Linux下ext2文件系統(tǒng)的研究與實踐

1、linux下ext2文件系統(tǒng)的研究與實踐摘要lining當(dāng)今流行的操作系統(tǒng)之一，它具有性能穩(wěn)定、功能強大、效率高等幾大特點。 它在功能特性方面與uni啄統(tǒng)相似，同時又具有多任務(wù)、多用戶、多平臺等若干特性。而文 件系統(tǒng)是linu«作系統(tǒng)最重要的部分之一，但也是用戶一般很少關(guān)注的部分。作為應(yīng)用最 廣泛的操作系統(tǒng)，linujjj：去、現(xiàn)在和未來使用的文件系統(tǒng)包括：ext2, ext3, reiserfjf reiser< ext4, bufs,和ilixl 在 2001 年之前，ext2直是linu出勺標(biāo)準(zhǔn)文件 系統(tǒng)。這之后，cxt2文件系統(tǒng)也一直作為linu統(tǒng)的基礎(chǔ)性文件系統(tǒng)發(fā)揮著

2、重要的作用囚。 止是由于ext2文件系統(tǒng)的這一優(yōu)勢，本文才研究ext2文件系統(tǒng)的總體存儲布局，并通過實 例分析來進(jìn)一步探討其結(jié)構(gòu)，并且將研究成果應(yīng)用到解決ext2文件系統(tǒng)屮文件的恢復(fù)方面。 關(guān)鍵字1 inum作系統(tǒng)、ext2文件系統(tǒng)、文件恢復(fù)第一章緒論11課題研究背景及意義11.1.1課題研究的背景11.1.2論文研究的意義31.2 linux操作系統(tǒng)簡介31.3ext2文件系統(tǒng)簡介7第一章緒論1.1課題研究背景及意義1.1.1課題研究的背景l(fā)inux的第一個版木是基于minix文件系統(tǒng)的。當(dāng)linux成熟時,引入了擴(kuò) 展文件系統(tǒng)（ext fs）,它包含了幾個重要的擴(kuò)展，但提供的性能不令人滿意

3、。在 1994年引入了第二擴(kuò)展文件系統(tǒng)（second extended filesystem,ex；ext2是為解 決ext文件系統(tǒng)的缺陷而設(shè)計的可擴(kuò)展的、高性能的文件系統(tǒng).ext2足1993年 發(fā)布的，設(shè)計者是rey cardo在2000年以它是linux文件系統(tǒng)類型中使用最多 的格式，井且在速度和cpu利用率上較為突出，是gnu / linux系統(tǒng)屮標(biāo)準(zhǔn)的 文件系統(tǒng)。它存取文件的性能極好.對于中、小型的文件更顯示出優(yōu)勢。盡管 linux可以支持種類繁多的文件系統(tǒng)，但是2000年以前幾乎所有的linux發(fā)行版 都使用ext2作為歡認(rèn)的文件系統(tǒng)。它除了包含幾個新特點外，還相當(dāng)?shù)母咝?和健壯，已

4、經(jīng)成為廣泛使用的linux文件系統(tǒng)。當(dāng)然，ext2也有一些問題。由于它的設(shè)計者豐要考慮的是文件系統(tǒng)性能方 面的問題.而在寫入文件內(nèi)容的同時，并沒冇寫入文件的meta-data（和文件冇關(guān) 的信息，如權(quán)限、所有者及創(chuàng)建和訪問時間）。換言zlinux先寫入文件的內(nèi)容, 然后等到冇空時才寫入文件的meta-ctatao如果出現(xiàn)寫入文件內(nèi)容z后.但在寫 入文件的meta-data之前系統(tǒng)突然斷電就可能造成文件系統(tǒng)就會處于不一致的狀 態(tài)。在一個有大量文件操作的系統(tǒng)屮.出現(xiàn)這種情況會導(dǎo)致很嚴(yán)重的后果。正是 基于以上等原因，相繼出現(xiàn)了ext3文件系統(tǒng)。r志文件系統(tǒng)ext3具冇ext2所不具 備的特點和優(yōu)勢。

