一句话总结：文件系统把分区“装修”成 superblock + inode + data block，文件名只是目录里的一条映射，链接就是围绕 inode 做文章。 适用：Rocky Linux / CentOS 9，ext4 / xfs。示例目录
/tmp/fs。
一、文件系统是什么
文件系统是操作系统里控制硬盘、组织数据的一套程序。
- 分区：把一块硬盘“打隔断”，分成一个个小空间；
- 文件系统：对每个小空间“做装修”，负责把里面的数据组织好。
所以：每个分区都要有一个文件系统，格式化（mkfs）就是“装修”的过程。
使用者 ──> block 块（文件系统管理单位） ──> n 个扇区（硬盘最小读写单位）
扇区通常 512B，文件系统以 block（默认 4K）为单位分配空间，一个 block 包含 8 个扇区。
二、文件系统的三大类块
一个文件由元数据 + 内容数据两部分组成，分别落在不同的块里：
| 块类型 | 存什么 | 数量 |
|---|---|---|
| superblock 超级块 | 整个文件系统的整体信息：inode/block 的总量、已用、剩余、文件系统格式 | 一个文件系统只有一个 |
| inode block 索引节点 | 一个文件的元数据：权限、属主、属组、大小、时间戳、数据块指针、链接数 | 一个文件一个 inode |
| data block 数据块 | 文件真正的内容（cat 看到的东西）；目录的 data block 存“子文件名 → inode 号” |
一个文件可以有多个 |
/etc/passwd ──> [ inode #12345 ] ──> [ data block 1 ][ data block 2 ] ...
元数据 真正的文本内容
重要结论：文件名不存 inode 里。文件名和 inode 号的对应关系存在目录的 data block 里。这也是硬链接、软链接原理的根源。
三、查看文件系统
| 命令 | 作用 | 例子 |
|---|---|---|
df -T |
看挂载点和文件系统类型 | df -T |
df -h |
看空间使用量（带单位） | df -h |
df -i |
看 inode 使用量 | df -i |
lsblk -f |
看分区、文件系统、UUID、挂载点 | lsblk -f |
mount |
看当前挂载 | mount |
stat 文件 |
看 inode 号、块数、三个时间 | stat /etc/passwd |
ls -i |
只看 inode 号 | ls -i /etc/passwd |
findmnt |
树形查看挂载关系 | findmnt / |
df -T
df -h
df -i
lsblk -f
四、磁盘“满”的两种情况
这是运维面试和故障排查的高频点：df -h 显示还有空间，但就是写不进去。
| 情况 | 原因 | 怎么查 | 怎么造 |
|---|---|---|---|
| inode 耗尽 | 小文件太多，inode 号用光了（空间可能还有富余） | df -i，IUse% 到 100% |
循环 touch 几百万个空文件 |
| 磁盘空间耗尽 | 单个大文件把 block 占满 | df -h，Use% 到 100% |
dd 生成超大文件 |
# 造 inode 耗尽（300 万个空文件，别在生产上试）
for ((i=1;i<=3000000;i++)); do touch $i.txt; done
# 造空间耗尽（30G 零字节文件）
dd if=/dev/zero of=/tmp/1.txt bs=10G count=3
# 动态观察 inode 使用
watch -n 1 "df -i | grep sda1"
快速释放一个已被进程打开的超大文件：直接
rm可能不释放空间（进程还拿着 fd）。正确做法是先清空内容：> /path/bigfile（或: > bigfile），再删。
清理 inode：先定位哪个目录小文件最多。
for d in /var/*; do echo -n "$d "; find "$d" -xdev -type f 2>/dev/null | wc -l; done
find /var/spool -type f -name "*.tmp" -delete
五、打开一个文件的底层流程
以 cat /etc/passwd 为例：
1. 从根目录 / 的 inode 开始（根 inode 号固定，ext4 通常是 2）
2. 读 / 的 data block，找到 "etc" 对应的 inode 号
3. 读 etc 的 data block，找到 "passwd" 对应的 inode 号
4. 读 passwd 的 inode，拿到权限、属主、数据块指针
5. 按指针把 data block 里的内容读进内存，交给 cat 输出
关键点：
- 目录也是文件：它的 inode 存元数据，data block 存“子文件名 → inode 号”的列表；
- 路径里每一级都要有 x 执行权限才能进去；
- 进程打开文件后，内核在进程的文件描述符表里记一项，指向系统的“打开文件表”，再指向 inode。所以 fd 是“进程视角的编号”，inode 是“磁盘视角的身份”。
六、硬链接与软链接
6.1 硬链接 hard link
ln /1.txt /2.txt
- 本质：两个文件名指向同一个 inode，inode 的链接数 +1。
- 特点：
| 特点 | 说明 |
|---|---|
| 内容同步 | 改一个文件内容，另一个跟着变（本来就是同一份数据） |
| 元数据同步 | 改权限、属主，另一个也变（同一个 inode） |
| 删源文件 | 只是解除“文件名 → inode”的关联，链接数 -1，数据还在，另一个名字照常用 |
| 不能跨分区 | ln: 无法创建硬链接 ... 无效的跨设备连接 |
| 不能给目录做 | 内核禁止（防止目录环） |
ln /1.txt /2.txt
ls -li /1.txt /2.txt # inode 号相同，链接数变成 2
rm /1.txt
cat /2.txt # 依然能读
6.2 软链接 symbolic link
ln -s /1.txt /4.txt
- 本质：新建一个文件（有自己的 inode），它的 data block 里存的是目标文件的路径字符串。
