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详细分析du和df的统计结果为什么不一样

详细分析du和df的统计结果为什么不一样插图

我们常常使用du和df来获取目录或文件系统已占用空间的情况。但它们的统计结果是不一致的,大多数时候,它们的结果相差不会很大,但有时候它们的统计结果会相差非常大。例如:

df的统计结果

[root@xuexi ~]# df -hT 
Filesystem          Type   Size  Used Avail Use% Mounted on
/dev/sda2           ext4    18G  1.7G   15G  11% /
tmpfs               tmpfs  491M     0  491M   0% /dev/shm
/dev/sda1           ext4   239M   68M  159M  30% /boot
//192.168.0.124/win cifs   381G  243G  138G  64% /mnt

du对根目录的统计结果

[root@xuexi ~]# du -sh /  2>/dev/null
244G    /

df中”/”的使用空间是1.7G,但是du的结果却是244G。这里du的统计结果大于df。再看看对/boot分区的统计结果。

[root@xuexi ~]# df -hT /boot;echo;du -sh /boot
Filesystem     Type  Size  Used Avail Use% Mounted on
/dev/sda1      ext4  239M   68M  159M  30% /boot

66M     /boot

du的结果是66M,df的结果是68M,相差不大,但df的结果大于du。

文件存储和删除的底层过程

这里简单说明下文件系统相关的底层机制,首先说明下文件是怎么存储到文件系统中的。假如要存储a.txt到/tmp目录下。

当a.txt文件要存储到/tmp下时:

当要删除a.txt文件时:

考虑一种情况,当一个文件被删除时,但此时还有进程在使用这个文件,这时是怎样的情况呢?外界是看不到也找不到这个文件的,所以删除的过程已经进行到了第(3)步。但进程还在使用这个文件的数据,也能找到这个文件的数据,是因为进程在加载这个文件的时候就已经获取到了该文件占用哪些data block,虽然删除了文件,但bmap中这些data block还没有标记为未使用。

du统计的原理

du是通过stat命令来统计每个文件(包括子目录)的空间占用总和。因为会对每个涉及到的文件使用stat命令,所以速度较慢。1.如果统计目录下挂载了其他文件系统,那么也会对这个文件系统进行统计。例如”du -sh /”的时候,会统计所有分区的文件,包括挂载上来的。正如本文开头统计的”/”一样,du的结果是244G,明显比df统计的结果大,就是因为将某个分区挂载到了/mnt目录下。

## df的统计结果
[root@xuexi ~]# df -hT 
Filesystem          Type   Size  Used Avail Use% Mounted on
/dev/sda2           ext4    18G  1.7G   15G  11% /
tmpfs               tmpfs  491M     0  491M   0% /dev/shm
/dev/sda1           ext4   239M   68M  159M  30% /boot
//192.168.0.124/win cifs   381G  243G  138G  64% /mnt

## du对根目录的统计结果
[root@xuexi ~]# du -sh /  2>/dev/null
244G    /

2.如果文件被删除,即使被其他进程引用了,du命令也无法对其统计。因为stat命令找不到这个文件。

3.可以跨分区统计某些你想统计的文件大小总和。因为它们都能被stat找到并统计。例如:统计Linux下所有img文件的大小。

## df的统计结果
[root@xuexi ~]# find / -type f -name "*.img" -print0 | xargs -0 du -csh 
19M     /boot/initramfs-2.6.32-504.el6.x86_64.img
13M     /mnt/linux工具/cirros-0.3.4-x86_64-disk.img
31M     total

这里统计的两个img文件就是在不同分区内的。

df统计的原理

df是读取每个分区的superblock来获取空闲数据块、已使用数据块,从而计算出空闲空间和已使用空间,因此df统计的速度极快(superblock才占用1024字节)。1.当某个文件系统下挂载了其他分区,df不会把这个分区也统计进去。这很容易理解,因为df读取的是各自分区的superblock,即使分区1挂载在分区0的目录下,df统计分区0的时候,也只能读取分区0的superblock。例如,下面的/mnt、/boot都没有统计在”/”中。