5、順利完成alcxt2到ext3的轉(zhuǎn)換，是實現(xiàn)ext3優(yōu)勢的必經(jīng)z路。 ext3文件系統(tǒng)是ext2文件系統(tǒng)的更高一級版本，它冇一個其它同類h志文件系統(tǒng) 所不具備的獨特優(yōu)勢，完全兼容ext2文件系統(tǒng)，因而ext3能充分利用ext2中己有的 操作和應(yīng)用，而且比ext2更有效、更易用。它在ext2的基礎(chǔ)上加入了記錄元數(shù)據(jù) 的口志功能，是一個支持異步的fi志。red hat 7. 2和suse7. 3已率先發(fā)行了包 傷ext3文件系統(tǒng)的linuxo通過使用linux最新安裝版木和e2fsprogs linux公用程 序，可將ext3文件系統(tǒng)編譯到系統(tǒng)的內(nèi)核屮?，F(xiàn)在linux最常用的ext3文件系 統(tǒng)也是

6、與ext2兼容的，基本格式是一致的，只是多了一些擴(kuò)展。1.1.2論文研究的意義linux下的ext2文件系統(tǒng)，是gxu/linux系統(tǒng)中標(biāo)準(zhǔn)的文件系統(tǒng)，具特點 為存取文件的性能極好，對于中小型的文件更顯示出優(yōu)勢，這主耍得利于其簇快 取層的優(yōu)良設(shè)計。正是由于linux性能穩(wěn)定、功能強大、效率高等這些特性，才 使得基于linux系統(tǒng)下的ext2文件系統(tǒng)更能發(fā)揮其性能好的作用。ext2文件系 統(tǒng)對linux系統(tǒng)的作用意義深遠(yuǎn)。其實ext2文件系統(tǒng)支持標(biāo)準(zhǔn)unix文件類型，例 如普通文件、目錄文件、特別文件和符號鏈接等。ext2文件系統(tǒng)可以管理特別 大的分區(qū)。以前內(nèi)核代碼限制文件系統(tǒng)的大小為2gb,現(xiàn)

7、在vfs把這個限制提高 到4tb。因此，現(xiàn)在使用大磁盤而不必劃分多個分區(qū)。ext2文件系統(tǒng)支持長文件 名，最大長度為255個字符，如果需要還可以增加到1012個字符，而且，它使 用變長的目錄表項。cxt2文件系統(tǒng)為超級用戶保留了一些數(shù)據(jù)塊，約為5% o 這樣，在用戶進(jìn)程山滿整個文件系統(tǒng)的情況下，系統(tǒng)管理員才冇引導(dǎo)程序放在這 里，其余一般文件系統(tǒng)都不使用引導(dǎo)塊。使用塊組對丁提高文件系統(tǒng)的可靠性有 很大好處，由于文件系統(tǒng)的控制管理信息在每個塊組屮都有一份拷貝，因此當(dāng) 文件系統(tǒng)意外出現(xiàn)崩潰吋可以很容易地恢復(fù)。另外，由于在有關(guān)塊組內(nèi)部，索引 節(jié)點表和數(shù)據(jù)塊的位置很近，在對文件進(jìn)行i/o操作時，可減少硬

8、盤磁頭的移 動距離。1. 2 linux操作系統(tǒng)介紹linux是一類unix計算機操作系統(tǒng)的統(tǒng)稱。linux操作系統(tǒng)的內(nèi)核的名字也 是“l(fā)inux”。linux操作系統(tǒng)也是自曲軟件和開放源代碼發(fā)展中最著名的例子。嚴(yán) 格來講，linux這個詞本身只表示linux內(nèi)核，但在實際上人們已經(jīng)習(xí)慣了用 linux來形容整個基于linux內(nèi)核，并且使用gnu工程各種工具和數(shù)據(jù)庫的操 作系統(tǒng)。linux的出現(xiàn)丄inux得名于計算機業(yè)余愛好者linus torvaldso當(dāng)吋他是芬 蘭赫爾辛基大學(xué)的學(xué)生。他的目的是想設(shè)計一個代替minix (是由一位名叫 andrew tannebaum的計算機教授編寫的一個

9、操作系統(tǒng)示教程序)的操作系 統(tǒng)，這個操作系統(tǒng)可用于386、486或奔騰處理器的個人計算機上，并月.具 有unix操作系統(tǒng)的全部功能，因而開始了 linux雛形的設(shè)計。簡單地說， linux是一套免費使用和自由傳播的類unix操作系統(tǒng)，它主要用于基于x86 系列cpu的讓算機上。這個系統(tǒng)是曲世界各地的成千上萬的程序員設(shè)計和 實現(xiàn)的。其目的是建立不受任何商品化軟件的版權(quán)制約的、全世界都能白由 使用的unix兼容產(chǎn)品。絕大多數(shù)基于linux內(nèi)核的操作系統(tǒng)使用了大量的gnu軟件，包括了 shell程序、工具、程序庫、編譯器及工具，還有許多其他程序，例如emacso 正因為如此，gnu計劃的開創(chuàng)者理查德

