《 Linux操作系统》第三讲 文件系统与文件目录操作 学时计划:4学时理论,2学时实验 (实验三:文件目录操作) 教学大纲: 1、硬盘 2、文件系统 3、 Linux文件系统 4、文件目录操作 5、文件目录安全操作 6、磁盘管理 7、讨论与思考 文件系统是操作系统的基础,也是影响操作系统性能和稳定性的 重要内容。本讲从硬盘和文件系统的基础内容着手,在介绍文件系统 的基础知识的基础上介绍 Linux文件系统,并详细讲解了 Linux下进 行文件目录操作和安全管理的具体方法。最后介绍了RAID和LM是 如何提高文件系统安全性和性能。 本讲的重点是文件系统的基本概念和 Linux下进行文件目录操 作和安全管理的具体方法 硬盘 1.1什么是硬盘? 硬盘(英文名: Hard disc drive简称HDD。全名:温彻斯特式 硬盘)是电脑主要的存储媒介之一,由一个或者多个铝制或者玻璃制 的碟片组成。碟片外覆盖有铁磁性材料,绝大多数硬盘都是固定硬盘, 被永久性地密封固定在硬盘驱动器中。 1.2硬盘结构 1.2.1物理机构 (1)磁头 1|(anx操作系统》讲稿/河南中医学院/阮晓龙/ phactcm.edu.cn
1 《Linux 操作系统》讲稿 / 河南中医学院 / 阮晓龙 / rxl@hactcm.edu.cn 《Linux 操作系统》第三讲： 文件系统与文件目录操作 学时计划：4 学时 理论，2 学时 实验 （实验三：文件目录操作） 教学大纲： 1、硬盘 2、文件系统 3、Linux 文件系统 4、文件目录操作 5、文件目录安全操作 6、磁盘管理 7、讨论与思考 文件系统是操作系统的基础，也是影响操作系统性能和稳定性的 重要内容。本讲从硬盘和文件系统的基础内容着手，在介绍文件系统 的基础知识的基础上介绍 Linux 文件系统，并详细讲解了 Linux 下进 行文件目录操作和安全管理的具体方法。最后介绍了 RAID 和 LVM 是 如何提高文件系统安全性和性能。 本讲的重点是文件系统的基本概念和 Linux 下进行文件目录操 作和安全管理的具体方法。 一、硬盘 1.1 什么是硬盘？ 硬盘（英文名：Hard Disc Drive 简称 HDD。全名：温彻斯特式 硬盘）是电脑主要的存储媒介之一，由一个或者多个铝制或者玻璃制 的碟片组成。碟片外覆盖有铁磁性材料，绝大多数硬盘都是固定硬盘， 被永久性地密封固定在硬盘驱动器中。 1.2 硬盘结构 1.2.1 物理机构 （1）磁头
硬盘内部结构磁头是硬盘中最昂贵的部件,也是硬盘技术中最重 要和最关键的一环。传统的磁头是读写合一的电磁感应式磁头,但是, 硬盘的读、写却是两种截然不同的操作,为此,这种二合一磁头在设 计时必须要同时兼顾到读/写两种特性,从而造成了硬盘设计上的局 限 MR磁头( Magnetoresistive heads),即磁阻磁头,采用的是分 离式的磁头结构:写入磁头仍采用传统的磁感应磁头(MR磁头不能 进行写操作),读取磁头则采用新型的MR磁头,即所谓的感应写、磁 阻读。这样,在设计时就可以针对两者的不同特性分别进行优化,以 得到最好的读/写性能。另外,MR磁头是通过阻值变化而不是电流变 化去感应信号幅度,因而对信号变化相当敏感,读取数据的准确性也 相应提高。而且由于读取的信号幅度与磁道宽度无关,故磁道可以做 得很窄,从而提高了盘片密度,达到200B/英寸2,而使用传统的磁 头只能达到20MB/英寸2,这也是MR磁头被广泛应用的最主要原因 目前,M磁头已得到广泛应用,而采用多层结构和磁阻效应更好的 材料制作的GMR磁头( Giant Magnetoresistive heads)也逐渐普及。 (2)磁道 当磁盘旋转时,磁头若保持在一个位置上,则每个磁头都会在磁 盘表面划出一个圆形轨迹,这些圆形轨迹就叫做磁道。这些磁道用肉 眼是根本看不到的,因为它们仅是盘面上以特殊方式磁化了的一些磁 化区,磁盘上的信息便是沿着这样的轨道存放的。相邻磁道之间并不 是紧挨着的,这是因为磁化单元相隔太近时磁性会相互产生影响,同 时也为磁头的读写带来困难。一张1.44MB的3.5英寸软盘,一面有 80个磁道,而硬盘上的磁道密度则远远大于此值,通常一面有成千 上万个磁道。 (3)扇区 磁盘上的每个磁道被等分为若干个弧段,这些弧段便是磁盘的扇 区,每个扇区可以存放512个字节的信息,磁盘驱动器在向磁盘读取 和写入数据时,要以扇区为单位。1.44MB3.5英寸的软盘,每个磁道 分为18个扇区 (4)柱面 2|(amx操作系统》讲稿/河南中医学院/阮晓龙/ phactcm.edu.cn
2 《Linux 操作系统》讲稿 / 河南中医学院 / 阮晓龙 / rxl@hactcm.edu.cn 硬盘内部结构磁头是硬盘中最昂贵的部件，也是硬盘技术中最重 要和最关键的一环。传统的磁头是读写合一的电磁感应式磁头，但是， 硬盘的读、写却是两种截然不同的操作，为此，这种二合一磁头在设 计时必须要同时兼顾到读/写两种特性，从而造成了硬盘设计上的局 限。 MR 磁头（Magnetoresistive heads），即磁阻磁头，采用的是分 离式的磁头结构：写入磁头仍采用传统的磁感应磁头（MR 磁头不能 进行写操作），读取磁头则采用新型的 MR 磁头，即所谓的感应写、磁 阻读。这样，在设计时就可以针对两者的不同特性分别进行优化，以 得到最好的读/写性能。另外，MR 磁头是通过阻值变化而不是电流变 化去感应信号幅度，因而对信号变化相当敏感，读取数据的准确性也 相应提高。