的空間將會被浪費無法使用，
• 假如你的檔案全都是GB以上的大檔案，這個時候你的inode索引節點里就需要直接或間接維護許許多多的block索引號

很明顯，以上這兩種情況下4096位元組的塊大小是不合適的，你需要自己根據情況選擇自己的塊大小進行重新格式化，

我們再看另外的兩個資料，inode數量和block數量，我們用block數量除一下inode，26214400/6553600=4，也就是說平均4個block會有一個inode，再舉兩個極端的例子：

• 第一種情況，假如說我們的檔案都是4KB以下的，那么我們的檔案系統用到最后出現的情況就是inode全部用光了，還有1/3的block空閑，而且再也沒有辦法創建新檔案了，
• 第二種情況，假如我們的檔案都特別大，每一個檔案需要1000個block，最后的情況就是block全部都用光了，但是inode又都空閑下來了，這個時候也是沒辦法再建檔案的，

這些情況下，block和inode的配比也都是不符合你使用的，你需要根據自己的業務重新配置，mkfs傻瓜格式出來的結果無法滿足你的業務需求，你就需要使用另外一些格式化命令了，比如mke2fs，這個命令允許你輸入更詳細的格式化選項，demo如下：

mke2fs -j -L "卷標" -b 2048 -i 8192 /dev/sdb1

塊組

我們再回頭看格式化后的結果，結果中顯示了一些和groups相關的東東，如下：

800 block groups
32768 blocks per group, 32768 fragments per group
8192 inodes per group

那么這個groups到底說的是啥呢？其實呀，格式化后的所有inode并不是挨著一起放的，同樣block也不是，而是分成了一個個的group，每一個group里都有一些inode和block，邏輯圖如下：

這個塊組一般是多大呢？注意每個塊中的資料塊位圖只有一個，假如你的塊大小為4KB，這樣一個bit代表一個資料塊，4KB可以有32KB個bit，可以管理32K*4K=128M的資料塊，來讓我們實際動手驗證一下，如下：

# dumpe2fs /dev/vdb
......
Block size:               4096
Inode size:               256
Inode count:              6553600
Block count:              26214400
......
Group 16: (Blocks 524288-557055) [INODE_UNINIT, ITABLE_ZEROED]
  Checksum 0xe838, unused inodes 8192
  Block bitmap at 524288 (+0), Inode bitmap at 524304 (+16)
  Inode表位于 524320-524831 (+32)
  24544 free blocks, 8192 free inodes, 0 directories, 8192個未使用的inodes
  可用塊數: 532512-557055
  可用inode數: 131073-139264
......
Group 799: (Blocks 26181632-26214399) [INODE_UNINIT, ITABLE_ZEROED]
......

上述結果中包含資訊如下：

• 該磁區總共格式化好了800個塊組
• 塊組16共有32K個block(第524288-557055)，
• block位圖在524288這個塊上
• inode位圖在524304這個塊上
• inode table占用了612個block（524320-524831）
• 剩下的其它的block（32K-1-1-612）就都真的是給用戶準備的了，目前空閑未分配的在Free blocks可以查看到，

再次理解目錄

好了，了解了以上原理以后，讓我們回頭在來看看目錄使用的資料是怎么在磁盤上組織的，創建目錄的時候，作業系統會在inode位圖上尋找尚未使用的inode編號，找到后把inode分配給你，目錄會默認分配一個block，所以還需要查詢block位圖，找到后分配一個block，在block里面，存盤的就是檔案系統自己定義的desty結構了，每一個結構里會保存其下的檔案名，檔案的inode編號等資訊，某個實際檔案夾在磁盤上最終使用的空間如下圖所示：

目錄的block中保存的是其下面的檔案和子目錄的desty結構體，保存著它們的檔案名和inode號，理解了目錄，對于檔案也是一樣的，也需要消耗inode，當有資料寫入的時候，再去申請block，

結論

硬碟就是一個扇區組成的大陣列，是無法被我們使用的，需要經過磁區、格式化和掛載三個步驟，磁區是把所有的扇區按照柱面分割成不同的大塊，格式化就把原始的扇區陣列變成了可被Linux檔案系統使用的inode、block等基本元素了，感覺格式化程式有點像是廚師團隊里的那個切墩的，把原材料變成了可被廚師直接使用的蔥花，肉段，格式化完后再經過最后一步掛載，對應的命令是mount，然后你就可以在它下面創建和保存檔案了，

再擴展一下其實剛分完區的設備也是可以使用的，這個時候的磁區叫裸磁區，也叫裸設備，比如oracle就是繞開作業系統直接使用裸設備的，但是這個時候你就無法利用Linux檔案系統里為你封裝好的inode、block組成的檔案與目錄了，開發作業量會增加，

發現寫文章的程序中最費時的是畫圖，眼睛快瞎了，路過就給個贊把，謝了！

開發內功修煉之硬碟篇專輯：

• 1.磁盤開篇：扒開機械硬碟堅硬的外衣！
• 2.磁盤磁區也是隱含了技術技巧的
• 3.我們怎么解決機械硬碟既慢又容易壞的問題？
• 4.拆解固態硬碟結構
• 5.新建一個空檔案占用多少磁盤空間？
• 6.只有1個位元組的檔案實際占用多少磁盤空間
• 7.檔案過多時ls命令為什么會卡住？
• 8.理解格式化原理
• 9.read檔案一個位元組實際會發生多大的磁盤IO？
• 10.write檔案一個位元組后何時發起寫磁盤IO？
• 11.機械硬碟隨機IO慢的超乎你的想象
• 12.搭載固態硬碟的服務器究竟比搭機械硬碟快多少？

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標籤：PHP

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