10、馬修斯托曼博士提議將linux操作 系統(tǒng)改名為gnu/linuxo但有些人只把操作系統(tǒng)叫做”linux”。linux的基本思想冇兩點：第一，一切都是文件；第二，每個軟件都冇 確定的用途。其中第一條詳細(xì)來講就是系統(tǒng)中的所有都?xì)w結(jié)為一個文件，包 括命令、硬件和軟件設(shè)備、操作系統(tǒng)、進(jìn)程等等對于操作系統(tǒng)內(nèi)核而言，都 被視為擁有各自特性或類型的文件。至于說linux是基于unix的，很大程 度上也是因為這兩者的基本思想十分相近。過去，linux主要被用作服務(wù)器 的操作系統(tǒng)，但因它的廉價、靈活性及unix背景使得它很合適作更廣泛的 應(yīng)用。傳統(tǒng)上有以linux為基礎(chǔ)的“l(fā)amp ( linux, apach

11、e, mysql, perl/php/python的組合)”經(jīng)典技術(shù)組合，提供了包括操作系統(tǒng)、數(shù)據(jù)庫、 網(wǎng)站服務(wù)器、動態(tài)網(wǎng)頁的一整套網(wǎng)站架設(shè)支持。而面向更人規(guī)模級別的領(lǐng)域 中，如數(shù)據(jù)庫中的oracle、db2、postgresql,以及用于apache的tomcat jsp等都已經(jīng)在linux ±冇了很好的應(yīng)用樣本。除了已在開發(fā)者群體屮廣泛 流行，它亦是現(xiàn)時提供網(wǎng)站務(wù)供應(yīng)商最常使用的平臺。低廉性基于其低廉成本與高度可設(shè)定性，linux常常被應(yīng)用于嵌入式系統(tǒng)，例 如機頂盒、移動電話及行動裝置等。在移動電話上，linux已經(jīng)成為與 symbian 0s> windows mobil

12、e系統(tǒng)并列的三大智能手機操作系統(tǒng)之一；而 在移動裝置上，則成為windows ce與palm os外之另一個選擇。目前流 行的tivo數(shù)位攝影機使用了經(jīng)過定制化后的linuxo此外，有不少硬件式的 網(wǎng)絡(luò)防火墻及路由器，例如部份linksys的產(chǎn)品，其內(nèi)部都是使用linux來 駟動、并采用了操作系統(tǒng)提供的防火墻及路由功能。廣泛性采用linux的超級電腦亦愈來愈多，根據(jù)2005年11月號的top500 超級電腦列表，顯示世上最快速的兩組超級電腦都是使用linux作為其操作 系統(tǒng)。而在表列的500套系統(tǒng)里，采用linux為操作系統(tǒng)的，占了 371組 （即74.2%）,其中的前十位者，有7組是使用li

13、nux的。除了一部分專家 之外，大多數(shù)人都不自己選擇每一樣組件或自行設(shè)置，而是直接使用linux 套件。2006年開始發(fā)售的sony playstation 3亦使用linux的操作系統(tǒng)。 之前，sony亦曾為他們的playstation 2推岀過一套名為ps2 linux的diy 組件。至于游戲開發(fā)商雅達(dá)利及id software,都有為其旗卜的游戲推出過 linux桌而版本。此外，linux game publishing亦有專門為linux平臺撰寫 游戲，并致力于把其他在windows平臺編撰的游戲程序碼轉(zhuǎn)攜至linux平 臺，及為轉(zhuǎn)攜游戲提供使用授權(quán)。而一個打算對所冇生活在發(fā)展中國家孩

14、子提供手提電腦的名為“每孩子 皆有一部手提電腦（olpc） ”的項目，正是使用linux作為缺省的操作系統(tǒng)。 我們不必探討linux源代碼的開放給我們帶來多大誘惑，我們只研究linux 對我們的生活有何幫助。我們在平時只要掌握linux最基礎(chǔ)的應(yīng)用，以及安 裝及使用就可以了。對linux的操作現(xiàn)在發(fā)展到了在命令行下操作以及像 windows的桌面系統(tǒng)般的應(yīng)用。對linux不是很了解的用戶可以選擇桌面型 linux安裝。這里把對linux的一些疑問解答從網(wǎng)上整理一下，貼出來，希 望對那些想要了解linux的朋友冇所幫助。靈活性linux以它的高效性和靈活性著稱。它能夠在pc計算機上實現(xiàn)全部的 u