而且由于读取的信号幅度与磁道宽度无关，故磁道可以做 得很窄，从而提高了盘片密度，达到 200MB/英寸 2，而使用传统的磁 头只能达到 20MB/英寸 2，这也是 MR 磁头被广泛应用的最主要原因。 目前，MR 磁头已得到广泛应用，而采用多层结构和磁阻效应更好的 材料制作的 GMR 磁头（Giant Magnetoresistive heads）也逐渐普及。 （2）磁道 当磁盘旋转时，磁头若保持在一个位置上，则每个磁头都会在磁 盘表面划出一个圆形轨迹，这些圆形轨迹就叫做磁道。这些磁道用肉 眼是根本看不到的，因为它们仅是盘面上以特殊方式磁化了的一些磁 化区，磁盘上的信息便是沿着这样的轨道存放的。相邻磁道之间并不 是紧挨着的，这是因为磁化单元相隔太近时磁性会相互产生影响，同 时也为磁头的读写带来困难。一张 1.44MB 的 3.5 英寸软盘，一面有 80 个磁道，而硬盘上的磁道密度则远远大于此值，通常一面有成千 上万个磁道。 （3）扇区 磁盘上的每个磁道被等分为若干个弧段，这些弧段便是磁盘的扇 区，每个扇区可以存放 512 个字节的信息，磁盘驱动器在向磁盘读取 和写入数据时，要以扇区为单位。1.44MB3.5 英寸的软盘，每个磁道 分为 18 个扇区。 （4）柱面
硬盘通常由重叠的一组盘片构成,每个盘面都被划分为数目相等 的磁道,并从外缘的“0”开始编号,具有相同编号的磁道形成一个 圆柱,称之为磁盘的柱面。磁盘的柱面数与一个盘单面上的磁道数是 相等的。无论是双盘面还是单盘面,由于每个盘面都有自己的磁头, 因此,盘面数等于总的磁头数。所谓硬盘的CHS,即 Cylinder(柱面)、 Head(磁头)、 Sector(扇区),只要知道了硬盘的CHS的数目,即可 确定硬盘的容量,硬盘的容量=柱面数*磁头数*扇区数*512B 1.2.2逻辑结构 (1)3D参数 硬盘的容量还非常小的时候,人们采用与软盘类似的结构生产硬 盘,也就是硬盘盘片的每一条磁道都具有相同的扇区数。由此产生了 所谓的3D参数( Disk Geometry),即磁头数( Heads),柱面数 ( Cylinders),扇区数( Sectors),以及相应的寻址方式 磁头数( Heads)表示硬盘总共有几个磁头,也就是有几面盘片,最大为255 (用8个二进制位存储) 柱面数( Cylinders)表示硬盘每一面盘片上有几条磁道,最大为1023(用 个二进制位存储) 扇区数( Sectors)表示每一条磁道上有几个扇区,最大为63(用6个二进制 位存储)。 每个扇区一般是512个字节,理论上讲这不是必须的,但好像没有取别的值的。 所以磁盘最大容量为 255*1023*63*512/1048576=7837GB(M=1048576 Bytes) 或硬盘厂商常用的单位 255*1023*63*512/10000008414GB(1M=100000ts) 在CHS寻址方式中,磁道,柱面,扇区的取值范围分别为0到 Heads-1,0到 Cylinders-1,1到 Sectors(注意是从1开始)。 (2)基本Int13H调用 BIOS Int13H调用是BIOS提供的磁盘基本输入输出中断调用, 它可以完成磁盘(包括硬盘和软盘)的复位、读写、校验、定位、格式 化等功能。它使用的就是CHS寻址方式,因此最大识能访问8GB左 右的硬盘(本文中如不作特殊说明,均以1M=1048576字节为单位)。 (3)现代硬盘结构 3l(anx操作系统》讲稿/河南中医学院/阮晓龙/ phactcm.edu.cn
3 《Linux 操作系统》讲稿 / 河南中医学院 / 阮晓龙 / rxl@hactcm.edu.cn 硬盘通常由重叠的一组盘片构成，每个盘面都被划分为数目相等 的磁道，并从外缘的“0”开始编号，具有相同编号的磁道形成一个 圆柱，称之为磁盘的柱面。磁盘的柱面数与一个盘单面上的磁道数是 相等的。无论是双盘面还是单盘面，由于每个盘面都有自己的磁头， 因此，盘面数等于总的磁头数。所谓硬盘的 CHS，即 Cylinder（柱面）、 Head（磁头）、Sector（扇区），只要知道了硬盘的 CHS 的数目，即可 确定硬盘的容量，硬盘的容量=柱面数*磁头数*扇区数*512B。 1.2.2 逻辑结构 （1）3D 参数 硬盘的容量还非常小的时候，人们采用与软盘类似的结构生产硬 盘，也就是硬盘盘片的每一条磁道都具有相同的扇区数。由此产生了 所谓的 3D 参数（Disk Geometry），即磁头数（Heads），柱面数 （Cylinders），扇区数（Sectors），以及相应的寻址方式。 其中： 磁头数（Heads）表示硬盘总共有几个磁头，也就是有几面盘片， 最大为 255 (用 8 个二进制位存储)。 柱面数（Cylinders）表示硬盘每一面盘片上有几条磁道，最大为 1023（用 10 个二进制位存储）。 扇区数（Sectors）表示每一条磁道上有几个扇区，最大为 63（用 6 个二进制 位存储）。 每个扇区一般是 512 个字节，理论上讲这不是必须的，但好像没有取别的值的。 所以磁盘最大容量为： 255 * 1023 * 63 * 512 / 1048576 = 7.837 GB（1M =1048576 Bytes） 或硬盘厂商常用的单位： 255 * 1023 * 63 * 512 / 1000000 = 8.414 GB（1M =1000000 Bytes） 在 CHS 寻址方式中，磁道，柱面，扇区的取值范围分别为 0 到 Heads – 1，0 到 Cylinders – 1，1 到 Sectors（注意是从 1 开始）。 （2）基本 Int 13H 调用 BIOS Int 13H 调用是 BIOS 提供的磁盘基本输入输出中断调用， 它可以完成磁盘(包括硬盘和软盘)的复位、读写、校验、定位、格式 化等功能。它使用的就是 CHS 寻址方式，因此最大识能访问 8 GB 左 右的硬盘(本文中如不作特殊说明，均以 1M = 1048576 字节为单位)。 （3）现代硬盘结构
