Ubuntu系统中的EXT4：专家级管理技巧与最佳实践

# 1. EXT4文件系统概述

## 1.1 文件系统的重要性
文件系统作为操作系统中管理数据的基础设施，负责数据的组织、存储、检索和更新。它为用户提供了方便地存取和管理数据的方式，是确保数据可靠性和效率的关键组件。EXT4，作为一种高性能的第四扩展文件系统，继承了早期EXT家族文件系统的稳定性和兼容性，同时引入了新的特性和改进。

## 1.2 EXT4的历史与演变
EXT4在Linux社区的长期演进过程中诞生，是对早期EXT3文件系统的重大升级。自2008年发布以来，EXT4已成为许多Linux发行版默认的文件系统。与EXT3相比，EXT4提供了更大的文件系统大小、更高的性能以及更强的可靠性。

## 1.3 EXT4的核心特性
EXT4引入了许多新的特性，包括延迟分配（使得大文件的性能得到显著提升）、多块分配（改善了小文件的性能）、文件系统快照（为数据备份和恢复提供了便利）、日志校验和文件系统修复工具。这些特性使得EXT4成为处理大量数据的理想选择，并且在服务器和桌面环境中都非常流行。

在这一章中，我们已经搭建了对EXT4文件系统的基本了解框架，下文将探讨如何安装和管理EXT4文件系统，以进一步深化理解。

# 2. EXT4文件系统管理基础

## 2.1 EXT4文件系统的安装与挂载

### 2.1.1 安装EXT4文件系统的步骤

安装 EXT4 文件系统通常涉及创建一个新的文件系统分区和将其格式化为 EXT4 格式。以下是详细步骤：

1. **检查磁盘分区**：
在安装 EXT4 文件系统前，首先需要检查现有的磁盘分区。使用 `lsblk` 或 `fdisk -l` 命令可以列出当前系统中的磁盘分区。

2. **创建新分区**：
如果还没有可用的分区，需要使用分区工具如 `fdisk` 或 `parted` 创建一个新分区。例如，使用 `fdisk /dev/sdx` 创建新分区，其中 `/dev/sdx` 是你要分区的磁盘。

3. **格式化分区为 EXT4**：
使用 `mkfs.ext4` 命令格式化新分区为 EXT4 文件系统。命令格式如下：

   sudo mkfs.ext4 /dev/sdxY

其中 `/dev/sdxY` 是新分区的设备名。

4. **挂载新的文件系统**：
安装完毕后，使用 `mount` 命令将新文件系统挂载到指定目录：

   sudo mount /dev/sdxY /mnt/new_partition

### 2.1.2 挂载和卸载EXT4文件系统的方法

#### 挂载 EXT4 文件系统

除了在创建时挂载，也可以在任何时刻使用 `mount` 命令挂载 EXT4 文件系统：

sudo mount -t ext4 /dev/sdxY /path/to/mount/point

这里 `/dev/sdxY` 是设备文件，`/path/to/mount/point` 是你想挂载的目录。

#### 卸载 EXT4 文件系统

卸载 EXT4 文件系统使用 `umount` 命令：

sudo umount /path/to/mount/point

确保没有进程正在使用该文件系统，否则可能会遇到 “device is busy” 错误。

#### 自动挂载与/etc/fstab

为了使 EXT4 文件系统在启动时自动挂载，需要编辑 `/etc/fstab` 文件。例如：

/dev/sdxY    /mnt/new_partition    ext4    defaults    0    2

这样，系统会在每次启动时自动挂载 `/dev/sdxY` 到 `/mnt/new_partition`。

#### 挂载参数

EXT4 支持各种挂载选项，例如启用写时复制（Copy-On-Write, CoW）：

sudo mount -o cow /dev/sdxY /mnt/new_partition

使用 `tune2fs` 命令可以查询和修改文件系统属性：

sudo tune2fs -l /dev/sdxY

## 2.2 EXT4文件系统的权限与属性管理

### 2.2.1 权限控制的基本概念

Linux 系统使用访问控制列表（ACLs）来定义文件和目录的精细权限设置。 EXT4 作为 Linux 系统上的一个文件系统，继承了这样的权限模型。

1. **基本权限**：
- 文件所有者（Owner）权限：可以使用 `chmod` 和 `chown` 命令设置。
- 组（Group）权限：与所有者同组的用户对文件或目录的访问权限。
- 其他（Others）权限：系统中所有其他用户对文件或目录的访问权限。