15、nix特性，具冇多任務(wù)、多用戶的能力。linux是在gnu公共許可權(quán)限下 免費獲得的，是一個符合posix標(biāo)準(zhǔn)的操作系統(tǒng)。linux操作系統(tǒng)軟件包不 僅包括完整的linux操作系統(tǒng)，而且還包括了文本編輯器、高級語言編譯器 等應(yīng)用軟件。它還包括帶有多個窗口管理器的x-window圖形用戶界面，如 同我們使用windowsnt -樣，允許我們使用窗口、圖標(biāo)和菜單對系統(tǒng)進(jìn)行 作。倍受青睞的原因linux z所以受到廣大計算機愛好者的喜愛，主要原因冇兩個，一是它 屬于口由軟件，用戶不用支付任何費用就可以獲得它和它的源代碼，并且可 以根據(jù)自己的需要對它進(jìn)行必要的修改，無償對它使用，無約束地繼續(xù)傳播。 另

16、一個原因是，它具有unix的全部功能，任何使用unix操作系統(tǒng)或想要學(xué) 習(xí)unix操作系統(tǒng)的人都可以從linux中獲益。運行l(wèi)inux需要的配置并不高，支持眾多的pc周邊設(shè)備，并冃這樣一 個功能強大的軟件完全免費，其源代碼是完全公開的，任何人都能拿來使用。 說到這里，各位可能懷疑這免費后面是不是隱藏著什么？作者會心甘情愿的 把它拿出來而分文不取嗎？其實，它代表著軟件開發(fā)的另一種概念：那就是 基于gnu的版權(quán)制度。版權(quán)是為了保護(hù)作者應(yīng)有利益而設(shè)立的制度，但吋至今日它卻對科技的 發(fā)展造成了一定的阻礙。例如現(xiàn)在病毒的肆虐，就是因為微軟不肯將 windows的源代碼公開。殺毒軟件的廠商只好0己去鉆研o

17、le結(jié)構(gòu)。還有， intel為了保住自己的霸主地位，建立了一個個不許其它廠商使用的硬件規(guī) 范，造成眾多開發(fā)者并不是為了提升技術(shù)而是為了兼容性而耗費資金和時 間，這樣就造成了科研發(fā)展的混亂和壟斷。為了改變這種狀況，richard m. stallman在1984年創(chuàng)立了以生產(chǎn)免費 軟件為目的的組織free software foundation （自由軟件基金會,簡稱fsf） o他認(rèn)為：各個軟件公司為了自己的利益不公開源代碼會阻礙人類文 明的發(fā)展，一個真正好的軟件是為了替人解決問題，應(yīng)該散發(fā)給需要的人。 他開發(fā)了一個叫做gnu的計劃，第一套軟件就是gnu emacs （unix平臺 下強大的編輯

18、器）。任何人都能免費拿到這個軟件和它的源代碼，于是許多 人自發(fā)的修改這套軟件，為它增加功能。為了明確gnu的規(guī)范，stallman 發(fā)表了 gnu general public license 和 gnu library general public license授權(quán)聲明，根據(jù)這些聲明，所冇的gnu軟件都可以被任何人下載、 出售、復(fù)制和修改，但必須提供程序源代碼或者讓使用者知道從哪里獲得源 代碼！但不論免費或者收費，任何得到這些軟件的使用者都有和提供者同樣 的權(quán)利，可以將它們贈送或出售。出于這個授權(quán)，gnu軟件像滾雪球一樣 越來越多，功能也越來越強。當(dāng)然，這樣做也有不良的效果，如果開發(fā)商的

19、利潤減少了那么就沒冇人愿意真正開發(fā)軟件了，畢竟人述是耍吃飯的呀。不 過隨著internet的盛行，大眾越來越容易得到各種各樣的軟件，而且大多只 為一時之需，用完之后根木不會再用，一個軟件的使用壽命就大大縮短，在 這種情況下，傳統(tǒng)的電子出版行業(yè)應(yīng)該做出相應(yīng)的調(diào)整。linux核心程序的著作權(quán)歸linus本人所有，其它應(yīng)用程序歸各門的作 者所有，但按照gnu授權(quán)，任何人都可以釆取收費或免費方式來發(fā)行l(wèi)inux, 并在符合該授權(quán)的規(guī)范下做修改。這樣就有了一大批的免費程序移植到了 linux ±,包括gnu emacs、xfree86> mozilla等經(jīng)典軟件，并且在不斷 壯大中。出于

