Ext2文件系統(tǒng)

1、Ext2文件系統(tǒng)簡(jiǎn)介nEXT2文件系統(tǒng)是EXT文件系統(tǒng)的升級(jí)，在Linux中得到了廣泛的使用。nLinux最常見(jiàn)的根文件系統(tǒng)n介紹EXT2文件系統(tǒng)的n磁盤(pán)組織n目錄項(xiàng)和支持的文件類(lèi)型n一個(gè)文件系統(tǒng)一般使用塊設(shè)備上一個(gè)獨(dú)立的邏輯分區(qū)；文件邏輯分區(qū)中除了有表示文件內(nèi)容的邏輯塊(稱(chēng)為數(shù)據(jù)塊)外，還設(shè)置了包含管理和控制信息的邏輯塊。磁盤(pán)上可能有多個(gè)邏輯分區(qū)，每個(gè)分區(qū)可以使用不同的文件子系統(tǒng)。next2文件系統(tǒng)把邏輯分區(qū)劃分為塊組，并且從0開(kāi)始編號(hào)。每個(gè)塊組包含的等量的物理塊(即塊組大小是相同的；物理分區(qū)最后一個(gè)塊組可能小些)；在塊組的數(shù)據(jù)塊中存儲(chǔ)文件或目錄；n上圖中啟動(dòng)塊（BootBlock）的大小是

2、確定的，用來(lái)存儲(chǔ)磁盤(pán)分區(qū)信息和啟動(dòng)信息，任何文件系統(tǒng)都不能使用啟動(dòng)塊。啟動(dòng)塊之后才是ext2文件系統(tǒng)的開(kāi)始。（一）EXT2文件系統(tǒng)的磁盤(pán)組織n除了引導(dǎo)扇區(qū)之外，EXT2磁盤(pán)分區(qū)被順序劃分為若干個(gè)磁盤(pán)塊組磁盤(pán)塊組（Block Group）。n每個(gè)塊組由若干個(gè)磁盤(pán)塊，按照相同的方式組織，具有相同的大小。nEXT2磁盤(pán)塊組中的磁盤(pán)塊按順序被組織成：n一個(gè)用作超級(jí)塊超級(jí)塊的磁盤(pán)塊。n在這個(gè)磁盤(pán)塊里，存放了文件系統(tǒng)超級(jí)塊的一個(gè)拷貝；nN個(gè)記錄組描述符組描述符的磁盤(pán)塊；n1個(gè)記錄數(shù)據(jù)塊位圖數(shù)據(jù)塊位圖的磁盤(pán)塊；n1個(gè)記錄索引結(jié)點(diǎn)位圖索引結(jié)點(diǎn)位圖的磁盤(pán)塊；nN個(gè)用作索引結(jié)點(diǎn)表索引結(jié)點(diǎn)表的磁盤(pán)塊；nN個(gè)用作數(shù)據(jù)

3、塊數(shù)據(jù)塊的磁盤(pán)塊。EXT2的超級(jí)塊n描述整個(gè)分區(qū)的文件系統(tǒng)信息，如塊大小、版本號(hào)、上次mount時(shí)間等。n每個(gè)塊組的第一個(gè)磁盤(pán)塊用來(lái)保存所在EXT2fs的超級(jí)塊n多個(gè)塊組中的超級(jí)塊形成冗余n在某個(gè)或少數(shù)幾個(gè)超級(jí)塊被破壞時(shí)，可用于恢復(fù)被破壞的超級(jí)塊信息。n系統(tǒng)運(yùn)行期間，把超級(jí)塊復(fù)制到系統(tǒng)緩沖區(qū)內(nèi)，只需把塊組0的超級(jí)塊讀入內(nèi)存，其它塊組的超級(jí)塊做為備份塊組描述符n塊組描述符用來(lái)描述一個(gè)磁盤(pán)塊組的相關(guān)信息n塊組描述符組由若干塊組描述符組成，描述了文件系統(tǒng)中所有塊組的屬性，存放于超級(jí)塊所在塊的下一個(gè)塊中。n一個(gè)塊組描述符的結(jié)構(gòu)如下：數(shù)據(jù)塊位圖和索引結(jié)點(diǎn)塊位圖nEXT2的空閑盤(pán)塊分配算法采用了位圖法n位

