文件与文件系统的压缩,打包与备份

8.1 压缩文件的用途与技术

两种压缩原理：

1. 去冗余 bit：存数字 1 只占 1 bit，但文件系统按 Byte（8 bits）分配——7 个 bit 浪费了。压缩算法把这些”空位”挤掉
2. 去重复：100 个连续的 1 → 存成”100×1”而非真写 100 个 1

压缩文件不能直接被 OS 使用，必须先解压缩。压缩比 = 压缩后/压缩前。

实际压缩效果：Linux 3.10.81 核心源码 570MB → 压缩后仅 76MB 左右（纯文本文件的”多余空间”最多）。现在很多网站传输时自动压缩、客户端再解压——CPU 运算很快，瓶颈在网络带宽。

8.2 Linux 系统常见的压缩指令

扩展名约定（Linux 文件属性不依赖扩展名，这些约定纯粹为了人类识别——不同压缩工具互不兼容）：

扩展名	工具	地位
*.Z	compress	已淘汰（gzip 可解，znew 可转格式）
*.gz	gzip	GNU 出品，最普及
*.bz2	bzip2	GNU 出品，更高压缩比
*.xz	xz	压缩比最高，但也最慢
*.tar	tar 打包	不压缩！仅打包
*.tar.gz / *.tgz	tar + gzip	最常见格式
*.tar.bz2	tar + bzip2
*.tar.xz	tar + xz

三大压缩指令只能压缩单个文件——多个文件必须先 tar 打包再压缩，所以 .tar.gz 才是日常标配。

8.2.1 gzip, zcat/zmore/zless/zgrep

gzip 是应用最广的压缩指令，可解 compress、zip 与 gzip 格式。.gz 文件在 Windows 上 WinRAR/7zip 也能解。

gzip [-cdtv#] 文件名
# -c: 输出到 stdout; -d: 解压缩; -t: 检验完整性
# -v: 显示压缩比; -#: 1最快 ~ 9最好（默认6）

# 压缩——原文件消失，变成 file.gz（和 Windows 压缩软件最大的差异！）
gzip -v services     # services: 79.7% -- replaced with services.gz
 
# 解压缩
gzip -d services.gz  # gunzip 等价，但鸟哥建议统一用 gzip -d
 
# 最高压缩比+保留原文件
gzip -9 -c services > services.gz   # -c 输出到 stdout，> 重导向存盘
 
# 不解压直接查看文本
zcat services.gz          # = 解压后 cat
zmore/zless services.gz   # 翻页查看
zgrep -n 'http' services.gz  # 不解压搜索关键词

8.2.2 bzip2, bzcat/bzmore/bzless/bzgrep

bzip2 为取代 gzip 而来，用法几乎一样，多了一个 -k（保留原文件）。压缩比更好（同样文件 gzip 79.7% → bzip2 81.5%），但耗时约 2 倍。

bzip2 [-cdkzv#] 文件名
bzip2 -v services        # 压缩 → services.bz2, 原文件消失
bzip2 -d services.bz2    # 解压缩
bzip2 -k services        # 压缩且保留原文件
bzip2 -9 -c services > services.bz2  # 最高压缩+保留原文件
bzcat/bzmore/bzless services.bz2     # 不解压查看

8.2.3 xz, xzcat/xzmore/xzless/xzgrep

xz 压缩比最高，比 bzip2 更省空间，但耗时暴增 10 倍。-l 可列出压缩前后信息（独有功能）。

xz [-dtlkc#] 文件名
xz -v services        # 压缩 → services.xz（gzip 21% vs xz 15%！）
xz -d services.xz      # 解压缩
xz -k services         # 保留原文件
xz -l services.xz      # 列出压缩前后容量和压缩比
xzcat services.xz      # 不解压查看
 