20、源代碼是公開的，任何一個使用linux的人在添置了新硬件后 都能口己編寫驅(qū)動程序，所以linux對新硬件的支持已經(jīng)超過了許多專業(yè) unix系統(tǒng)。linux的成功如果沒有internet是不可能的,因為linux實際上 是世界各地眾多程序員共同開發(fā)的結(jié)果。不斷完善p現(xiàn)在的linux經(jīng)過數(shù)次改版（包括核心的升級和周邊程序的完善），已 經(jīng)發(fā)展成了一個遵循posix標(biāo)準(zhǔn)的純32位多工操作系統(tǒng)，64位版本也在 開發(fā)z屮。linux可以兼容大部分的unix系統(tǒng)，很多unix的程序不需要 改動，或者很少的改變就可以運行于linux環(huán)境；內(nèi)置tcp/ip協(xié)議，可以 直接連入internet,作為服務(wù)器或者終端

21、使用；內(nèi)置java解釋器，可直接 運行java源代碼；具備程序語言開發(fā)、文字編輯和排版、數(shù)據(jù)庫處理等能 力;提供x window的圖形界血；主要用于x86系列的個人電腦，也有其它 不同硬件平臺的版本，支持現(xiàn)在流行的所有碩件設(shè)備。就性能上來說，它并 不弱于windows甚至unix,而且靠仿真程序還可以運彳亍windows應(yīng)用程 序。它有成千上萬的各類應(yīng)用軟件，并不輸于windows的應(yīng)用軟件數(shù)量， 其屮也冇商業(yè)公司開發(fā)的贏利性的軟件。最可貴的是：它是一個真正的unix 系統(tǒng)，可以供專業(yè)用戶和想學(xué)unix的人在自己的個人電腦上使用。linux 是一個非常靈活的系統(tǒng)，相對于windows而言也是一

22、個比較難用的系統(tǒng)， 就如同人多數(shù)用戶用不慣macos的單鍵鼠標(biāo)一樣。想要對linux輕車熟路， 你必須懂得一些相關(guān)知識，軟、硬件的配置，最好還懂點程序，因為沒有人 冇義務(wù)為您捉供技術(shù)支援，除了和其它用戶交流z外，您必須要自己解決 問題。當(dāng)然，如果您只是作為日常應(yīng)用，就不需要那么復(fù)雜啦，linux -樣 會為您提供完美的操作環(huán)境，你所要做的就是改變使用習(xí)慣和成見。早期的操作系統(tǒng)是沒冇圖形界面的，自從apple于1984年推出system 10開始,個人電腦才實現(xiàn)了真正的gui （graphics user interface,圖形 用戶界而），從此電腦變得更加具冇親和力，也更加易于使用。wind

23、ows 的圖形化開始于windows 3.1/3.2,直到windows 95的出現(xiàn)才標(biāo)志著多媒 體吋間的到來，從此計算機變得能說會唱起來。linux始于unix,卻青出 于藍(lán)勝于藍(lán)，同樣擁有著不俗的圖形用戶界面，性能更穩(wěn)定，也更漂亮，可 以和世界上曾經(jīng)出現(xiàn)過的，最美麗的操作系統(tǒng)媲美！不同于現(xiàn)在的xp, linux 的圖形界面是基于console z上的，類似于windows 95架于dos z上， linux下實現(xiàn)圖形界而的是x window系統(tǒng)（區(qū)別于ms的windows）。x window是一套用于unix的具有極大可攜性、對彩色掌握的多樣性 和網(wǎng)絡(luò)之間的操作透明性的健在式處理窗口系統(tǒng)。它和微軟的windows的 工作原理并不相同，不過兩者都使用圖形界面和窗口技術(shù)，從外表看來冇那 么一點點相似，但又存在著巨大的不同，實際上x window的界面更加多樣 化，也更漂亮，且高效快捷。就windows對于dos的地位一樣，x window 一改unix/linux單調(diào)的文本界面，提供了一個友善的圖形