在老式硬盘中,由于每个磁道的扇区数相等,所以外道的记录密 度要远低于内道,因此会浪费很多磁盘空间(与软盘一样)。为了解 决这一问题,进一步提高硬盘容量,人们改用等密度结构生产硬盘。 也就是说,外圈磁道的扇区比内圈磁道多,采用这种结构后,硬盘不 再具有实际的3D参数,寻址方式也改为线性寻址,即以扇区为单位 进行寻址。 为了与使用3D寻址的老软件兼容(如使用 BIOSInt3H接口的软 件),在硬盘控制器内部安装了一个地址翻译器,由它负责将老式3D 参数翻译成新的线性参数。这也是为什么现在硬盘的3D参数可以有 多种选择的原因(不同的工作模式,对应不同的3D参数,如LBA、 LARGE、 NORMAL) (4)扩展Int13H 虽然现代硬盘都已经采用了线性寻址,但是由于基本Int13H的 制约,使用 BIOS Int13H接口的程序,如D0S等还只能访问8G以内 的硬盘空间。为了打破这一限制, Microsoft等几家公司制定了扩展 Int13H标准( Extended int13H),采用线性寻址方式存取硬盘, 所以突破了8G的限制,而且还加入了对可拆卸介质(如活动硬盘) 的支持。 1.3硬盘的基本参数 1.3.1容量 作为计算机系统的数据存储器,容量是硬盘最主要的参数。 硬盘的容量以兆字节(MB)或千兆字节(GB)为单位,1GB=102AMB。 但硬盘厂商在标称硬盘容量时通常取1G=1000MB,因此在BIOS中或 在格式化硬盘时看到的容量会比厂家的标称值要小。 硬盘的容量指标还包括硬盘的单碟容量。所谓单碟容量是指硬盘 单片盘片的容量,单碟容量越大,单位成本越低,平均访问时间也越 短 1.3.2转速 转速( Rotational Speed或 Spindle speed),是硬盘内电机 轴的旋转速度,也就是硬盘盘片在一分钟内所能完成的最大转数。转 4|am操作系统》讲稿/河南中医学院/阮晓龙/@phactcm.edu.cn
4 《Linux 操作系统》讲稿 / 河南中医学院 / 阮晓龙 / rxl@hactcm.edu.cn 在老式硬盘中，由于每个磁道的扇区数相等，所以外道的记录密 度要远低于内道，因此会浪费很多磁盘空间（与软盘一样）。为了解 决这一问题，进一步提高硬盘容量，人们改用等密度结构生产硬盘。 也就是说，外圈磁道的扇区比内圈磁道多，采用这种结构后，硬盘不 再具有实际的 3D 参数，寻址方式也改为线性寻址，即以扇区为单位 进行寻址。 为了与使用 3D 寻址的老软件兼容（如使用 BIOSInt13H 接口的软 件），在硬盘控制器内部安装了一个地址翻译器，由它负责将老式 3D 参数翻译成新的线性参数。这也是为什么现在硬盘的 3D 参数可以有 多种选择的原因（不同的工作模式，对应不同的 3D 参数，如 LBA、 LARGE、NORMAL）。 （4）扩展 Int 13H 虽然现代硬盘都已经采用了线性寻址，但是由于基本 Int 13H 的 制约，使用 BIOS Int 13H 接口的程序，如 DOS 等还只能访问 8G 以内 的硬盘空间。为了打破这一限制，Microsoft 等几家公司制定了扩展 Int 13H 标准（Extended Int 13H），采用线性寻址方式存取硬盘， 所以突破了 8G 的限制，而且还加入了对可拆卸介质（如活动硬盘） 的支持。 1.3 硬盘的基本参数 1.3.1 容量 作为计算机系统的数据存储器，容量是硬盘最主要的参数。 硬盘的容量以兆字节（MB）或千兆字节（GB）为单位，1GB=1024MB。 但硬盘厂商在标称硬盘容量时通常取 1G=1000MB，因此在 BIOS 中或 在格式化硬盘时看到的容量会比厂家的标称值要小。 硬盘的容量指标还包括硬盘的单碟容量。所谓单碟容量是指硬盘 单片盘片的容量，单碟容量越大，单位成本越低，平均访问时间也越 短。 1.3.2 转速 转速（Rotational Speed 或 Spindle speed），是硬盘内电机主 轴的旋转速度，也就是硬盘盘片在一分钟内所能完成的最大转数。转
速的快慢是标示硬盘档次的重要参数之一,它是决定硬盘内部传输率 的关键因素之一,在很大程度上直接影响到硬盘的速度。 硬盘的转速越快,硬盘寻找文件的速度也就越快,相对的硬盘的 传输速度也就得到了提高。硬盘转速以每分钟多少转来表示,单位表 示为RPM,RPM是 Revolutions per minute的缩写,是转/每分钟。 RPM值越大,内部传输率就越快,访问时间就越短,硬盘的整体性能 也就越好。 硬盘的主轴马达带动盘片高速旋转,产生浮力使磁头飘浮在盘片 上方。要将所要存取资料的扇区带到磁头下方,转速越快,则等待时 间也就越短。因此转速在很大程度上决定了硬盘的速度。 