# 实测（用 time 对比压缩 28MB /etc）：
# gzip:  0.019s, 压缩后 7.7MB
# bzip2: 0.042s, 压缩后 6.7MB
# xz:    0.261s, 压缩后 5.5MB

选型：日常用 gzip（快）、归档存长期用 xz（小）、折中用 bzip2。

8.3 打包指令： tar

gzip/bzip2/xz 只能压单个文件。tar（tape archive）将多个文件/目录打包成一个大文件，再加 -z/-j/-J 调用对应压缩。Windows 的 WinRAR 也支持 .tar.gz。

8.3.1 tar

tar [-z|-j|-J] [cv] [-f 新文件名] filename...    # 打包+压缩
tar [-z|-j|-J] [tv] [-f 已有tar文件名]            # 查看内容
tar [-z|-j|-J] [xv] [-f 已有tar文件名] [-C 目录]  # 解包

选项	含义
-c	创建（create）；-t 查看（list）；-x 解包（extract）——三选一
-z	gzip；-j bzip2；-J xz —— 三选一
-v	显示处理中的文件名
-f filename	指定包文件名——必须紧跟文件名！建议 -f 单独写
-C 目录	解压到指定目录
-p	保留原本权限与属性（备份必备！）
-P	保留绝对路径（危险！一般不推荐）
--exclude=FILE	排除指定文件
--newer-mtime=日期	只打包指定日期之后变更的文件（差异备份）

# 基本三件套
tar -jcv -f file.tar.bz2 /etc      # 打包+bzip2
tar -jtv -f file.tar.bz2           # 查看包内容
tar -jxv -f file.tar.bz2 -C /tmp   # 解包到 /tmp

-f 的经典坑：tar -jcvf file.tar.bz2 正确；tar -jvfc file.tar.bz2 则输出文件名变成 c（因为 -fc）。建议把 -f 单独写。

默认去掉根目录 /——安全设计：打包 /etc 后，包内文件名是 etc/passwd 而非 /etc/passwd。如果保留 /，在 /tmp 解开会直接覆盖系统 /etc！若确实需要保留绝对路径加 -P（大写），但强烈不推荐。

# 实际备份 /etc 对比三种格式
time tar -zpcv -f /root/etc.tar.gz /etc    # gzip: 0.8s, 7.7MB
time tar -jpcv -f /root/etc.tar.bz2 /etc   # bzip2: 1.9s, 6.7MB
time tar -Jpcv -f /root/etc.tar.xz /etc    # xz: 9.0s, 5.5MB
# 注意警告 "Removing leading `/' from member names"

仅解包单一文件：先用 -jtv | grep 找到包内路径 → 用该路径解出（注意不以 / 开头）。

tar -jtv -f /root/etc.tar.bz2 | grep 'shadow'
tar -jxv -f /root/etc.tar.bz2 etc/shadow

排除文件：

tar -jcv -f /root/system.tar.bz2 --exclude=/root/etc* \
  --exclude=/root/system.tar.bz2 /etc /root

差异备份（—newer-mtime）：

tar -jcv -f new.tar.bz2 --newer-mtime="2015/06/17" /etc/*
# --newer-mtime 只比较 mtime；--newer 同时比较 mtime+ctime
# 未变更的文件最后显示 "file is unchanged; not dumped"

管线打包——不产生中间文件：

cd /tmp
tar -cvf - /etc | tar -xvf -
# - 代表 stdout/stdin，通过管线在内存中传递，类似 cp -r

系统备份范例：

mkdir /backups; chmod 700 /backups
tar -jcv -f /backups/backup-system-$(date +%Y%m%d).tar.bz2 \
  --exclude=/root/*.gz --exclude=/home/loop* \
  /etc /home /var/spool/mail /var/spool/cron /root

术语：tarfile = 纯打包不压缩（*.tar），tarball = 打包且压缩（*.tar.gz 等）。

tar 还原后 SELinux 陷阱：还原系统文件（如 /etc/shadow）后 SELinux 安全上下文被破坏→可能无法登录。三种修复：① 重启前 restorecon -Rv /etc（最推荐）；② 改 /etc/selinux/config → permissive；③ 创建 /.autorelabel 重启。