- 特点：
| 特点 | 说明 |
|---|---|
| 内容同步 | 通过软链接读写，实际操作的还是源文件 |
| 元数据不同步 | 改源文件权限，软链接自己的权限不变（不同 inode） |
| 删源文件 | 软链接变成“断链”，访问报 No such file or directory |
| 可以跨分区 | 因为它只存路径字符串 |
| 可以给目录做 | ln -s /data/app /opt/app |
ln -s /1.txt /4.txt
ls -li /1.txt /4.txt # inode 号不同，4.txt 类型是 l
readlink /4.txt # 看它指向谁
6.3 一表看懂
| 对比 | 硬链接 | 软链接 |
|---|---|---|
| 创建命令 | ln 源 目标 |
ln -s 源 目标 |
| inode | 与源文件相同 | 自己独立一个有 inode |
| 文件类型 | 普通文件 - |
链接 l |
| 链接数 | +1 | 源文件链接数不变 |
| 跨分区 | 不行 | 可以 |
| 链接目录 | 不行 | 可以 |
| 删源文件 | 数据保留，另一个名字可用 | 断链，失效 |
| 改元数据 | 互相影响 | 互不影响 |
| 典型用途 | 同一份数据多个入口、防误删 | 版本切换、路径简化（/usr/local/nginx -> /opt/nginx-1.24） |
发布场景：程序解压到
/opt/app-1.24，再建软链接/opt/app -> /opt/app-1.24。升级只改软链接，回滚也只改软链接，服务配置里始终写/opt/app。
速查表
df -T; df -h; df -i
lsblk -f; findmnt; mount | column -t
stat /etc/passwd; ls -i /etc/passwd
ln a b; ln -s a b; ls -li; readlink b
dd if=/dev/zero of=/tmp/big bs=10G count=1
> /path/bigfile # 清空已被进程占用的文件
watch -n 1 "df -i | grep sda1"
常见坑
df -h有空间但写不进去 → 先看df -i，多半是 inode 耗尽。- 删了文件空间没释放 → 进程还开着这个文件，
lsof | grep deleted查，重启进程或清空文件。 - 硬链接跨分区必失败，这不是权限问题。
- 软链接用相对路径创建，链接被移动后会断，建议用绝对路径。
rm删除的是“文件名”，不是 inode；只有链接数归零且没有进程打开，空间才真正释放。- 目录的
x权限决定能否进入，r决定能否列出文件名，w决定能否在里面增删文件。
练习（14 题）
- 文件系统、分区、扇区、block 之间是什么关系？
- superblock、inode、data block 各存什么，数量上有什么区别？
- 一个 10G 的分区，
df -h显示还有 2G，但创建文件报No space left on device，最可能是什么原因？用什么命令确认？ - 写出制造 inode 耗尽的测试思路（不要在生产环境执行）。
- 如何动态观察某个分区的 inode 使用率？
- 一个被进程打开着的大日志文件，直接
rm后空间没释放，怎么处理？ - 简述
cat /etc/passwd时内核的查找流程。 - 目录的 data block 里存的是什么？
- 创建硬链接和软链接的命令分别是什么？
- 硬链接为什么不能跨分区？软链接为什么可以？
- 删除源文件后，硬链接和软链接分别是什么结果？
- 修改源文件的权限，硬链接和软链接哪个会跟着变？为什么？
- 用
ls -li判断两个文件是否是硬链接，依据是什么？ - 发布目录
/opt/app-1.24，如何做到“改软链接就完成升级和回滚”？
答案与解析
1.
硬盘被分成扇区（最小读写单位，通常 512B），分区是把硬盘划分成独立空间，文件系统负责组织分区里的数据，以 block（默认 4K，8 个扇区）为单位分配。
2.
superblock 存整个文件系统的总量/使用/格式，一个文件系统只有一个；inode 存单个文件的元数据和数据块指针，一个文件一个；data block 存内容，一个文件可以有多个。
3.
inode 耗尽。用
df -i看IUse%是否 100%。
4.
在测试分区循环创建大量空文件，例如
for ((i=1;i<=3000000;i++)); do touch $i.txt; done，同时用watch -n 1 "df -i"观察。
5.
watch -n 1 "df -i | grep sda1"
6.
先清空内容释放空间：
> /path/bigfile（或: > bigfile），再删文件；或者重启占用它的进程。用lsof | grep deleted找到进程。
7.
根目录 inode → 根 data block 找
etc的 inode 号 → etc 的 data block 找passwd的 inode 号 → 读 passwd inode 拿到数据块指针 → 读 data block 输出。
8.
存该目录下“子文件名（子目录名）→ inode 号”的映射列表。
9.
ln /1.txt /2.txt # 硬链接
ln -s /1.txt /4.txt # 软链接
10.
硬链接要求同一个 inode，而 inode 号只在单个文件系统内唯一；软链接只是一个存路径的普通文件，路径可以指向任何分区。
11.
硬链接：链接数减 1，数据仍在，另一个名字还能用；软链接：变成断链，访问报 No such file or directory。
12.
硬链接会变，因为两者是同一个 inode；软链接不变，因为它有自己的 inode，只存路径。
13.
ls -li第一列 inode 号相同即为硬链接（且链接数 ≥2）。
14.
ln -s /opt/app-1.24 /opt/app # 首次
ln -sfn /opt/app-1.25 /opt/app # 升级
ln -sfn /opt/app-1.24 /opt/app # 回滚
-f覆盖已有链接，-n防止把链接建到目录里面；服务配置始终指向/opt/app。