家用台式机的普通硬盘的转速一般有5400rpm、7200rpm两种; 对于笔记本用户则是4200rpm、5400rpm为主,虽然已经有公司发布 了1000rpm的笔记本硬盘,但在市场中还较为少见;服务器用户对 硬盘性能要求最高,服务器中使用的SCSⅠ硬盘转速基本都采用 10000Dm,甚至还有15000rpm的,性能要超出家用产品很多。较高 的转速可缩短硬盘的平均寻道时间和实际读写时间,但随着硬盘转速 的不断提高也带来了温度升高、电机主轴磨损加大、工作噪音增大等 负面影响。 1.3.3平均访问时间 平均访问时间( Average Access Time)是指磁头从起始位置到 达目标磁道位置,并且从目标磁道上找到要读写的数据扇区所需的时 间 平均访问时间体现了硬盘的读写速度,它包括了硬盘的寻道时间 和等待时间,即:平均访问时间=平均寻道时间+平均等待时间。 硬盘的平均寻道时间( Average Seek Time)是指硬盘的磁头移 动到盘面指定磁道所需的时间。这个时间当然越小越好,目前硬盘的 平均寻道时间通常在8ms到12ms之间,而SCSI硬盘则应小于或等于 硬盘的等待时间,又叫潜伏期( Latency),是指磁头已处于要访 问的磁道,等待所要访问的扇区旋转至磁头下方的时间。平均等待时 间为盘片旋转一周所需的时间的一半,一般应在4ms以下 5《Linux操作系统》讲稿/河南中医学院/阮晓龙/rx@hactcm.edu.cn
5 《Linux 操作系统》讲稿 / 河南中医学院 / 阮晓龙 / rxl@hactcm.edu.cn 速的快慢是标示硬盘档次的重要参数之一，它是决定硬盘内部传输率 的关键因素之一，在很大程度上直接影响到硬盘的速度。 硬盘的转速越快，硬盘寻找文件的速度也就越快，相对的硬盘的 传输速度也就得到了提高。硬盘转速以每分钟多少转来表示，单位表 示为 RPM，RPM 是 Revolutions Per minute 的缩写，是转/每分钟。 RPM 值越大，内部传输率就越快，访问时间就越短，硬盘的整体性能 也就越好。 硬盘的主轴马达带动盘片高速旋转，产生浮力使磁头飘浮在盘片 上方。要将所要存取资料的扇区带到磁头下方，转速越快，则等待时 间也就越短。因此转速在很大程度上决定了硬盘的速度。 家用台式机的普通硬盘的转速一般有 5400rpm、7200rpm 两种； 对于笔记本用户则是 4200rpm、5400rpm 为主，虽然已经有公司发布 了 10000rpm 的笔记本硬盘，但在市场中还较为少见；服务器用户对 硬盘性能要求最高，服务器中使用的 SCSI 硬盘转速基本都采用 10000rpm，甚至还有 15000rpm 的，性能要超出家用产品很多。较高 的转速可缩短硬盘的平均寻道时间和实际读写时间，但随着硬盘转速 的不断提高也带来了温度升高、电机主轴磨损加大、工作噪音增大等 负面影响。 1.3.3 平均访问时间 平均访问时间（Average Access Time）是指磁头从起始位置到 达目标磁道位置，并且从目标磁道上找到要读写的数据扇区所需的时 间。 平均访问时间体现了硬盘的读写速度，它包括了硬盘的寻道时间 和等待时间，即：平均访问时间=平均寻道时间+平均等待时间。 硬盘的平均寻道时间（Average Seek Time）是指硬盘的磁头移 动到盘面指定磁道所需的时间。这个时间当然越小越好，目前硬盘的 平均寻道时间通常在 8ms 到 12ms 之间，而 SCSI 硬盘则应小于或等于 8ms。 硬盘的等待时间，又叫潜伏期(Latency)，是指磁头已处于要访 问的磁道，等待所要访问的扇区旋转至磁头下方的时间。平均等待时 间为盘片旋转一周所需的时间的一半，一般应在 4ms 以下
1.3.4传输速率 传输速率( Data transfer rate)硬盘的数据传输率是指硬盘读 写数据的速度,单位为兆字节每秒(MB/s)。硬盘数据传输率又包括 了内部数据传输率和外部数据传输率。 内部传输率( Internal Transfer Rate)也称为持续传输率 ( Sustained transfer Rate),它反映了硬盘缓冲区未用时的性能。 内部传输率主要依赖于硬盘的旋转速度。 外部传输率( External transfer rate)也称为突发数据传输率 ( Burst data transfer rate)或接口传输率,它标称的是系统总线 与硬盘缓冲区之间的数据传输率,外部数据传输率与硬盘接口类型和 硬盘缓存的大小有关。 目前 Fast ata接口硬盘的最大外部传输率为16.6MB/s,而 Ultra ATA接口的硬盘则达到33.3MB/s 使用SATA( Serial ata)口的硬盘又叫串口硬盘,是未来PC机 硬盘的趋势。2001年,由 Intel、APT、Del1、IBM、希捷、迈拓这几 大厂商组成的 Serial ata委员会正式确立了 Serial ata1.0规范。 2002年,虽然串行ATA的相关设备还未正式上市,但 Serial ata委 员会已抢先确立了 Serial ata2.0规范。 Serial ata采用串行连接 方式,串行ATA总线使用嵌入式时钟信号,具备了更强的纠错能力, 与以往相比其最大的区别在于能对传输指令(不仅仅是数据)进行检 查,如果发现错误会自动矫正,这在很大程度上提高了数据传输的可 靠性。串行接口还具有结构简单、支持热插拔的优点。 当然,目前SATA的接口已经成为了主流借口,应用于服务器 个人电脑、笔记本等广泛的领域 1.3.5缓存 缓存( Cache memory)是硬盘控制器上的一块内存芯片,具有极 快的存取速度,它是硬盘内部存储和外界接口之间的缓冲器。由于硬 盘的内部数据传输速度和外界介面传输速度不同,缓存在其中起到 个缓冲的作用。缓存的大小与速度是直接关系到硬盘的传输速度的重 要因素,能够大幅度地提髙硬盘整体性能。当硬盘存取零碎数据时需 要不断地在硬盘与内存之间交换数据,有大缓存,则可以将那些零碎 6《Linux操作系统》讲稿/河南中医学院/阮晓龙/rx@hactcm.edu.cn