2. **特殊权限**：
- Set-UID (Set User ID)：允许用户以文件所有者的身份执行文件。
- Set-GID (Set Group ID)：允许用户以文件所在组的身份执行文件。
- 粘滞位（Sticky Bit）：防止用户删除或重命名不属于其的文件。

### 2.2.2 修改文件和目录的属性

#### 使用 chmod 修改权限

`chmod` 命令用于修改文件或目录的权限。例如，给所有者读写执行权限，给组读执行权限，给其他只读权限，可以使用：

chmod u=rwx,g=rx,o=r file

#### 使用 chown 修改所有者和组

`chown` 命令用于修改文件或目录的所有者和组。例如，将文件所有者更改为用户 `username`，组更改为 `groupname`：

sudo chown username:groupname file

#### 使用 setfacl 和 getfacl 设置和获取 ACL

使用 `setfacl` 命令可以设置文件的访问控制列表：

setfacl -m u:username:rwx file

`getfacl` 命令用于查看文件的访问控制列表：

getfacl file

下面是一个表格，说明了不同权限的含义：

| 权限类型 | 符号表示 | 详细说明 |
|----------|----------|----------------------------------|
| 读 (Read) | r | 查看文件内容或目录列表 |
| 写 (Write) | w | 修改文件内容或创建/删除目录文件 |
| 执行 (Execute) | x | 执行文件或搜索目录 |

### 2.2.3 管理文件系统属性

除了传统的权限控制，EXT4 提供了额外的文件系统属性管理能力，例如压缩、安全标签等。

#### 使用 chattr 和 lsattr 管理文件属性

`chattr` 命令用于改变文件的扩展属性，而 `lsattr` 用于查看文件属性。例如，设置一个文件为不可变：

sudo chattr +i file

查看文件属性：

lsattr file

## 2.3 EXT4文件系统的磁盘配额与管理

### 2.3.1 配额的设置与限制

EXT4 支持磁盘配额功能，允许管理员为用户或组设置磁盘空间的使用限制。以下是设置磁盘配额的步骤：

1. **启用配额功能**：
编辑 `/etc/fstab`，为需要配额的文件系统添加 `usrquota` 和 `grpquota` 选项。

   /dev/sdxY /mnt/new_partition ext4 defaults,usrquota,grpquota 0 2

2. **创建配额文件**：
重新挂载文件系统并使用 `quotacheck` 创建配额文件：

   sudo mount -o remount /mnt/new_partition
   sudo quotacheck -cum /mnt/new_partition

3. **启用配额限制**：
使用 `quotaon` 命令启用配额限制：

   sudo quotaon -v /mnt/new_partition

4. **设置配额限制**：
使用 `setquota` 或 `edquota` 命令为用户或组设置磁盘空间限制。

#### 使用 setquota 设置配额限制

例如，为用户 `username` 设置硬限制和软限制：

sudo setquota -u username 1000000 1200000 0 0 /mnt/new_partition

### 2.3.2 配额监控和维护的策略

配额监控是确保磁盘空间不会被过度使用的有效方法。维护配额的策略包括定期检查配额使用情况和调整配额限制。

#### 使用 repquota 和 quota 查看配额使用情况

`repquota` 和 `quota` 命令可以用来查看磁盘配额的使用情况和配额限制：

sudo repquota /mnt/new_partition

`quota` 命令提供更多用户级别的信息：

sudo quota -u username

#### 调整配额限制

如果需要调整用户的配额限制，可以使用 `edquota` 命令。例如，为用户 `username` 添加更多配额：

sudo edquota -u username

在编辑器中会显示当前的配额限制，你可以修改它们并保存退出。配额会在下次使用时生效。

## 2.