8.4 XFS 文件系统的备份与还原

tar 针对目录树备份；xfsdump 针对整个文件系统（partition）级别备份。

8.4.1 XFS 文件系统备份 xfsdump

五条限制：① 只能备份已挂载的文件系统；② 需要 root 权限；③ 只能备份 XFS；④ 备份出的数据只能由 xfsrestore 解析；⑤ 靠 UUID 识别，不能备份两个相同 UUID 的文件系统；⑥ 只能备份整个文件系统（如 /boot），不能备份普通目录（如 /etc）。

完整备份与累积备份：level 0 = 完整备份；level 1~9 = 累积（增量）备份。level 1 只备份与 level 0 的差异；level 2 只备份与 level 1 的差异。备份记录在 /var/lib/xfsdump/inventory/。

# 先确认是独立文件系统
df -h /boot       # → /dev/vda2
 
# level 0 完整备份
xfsdump -l 0 -L boot_all -M boot_all -f /srv/boot.dump /boot
 
# level 1 累积备份（只会备份新增/修改的文件）
dd if=/dev/zero of=/boot/testing.img bs=1M count=10  # 模拟变更
xfsdump -l 1 -L boot_2 -M boot_2 -f /srv/boot.dump1 /boot
# 观察文件大小: boot.dump ≈ 98MB, boot.dump1 ≈ 10MB（正好是新增文件大小！）
 
# 查看所有备份记录
xfsdump -I    # 输出含 session id, level, label, time, pathname

8.4.2 XFS 文件系统还原 xfsrestore

xfsrestore -I                        # 查看备份记录（同 xfsdump -I）
# 完整还原 level 0
xfsrestore -f /srv/boot.dump -L boot_all /boot
# 注意：同名文件被覆盖，但原位置**新增的文件不会被删除**
 
# 还原到其他位置查看
xfsrestore -f /srv/boot.dump -L boot_all /tmp/boot
 
# 只还原包内某一个目录
xfsrestore -f /srv/boot.dump -L boot_all -s grub2 /tmp/boot2
 
# 累积还原：先 level 0 再 level 1
xfsrestore -f /srv/boot.dump -L boot_all /tmp/boot
xfsrestore -f /srv/boot.dump1 /tmp/boot
 
# 互动模式（不知道包里有啥时用 -i 进入交互界面选择文件）
xfsrestore -f /srv/boot.dump -i /tmp/boot3
# 进入后可 ls, cd, add, delete, extract

8.5 光盘写入工具

8.5.1 mkisofs：创建镜像文件

mkisofs [-o 镜像文件] [-Jrv] [-V vol] [-m file] [-graft-point isodir=systemdir ...] 待备份文件...
# -o: 输出 ISO 文件名
# -r: 通过 Rock Ridge 记录 UID/GID 等 Unix 文件信息
# -J: 兼容 Windows 的长文件名（最长 64 Unicode 字符）
# -V: Volume 名称（类似 Windows 光盘标题）
# -m: 排除文件（支持通配符）
# -graft-point: 指定镜像内目录结构

注意：不同目录下有同名文件（如 /root/crontab 和 /etc/crontab）时 mkisofs 会报错——因为光盘的 iso9660 文件系统不允许同名。

# 简单打包——所有文件堆在根目录（不推荐）
mkisofs -r -v -o /tmp/system.img /root /home /etc
 
# 使用 -graft-point 指定镜像内目录结构（推荐）
mkisofs -r -V 'linux_file' -o /tmp/system.img \
  -m /root/etc -graft-point /root=/root /home=/home /etc=/etc
 