6 《Linux 操作系统》讲稿 / 河南中医学院 / 阮晓龙 / rxl@hactcm.edu.cn 1.3.4 传输速率 传输速率（Data Transfer Rate）硬盘的数据传输率是指硬盘读 写数据的速度，单位为兆字节每秒（MB/s）。硬盘数据传输率又包括 了内部数据传输率和外部数据传输率。 内部传输率（Internal Transfer Rate）也称为持续传输率 （Sustained Transfer Rate），它反映了硬盘缓冲区未用时的性能。 内部传输率主要依赖于硬盘的旋转速度。 外部传输率（External Transfer Rate）也称为突发数据传输率 （Burst Data Transfer Rate）或接口传输率，它标称的是系统总线 与硬盘缓冲区之间的数据传输率，外部数据传输率与硬盘接口类型和 硬盘缓存的大小有关。 目前 Fast ATA 接口硬盘的最大外部传输率为 16.6MB/s，而 Ultra ATA 接口的硬盘则达到 33.3MB/s。 使用 SATA（Serial ATA）口的硬盘又叫串口硬盘，是未来 PC 机 硬盘的趋势。2001 年，由 Intel、APT、Dell、IBM、希捷、迈拓这几 大厂商组成的 Serial ATA 委员会正式确立了 Serial ATA 1.0 规范。 2002 年，虽然串行 ATA 的相关设备还未正式上市，但 Serial ATA 委 员会已抢先确立了 Serial ATA 2.0 规范。Serial ATA 采用串行连接 方式，串行 ATA 总线使用嵌入式时钟信号，具备了更强的纠错能力， 与以往相比其最大的区别在于能对传输指令（不仅仅是数据）进行检 查，如果发现错误会自动矫正，这在很大程度上提高了数据传输的可 靠性。串行接口还具有结构简单、支持热插拔的优点。 当然，目前 SATA 的接口已经成为了主流借口，应用于服务器、 个人电脑、笔记本等广泛的领域。 1.3.5 缓存 缓存（Cache memory）是硬盘控制器上的一块内存芯片，具有极 快的存取速度，它是硬盘内部存储和外界接口之间的缓冲器。由于硬 盘的内部数据传输速度和外界介面传输速度不同，缓存在其中起到一 个缓冲的作用。缓存的大小与速度是直接关系到硬盘的传输速度的重 要因素，能够大幅度地提高硬盘整体性能。当硬盘存取零碎数据时需 要不断地在硬盘与内存之间交换数据，有大缓存，则可以将那些零碎
数据暂存在缓存中,减小外系统的负荷,也提高了数据的传输速度。 文件系统 2.1什么是文件系统? 什么是文件系统( file system),用一两句话解答出来,实在有 点困难,这个问题只能留给文件系统的设计者或对文件系统精通的专 业人士来答复 关于文件系统的定义是我从 Google上搜索到的,下面我们分析 下,了解一下也很重要 定义一: a directory structure contained within a disk drive or disk area. The total available disk space can be composed of one or more filesystems. A filesystem must be mounted before it can be accessed. To mount a filesystem, you must specify a directory to act as the mount point. Once mounted, any access to the mount point directory or its subdirectories will access the separate filesystem 文件系统是包括在一个磁盘(包括光盘、软盘、闪盘及其它存储 设备)或分区的目录结构,一个可应用的磁盘设备可以包含一个或多 个文件系统。如果您想进入一个文件系统,首先您要做的是挂载 ( mount)文件系统,为了挂载( mount)文件系统,必须指定一个挂 载点。 freebooks by rw/view/ShellProgIn24h/31480175 htm 定义二: A method of organising files on a disk, eg NtFS, FAt 文件系统是在一个磁盘(包括光盘、软盘、闪盘及其它存储设备) 或分区组织文件的方法,如NTFS或FAT。 a: linux-ntfs. sourceforge. net/ldm/home/terms. html 定义三 a data structure or a collection of files. In unix filesystem can refer to two very distinct things, the directory 7|(am操作系统》讲稿/河南中医学院/阮晓龙/@phactcm.edu.cn
