深度掌握 Linux 文件系统：从 inode、block 到挂载机制的完整解析
在学习 Linux 的过程中，文件系统往往是最容易被忽略、但实际工作中最关键的部分之一。无论你在排查服务器空间不足、优化磁盘性能，还是给业务做数据迁移，都绕不开 Linux 的文件系统结构。
很多初学者只知道 ls、df、du 这些命令，却不了解背后的核心机制——
inode、block、superblock、挂载点、VFS、文件类型、软硬链接……
理解这些概念之后，你在处理 Linux 文件相关的问题时就会拥有“透视能力”。
本文将从底层结构到实际命令全方位讲解 Linux 文件系统，内容足够深入，也足够实用。
一、Linux 文件系统到底是什么？
从宏观上看，一个 Linux 文件系统包括三个重要部分：
元数据（Metadata）
包含文件权限、大小、时间戳、指针等。
元数据储存在 inode 中。
数据块（Data Block）
真实的数据内容，例如文本、图片、二进制文件。
目录结构（Directory Structure）
按层级组织路径，例如
/etc/nginx/nginx.conf
Linux 最核心的一句话：
Linux 一切皆文件（Everything is a file）
包括：
普通文件
目录
套接字 socket
管道 pipe
设备（硬盘、键盘、鼠标）
网络接口
内核参数（/proc）
理解这一点后，你的 Linux 思维会完全不同。
二、inode：Linux 文件的灵魂
几乎所有与文件相关的问题，都可以从 inode 找到线索。
1. 什么是 inode？
inode（index node，索引节点）是文件的元数据结构，它记录了文件的各种信息：
注意：
⚠ inode 不记录文件名
文件名存储在目录项（directory entry）中。
所以：
即使文件名改了，inode 不变
删除一个文件不是“清空内容”，而是“减少链接计数”
2. 查看 inode
ls -i file.txt
3. 为什么磁盘明明有空间却提示“设备上没有剩余空间”？
因为 Linux 有两种限制：
block 用完 —— 空间用完
inode 用完 —— 无法创建文件（即使还有空间）
使用：
df -i
可以检查 inode 使用情况。
常见场景：
日志系统疯狂写入大量小文件，导致 inode 用尽，业务报错。
三、Block：真正存储文件数据的地方
文件的实际内容储存在 block 中。
1. block 大小
常见大小：4 KB
可通过：
sudo tune2fs -l /dev/sda1 | grep -i 'Block size'
文件再小也至少占一个 block，所以数十万个 1 KB 的文件会占用数百 MB。
2. 稀疏文件（Sparse File）
稀疏文件不实际占用所有 block。
创建：
dd if=/dev/zero of=sparse.img bs=1 count=0 seek=1G
看文件大小：
ls -lh sparse.img
看磁盘占用：
du -h sparse.img
你会看到：
文件大小为 1G，但实际占用很小。
数据库、虚拟机磁盘文件经常使用这种技术。
四、软链接与硬链接：深入理解 inode 的关键
1. 硬链接（Hard Link）
多个文件名指向同一个 inode。
特点：
删除一个文件名不会影响另一个
inode 链接数（link count）会 +1
不能跨分区
不能给目录创建硬链接
示例：
ln file.txt file2.txt
查看 inode：
ls -li
你会发现两个文件 inode 一样。
删除 file.txt 并不会删除内容，只是 inode 的引用数 -1。
2. 软链接（Symbolic Link）
类似 Windows 的快捷方式，指向一个路径。
特点：
inode 不同
存储的是“路径”
跨分区可用
目录可以创建软链接
示例：
ln -s /var/www/html webroot
查看文件类型：
ls -l
软链类型为 l。
五、Linux 虚拟文件系统 VFS：为什么文件系统可以互换？
Linux 支持几十种文件系统：ext4、xfs、btrfs、NTFS、FAT32……
但每个软件、每条命令都能统一读取文件，这是怎么做到的？
靠 VFS（Virtual File System）。
你可以把 VFS 理解为：
一个抽象层，屏蔽不同文件系统的差异。
只要文件系统实现了 VFS 的接口，Linux 就能读写它。
正因为如此：
ext4 能挂载
NTFS 能挂载
Samba、NFS、CephFS 都能挂载
云盘、存储池、FUSE 文件系统都能挂载
这就是 Linux 灵活性的根本原因。
六、Mount（挂载）：Linux 文件系统的“入口”
了解挂载之前，要明确两件事：
Linux 没有盘符概念（C:/D:/）
所有磁盘最终都挂载到一个目录下
例如把 /dev/sdb1 挂载到 /data：
sudo mount /dev/sdb1 /data
卸载：
sudo umount /data
1. 查看所有挂载信息
df -h
或者：
mount | column -t
2. 设置开机自动挂载
编辑 /etc/fstab：
UUID=xxxx-xxxx /data ext4 defaults 0 2
3. 为什么不能直接修改 /etc/fstab ？
改错会导致系统无法启动，所以建议：
mount -a
测试配置是否正确。
七、常见文件系统对比：ext4、xfs、btrfs
ext4
个人服务器最常用
稳定可靠
默认 Ubuntu/CentOS
XFS
超大文件场景性能强
企业服务器常用
删除目录速度极快
Btrfs
支持快照、压缩、副本
功能多，但复杂度高
曾是 openSUSE、Fedora 默认
结论：
大多数人选 ext4 或 xfs 就足够了。
八、实战排错案例：磁盘满了但 du 看不出来？
这是 Linux 最常见的问题之一。
症状：
df -h显示磁盘满了但
du -sh /*又显示空间并未被大量文件占用
原因通常有两种：
1. 有进程仍然占用已删除的文件
当文件被删除时，inode 链接数 -1
但 只要某个进程还在使用这个文件，空间不会被释放。
排查：
lsof | grep deleted
常见原因：
nginx 日志被删除但进程仍占用
Docker 占用临时文件
Java 程序死循环刷日志
解决：
重启对应进程。
2. inode 耗尽
检查：
df -i
如果 100%：
清理大量小文件目录（如 session、缓存）
排查如：/tmp、/var/spool、/var/lib/docker
九、总结
本篇文章从底层结构到实际场景充分讲解了 Linux 文件系统的核心原理，你应该已经理解：
inode 存元数据，block 存内容
文件名不在 inode 中
软硬链接的本质区别
挂载是将设备附着到目录
VFS 提供了统一访问接口
ext4/xfs/btrfs 的选择
磁盘满但找不到文件的排错方法
这些内容是 Linux 能力的重要基石。