[root@xuexi ~]# df -hT 
Filesystem          Type   Size  Used Avail Use% Mounted on
/dev/sda2           ext4    18G  1.7G   15G  11% /
tmpfs               tmpfs  491M     0  491M   0% /dev/shm
/dev/sda1           ext4   239M   68M  159M  30% /boot
//192.168.0.124/win cifs   381G  243G  138G  64% /mnt

2.由于df每次统计都是读取superblock,所以df对文件系统中的某个文件进行统计时,会自动转为统计这个文件系统的信息。

[root@xuexi ~]# df -hT /etc/fstab
Filesystem     Type  Size  Used Avail Use% Mounted on
/dev/sda2      ext4   18G  1.7G   15G  11% /

3.df会统计已删除但却仍有进程引用的文件。正常情况下,删除文件会立刻释放相关指针,并将imap和bmap中相关的位图标记为未使用。bmap只要一改变,文件系统立刻就能知道每个块组中哪些数据块是空闲的,哪些数据块是被使用的,这些信息都会更新到分区的superblock中。于是df能立刻统计到实时的空间信息。但是当一个文件被删除时,如果还有进程在引用这个文件,根据前文的分析,bmap中不会将这个文件的data block标记为未使用,也就不会将数据块的使用情况更新到superblock中。由于df是根据superblock中空闲和使用数据块的数量来计算空闲空间和已使用空间的,所以df统计的时候会将这个已被”删除”的文件统计到已使用空间中。例如,创建一个较大一点的文件放在”/”目录下,并du和df统计根目录的已使用空间。

[root@xuexi ~]# dd if=/dev/zero of=/my.iso bs=1M count=1000

[root@xuexi ~]# df -hT /
Filesystem     Type  Size  Used Avail Use% Mounted on
/dev/sda2      ext4   18G  2.7G   14G  17% /

[root@xuexi ~]# du -sh --exclude="/mnt" / 2>/dev/null
2.7G    /

它们在GB级的单位上是相等的。现在使用一个进程来引用这个文件,然后删除这个文件,再du和df统计。

[root@xuexi ~]# tail -f /my.iso &

[root@xuexi ~]# rm -rf /my.iso 
[root@xuexi ~]# ls /my.iso
ls: cannot access /my.iso: No such file or directory

[root@xuexi ~]# du -sh --exclude="/mnt" / 2>/dev/null
1.8G    /

[root@xuexi ~]# df -hT /
Filesystem     Type  Size  Used Avail Use% Mounted on
/dev/sda2      ext4   18G  2.7G   14G  17% /

可以发现,外界已经获取不到my.iso文件了,所以du无法统计这个文件。而df却将该文件大小统计进去了,因为my.iso占用的data block还未被标记为未使用。再关掉tail进程,然后df再统计空间,结果将和du一样显示为正常的大小。

[root@xuexi ~]# jobs
[1]+  Running                 tail -f /my.iso &
[root@xuexi ~]# kill %1

[root@xuexi ~]# df -hT /
Filesystem     Type  Size  Used Avail Use% Mounted on
/dev/sda2      ext4   18G  1.7G   15G  11% /

如果不知道文件系统中哪些已被删除,但却还被进程引用的文件,可以使用lsof来获取。通过它还能获取到文件的大小,看看到底是哪个文件在”占着茅坑以及占了多少茅坑”。例如,关掉tail进程前,使用lsof查看。可以看到tail进程占用了/my.iso,且这个文件的大小为1048576000字节。

[root@xuexi ~]# lsof | grep deleted   
php-fpm   12597      root  txt     REG   8,2    4058416   931143 /usr/sbin/php-fpm (deleted)
php-fpm   12657    nobody  txt     REG   8,2    4058416   931143 /usr/sbin/php-fpm (deleted)
php-fpm   12707    nobody  txt     REG   8,2    4058416   931143 /usr/sbin/php-fpm (deleted)
php-fpm   12708    nobody  txt     REG   8,2    4058416   931143 /usr/sbin/php-fpm (deleted)
tail      14437      root    3r    REG   8,2 1048576000     7171 /my.iso (deleted)

经过上面的分析,想必对du和df的结果不会再有任何疑惑了吧。

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