7 《Linux 操作系统》讲稿 / 河南中医学院 / 阮晓龙 / rxl@hactcm.edu.cn 数据暂存在缓存中，减小外系统的负荷，也提高了数据的传输速度。 二、文件系统 2.1 什么是文件系统？ 什么是文件系统（file system），用一两句话解答出来，实在有 点困难，这个问题只能留给文件系统的设计者或对文件系统精通的专 业人士来答复。 关于文件系统的定义是我从 Google 上搜索到的，下面我们分析 一下，了解一下也很重要。 定义一： A directory structure contained within a disk drive or disk area. The total available disk space can be composed of one or more filesystems. A filesystem must be mounted before it can be accessed. To mount a filesystem, you must specify a directory to act as the mount point. Once mounted, any access to the mount point directory or its subdirectories will access the separate filesystem. 文件系统是包括在一个磁盘（包括光盘、软盘、闪盘及其它存储 设备）或分区的目录结构，一个可应用的磁盘设备可以包含一个或多 个文件系统。如果您想进入一个文件系统，首先您要做的是挂载 （mount）文件系统，为了挂载（mount）文件系统，必须指定一个挂 载点。 参考：freebooks.by.ru/view/ShellProgIn24h/31480175.htm 定义二： A method of organising files on a disk, eg NTFS, FAT. 文件系统是在一个磁盘（包括光盘、软盘、闪盘及其它存储设备） 或分区组织文件的方法，如 NTFS 或 FAT。 参考：linux-ntfs.sourceforge.net/ldm/home/terms.html 定义三： A data structure or a collection of files. In Unix, filesystem can refer to two very distinct things, the directory
tree or the arrangement of files on disk partitions 文件系统是文件的数据结构或组织方法。在Unix中,文件系统 涉及两个非常独特的事情,目录树或在磁盘或分区上文件的排列。 参考:www.emulex.com/ts/docfc/glossary.htm 定义四: the structure of files on a disk medium which is visible via the operating system, ie the structure of files which a Unix user can see using ls and other tools 文件系统是基于操作系统的,建立在磁盘媒质上的可见体系结构 例如这种结构对于一个Unix用户来说可以用1s或其它工具可以看 到 参考;www.ucolick.org/-de/deimos/glossary.html 定义五 A software mechani sm that defines the way that files are named, stored, organized, and accessed on logical volumes of partitioned memory 文件系统是基于被划分的存储设备上的逻辑上单位上的一种定 义文件的命名、存储、组织及取出的方法。 参考;www.evestigations.com/html/glossary.html 定义六: In computing, a file system is a method for storing and organizing computer files and the data they contain to make it easy to find and access them. File systems may use a storage device such as a hard disk or CD-Rom and involve maintaining the physical location of the files, or they may be virtual and exist only as an access method for virtual data or for data over a network (e. g. NFS) 在计算机业,一个文件系统是有组织存储文件或数据的方法,目 的是易于查询和存取。文件系统是基于一个存储设备,比如硬盘或光 盘,并且包含文件文件物理位置的维护;也可以说文件系统也是虚拟 数据或网络数据存储的方法,比如NFS 8《Linux操作系统》讲稿/河南中医学院/阮晓龙/rx@hatem.edu.cn