# 验证：挂载 ISO 查看
mount -o loop /tmp/system.img /mnt && ls /mnt && umount /mnt

制作可开机光盘：从原版 ISO 提取内容 → 修改 → 重建时加 -b isolinux/isolinux.bin -c isolinux/boot.cat -no-emul-boot 等开机参数。详细流程见原书。

8.5.2 cdrecord：光盘烧录工具

CentOS 7 使用 wodim（兼容 cdrecord）。

wodim --devices dev=/dev/sr0                # 侦测烧录机位置
wodim -v dev=/dev/sr0 blank=fast            # 抹除可复写光盘（-v 显示过程）
wodim -v dev=/dev/sr0 speed=4 -eject /tmp/system.img  # 烧录（-eject 完成后自动弹出）
# 非可复写光盘省略 blank 步骤

8.6 其他常见的压缩与备份工具

8.6.1 dd

dd 逐扇区读取，不认文件系统——连未使用扇区也写入，备份文件 = 分区总容量（不管实际用了多少）。优势是任何文件系统格式都能备份/还原。

dd if="input_file" of="output_file" bs="block_size" count="number"
# bs 默认 512 Bytes（一个扇区）
 
# 备份文件
dd if=/etc/passwd of=/tmp/passwd.back
 
# 光盘 → 镜像文件
dd if=/dev/sr0 of=/tmp/system.iso
 
# 镜像 → USB 磁盘（制作启动盘！）
dd if=/tmp/system.iso of=/dev/sda     # 注意：of 是整个磁盘不是分区！
 
# 备份整个分区——文件大小 = 分区总容量
dd if=/dev/vda2 of=/tmp/vda2.img      # 1GB 分区 → 1GB 文件
 
# 完整复制分区（包括 boot sector）
# 先 fdisk 创建相同大小的分区，再 dd 复制

dd 做 USB 启动盘是最经典的用途——比任何工具都快，一行搞定。

8.6.2 cpio

cpio 可以备份任何文件（包括 /dev 下的设备文件），但不会自己找文件——必须配合 find 等指令提供文件列表。

cpio -ovcB  > [file|device]    # 备份（-o=output, -v=verbose, -c=统一格式, -B=加速读写）
cpio -ivcdu < [file|device]    # 还原（-i=input, -d=自动创建目录, -u=覆盖旧文件）
cpio -ivct  < [file|device]    # 查看内容（-t=查看）

# 备份 /boot 下所有文件
cd /
find boot | cpio -ocvB > /tmp/boot.cpio
# 注意：必须 cd 到 / 再 find boot（不能用 find /boot），因为 cpio 不认绝对路径
 
# 查看备份内容
cpio -ivct < /tmp/boot.cpio
 
# 还原
cd /
cpio -idvc < /tmp/boot.cpio
 
# 整盘备份到磁带机
find / | cpio -ocvB > /dev/st0
cpio -idvc < /dev/st0

initramfs（/boot/initramfs-xxx.img）就是用 cpio 打包的！file 检查其类型会显示 “ASCII cpio archive”。

关键命令

命令	用途
gzip -v/-d/-c	压缩/解压 .gz
zcat/zgrep	不解压查看/搜索 .gz
bzip2 -v/-d/-k	压缩/解压 .bz2
xz -v/-d/-k/-l	压缩/解压 .xz
tar -jcv -f	bzip2 打包
tar -jtv -f	查看包内容
tar -jxv -f -C	解包到指定目录
tar --exclude / --newer-mtime	排除/差异备份
xfsdump -l N -L label -f	XFS 备份（level 0~9）
xfsdump -I	查看备份记录
xfsrestore -f -L -s	XFS 还原（-s 指定子目录，-i 互动模式）
mkisofs -r -o -graft-point	创建 ISO 镜像
wodim -v dev=/dev/sr0	光盘烧录
dd if= of= bs=	扇区级复制（做 USB 启动盘）
cpio -ovcB / cpio -idvc	配合 find 备份/还原
restorecon -Rv /etc	修复 SELinux 上下文