8 《Linux 操作系统》讲稿 / 河南中医学院 / 阮晓龙 / rxl@hactcm.edu.cn tree or the arrangement of files on disk partitions. 文件系统是文件的数据结构或组织方法。在 Unix 中，文件系统 涉及两个非常独特的事情，目录树或在磁盘或分区上文件的排列。 参考：www.emulex.com/ts/docfc/glossary.htm 定义四： the structure of files on a disk medium which is visible via the operating system, ie the structure of files which a Unix user can see using "ls" and other tools. 文件系统是基于操作系统的，建立在磁盘媒质上的可见体系结构， 例如这种结构对于一个 Unix 用户来说可以用 ls 或其它工具可以看 到。 参考：www.ucolick.org/~de/deimos/glossary.html 定义五： A software mechanism that defines the way that files are named, stored, organized, and accessed on logical volumes of partitioned memory. 文件系统是基于被划分的存储设备上的逻辑上单位上的一种定 义文件的命名、存储、组织及取出的方法。 参考：www.evestigations.com/html/glossary.html 定义六： In computing, a file system is a method for storing and organizing computer files and the data they contain to make it easy to find and access them. File systems may use a storage device such as a hard disk or CD-ROM and involve maintaining the physical location of the files, or they may be virtual and exist only as an access method for virtual data or for data over a network (e.g. NFS). 在计算机业，一个文件系统是有组织存储文件或数据的方法，目 的是易于查询和存取。文件系统是基于一个存储设备，比如硬盘或光 盘，并且包含文件文件物理位置的维护；也可以说文件系统也是虚拟 数据或网络数据存储的方法，比如 NFS
参考: en. wikipedia. org/ wiki/Filesystem 2.2理解文件系统的基础概念 (1)存储介质 硬盘、光盘、软盘、 Flash盘、磁带、网络存储设备等 (2)磁盘的分割 这是针对大容量的存储设备来说的,主要是指硬盘。对于大硬盘, 使用时要合理规划分区,所以要谈到硬盘的分割。 硬盘的分割, Linux有 fdisk、 cfdisk和 parted等工具,常用 的是 fdisk工具。 Windows和DOS常用分区工具是 fdisk,但和 Linux 中的使用方法不一样 关于如何合理的进行硬盘的分割和分区,以及 fdisk的使用,可 以参考《计算机组装与维护》课程的相关内容。 (3)文件系统的创建 文件系统的创建过程是存储设备建立文件系统的过程,一般也被 称为格式化或初始化,通过一些初始化工具来进行。一般的情况下每 个类型的操作系统都有这方面的工具,也有多功能的第三方工具,比 如PQ (4)挂载( mount) 文件系统只有挂载才能使用,Unix类的操作系统亦是如此, Windows也是一样。在 Windows中文件系统的挂载通过图形化界面可 以直观操作,具体内部机制我不太了解。Unix类的操作系统是通过 mount命令进行挂载的。 挂载文件系统时要有挂载点,比如在安装 Linux的过程中,会提 示进行分区操作,然后建立文件系统,接着进行挂载点的配置。通常 在安装 Linux时选择的挂载点都是/。在 Linux系统的使用过程中, 也会挂载其它的硬盘分区,也要选中挂载点,挂载点通常是一个空置 的目录,通常是自建的空置目录 (5)文件系统可视的几何结构 文件系统的是用来组织和排列文件存取的,所以是可见的。在 inux中,通过ls等工具来查看其结构。在 Linux系统中,文件系 9《Linux操作系统》讲稿/河南中医学院/阮晓龙/rx@hactcm.edu.cn
9 《Linux 操作系统》讲稿 / 河南中医学院 / 阮晓龙 / rxl@hactcm.edu.cn 参考：en.wikipedia.org/wiki/Filesystem 2.2 理解文件系统的基础概念 （1）存储介质 硬盘、光盘、软盘、Flash 盘、磁带、网络存储设备等。 （2）磁盘的分割 这是针对大容量的存储设备来说的，主要是指硬盘。对于大硬盘， 使用时要合理规划分区，所以要谈到硬盘的分割。 硬盘的分割，Linux 有 fdisk、cfdisk 和 parted 等工具，常用 的是 fdisk 工具。Windows 和 DOS 常用分区工具是 fdisk，但和 Linux 中的使用方法不一样。 关于如何合理的进行硬盘的分割和分区，以及 fdisk 的使用，可 以参考《计算机组装与维护》课程的相关内容。 （3）文件系统的创建 文件系统的创建过程是存储设备建立文件系统的过程，一般也被 称为格式化或初始化，通过一些初始化工具来进行。一般的情况下每 个类型的操作系统都有这方面的工具，也有多功能的第三方工具，比 如 PQ。 （4）挂载（mount） 文件系统只有挂载才能使用，Unix 类的操作系统亦是如此， Windows 也是一样。在 Windows 中文件系统的挂载通过图形化界面可 以直观操作，具体内部机制我不太了解。Unix 类的操作系统是通过 mount 命令进行挂载的。 挂载文件系统时要有挂载点，比如在安装 Linux 的过程中，会提 示进行分区操作，然后建立文件系统，接着进行挂载点的配置。通常 在安装 Linux 时选择的挂载点都是/。在 Linux 系统的使用过程中， 也会挂载其它的硬盘分区，也要选中挂载点，挂载点通常是一个空置 的目录，通常是自建的空置目录。 （5）文件系统可视的几何结构 文件系统的是用来组织和排列文件存取的，所以是可见的。在 Linux 中，通过 ls 等工具来查看其结构。在 Linux 系统中，文件系
统都是树形结构,比如操作系统安装在一个文件系统中,他表现为由 /起始的树形结构。 root@localhost-# cd/ root@localhost/# tree 2.3文件系统的常见类型 文件系统类型有很多,可以在《 Linux文件系统( file system) 资源索引》中查看。 网址是:http://www.xenotime.net/linux/inux-fs.html 在 Linux中常用的文件系统主要有ext3、ext2及 reiserfs Windows和D0S常用的文件系统是fat系列(包括fat16、fat32)和 NTFS文件系统。光盘文件系统是IS0-9660文件系统。网络存储NFS 服务器在客户端访问时,文件系统是nfs 三、 Linux文件系统 如果做为专业人士来说,应该说哪个文件系统都是安全的。用 Linuxfish的话来说“哪个文件系统的设计者都不是傻子,他们应该 明白自己的作品是怎么回事。” 做为文件系统的设计者来说,用户一般在使用的过程中所遇到的 问题,文件系统的设计者都应该有解决办法。但用户毕竟不是专业从 事文件系统研究的,所以有必要从使用角度来说明文件系统的安全性。 对于初学 Linux的学生或者用户来讲,一定会遇到文件系统的选 择左右为难的情况,因为大多初学者并不知道哪个文件系统更好 本部分就介绍 Linux文件系统的架构和安全性。 3. ILinux文件系统的架构 Linux目录结构的组织形式和 Windows有着很大的不同。首先 Linux没有盘符的概念,也就是说 Linux下没有C盘、D盘的概念。 其次, Linux下已经建立文件系统的硬盘分区被挂载到某一个目录下 用户通过操作目录来实现磁盘读写。再次, Linux没有类似于 C: \Windows这样的操作系统的目录,在 Linux安装完成后,就有 堆目录出现在根目录下,并且看上去每一个目录都存放了操作系统的 10《LInux操作系统》讲稿/河南中医学院/阮晓龙/rl@hactcm.edu.cn
10 《Linux 操作系统》讲稿 / 河南中医学院 / 阮晓龙 / rxl@hactcm.edu.cn 统都是树形结构，比如操作系统安装在一个文件系统中，他表现为由 /起始的树形结构。 [root@localhost ~]# cd / [root@localhost /]# tree 2.3 文件系统的常见类型 文件系统类型有很多，可以在《Linux 文件系统（file system） 资源索引》中查看。 网址是：http://www.xenotime.net/linux/linux-fs.html 在 Linux 中常用的文件系统主要有 ext3、ext2 及 reiserfs。 Windows 和 DOS 常用的文件系统是 fat 系列（包括 fat16、fat32）和 NTFS 文件系统。光盘文件系统是 ISO-9660 文件系统。网络存储 NFS 服务器在客户端访问时，文件系统是 nfs。 三、Linux 文件系统 如果做为专业人士来说，应该说哪个文件系统都是安全的。用 Linuxfish 的话来说“哪个文件系统的设计者都不是傻子，他们应该 明白自己的作品是怎么回事。” 做为文件系统的设计者来说，用户一般在使用的过程中所遇到的 问题，文件系统的设计者都应该有解决办法。但用户毕竟不是专业从 事文件系统研究的，所以有必要从使用角度来说明文件系统的安全性。 对于初学 Linux 的学生或者用户来讲，一定会遇到文件系统的选 择左右为难的情况，因为大多初学者并不知道哪个文件系统更好。 本部分就介绍 Linux 文件系统的架构和安全性。 3.1Linux 文件系统的架构 Linux 目录结构的组织形式和 Windows 有着很大的不同。首先， Linux 没有盘符的概念，也就是说 Linux 下没有 C 盘、D 盘的概念。 其次，Linux下已经建立文件系统的硬盘分区被挂载到某一个目录下， 用户通过操作目录来实现磁盘读写。再次，Linux 没有类似于 C:\Windows 这样的操作系统的目录，在 Linux 安装完成后，就有一 堆目录出现在根目录下，并且看上去每一个目录都存放了操作系统的