4、圖：為便于查找數(shù)據(jù)塊或索引結(jié)點(diǎn)的分配信息n每個(gè)位（bit）都對(duì)應(yīng)了一個(gè)磁盤(pán)塊：n0，表示對(duì)應(yīng)的磁盤(pán)塊（或索引結(jié)點(diǎn)）空閑n1，表示占用。n2個(gè)位圖分別占用一個(gè)專(zhuān)門(mén)的磁盤(pán)塊；位于組描述符表之后n根據(jù)磁盤(pán)塊的大小，可以計(jì)算出每個(gè)塊組中最多能容納的數(shù)據(jù)塊個(gè)數(shù)和索引節(jié)點(diǎn)塊個(gè)數(shù)索引結(jié)點(diǎn)nEXT2中所有的索引結(jié)點(diǎn)大小相同，都是128個(gè)字節(jié)。一個(gè)inode的結(jié)構(gòu)如下：關(guān)于索引節(jié)點(diǎn)中的i_blocknext2的索引結(jié)點(diǎn)中使用了組合索引方式。n前12項(xiàng)用作直接索引n第13項(xiàng)用作間接索引n第14項(xiàng)用作二次間接索引n第15項(xiàng)用作三次間接索引nEXT2文件系統(tǒng)中的每個(gè)文件由一個(gè)inode描述，且只能由一個(gè)inode描述

5、。ninode與文件一起存放在外存，系統(tǒng)運(yùn)行時(shí)，把inode寫(xiě)入內(nèi)存建立映像，加快文件系統(tǒng)速度。索引節(jié)點(diǎn)表nEXT2的一個(gè)磁盤(pán)塊組中的索引結(jié)點(diǎn)存儲(chǔ)在一組連續(xù)的磁盤(pán)塊中，形成一個(gè)索引結(jié)點(diǎn)表。n這組磁盤(pán)塊中的第一個(gè)磁盤(pán)塊的塊號(hào)存儲(chǔ)在超級(jí)塊的bg_inode_table數(shù)據(jù)項(xiàng)中。ninode表用于跟蹤定位每個(gè)文件，包括位置、大小等（但不包括文件名），一個(gè)塊組只有一個(gè)inode表。n每個(gè)文件都有一個(gè)inode，一個(gè)塊組中的所有inode組成了inode表。n根據(jù)磁盤(pán)塊的大小，可以計(jì)算出每個(gè)磁盤(pán)塊能容納多少個(gè)索引結(jié)點(diǎn)n根據(jù)索引結(jié)點(diǎn)的總個(gè)數(shù)，可以計(jì)算出索引結(jié)點(diǎn)表所需要占用的磁盤(pán)塊的個(gè)數(shù)。ninode表占多

6、少個(gè)塊在格式化時(shí)就要決定并寫(xiě)入塊組描述符中，mke2fs格式化工具的默認(rèn)策略是一個(gè)塊組有多少個(gè)8KB就分配多少個(gè)inode。數(shù)據(jù)塊數(shù)據(jù)塊n數(shù)據(jù)塊中存放文件的內(nèi)容，包括目錄表、擴(kuò)展屬性、符號(hào)鏈接等。EXT2中的目錄項(xiàng)和文件類(lèi)型n在ext2文件系統(tǒng)中，目錄是作為文件存儲(chǔ)的。n這種文件的數(shù)據(jù)塊中存放了該目錄下的所有目錄項(xiàng)EXT2支持的文件類(lèi)型nEXT2在目錄項(xiàng)中存放了文件的類(lèi)型信息。文件類(lèi)型可以是07中的任意一個(gè)整數(shù)。它們分別代表如下含義：n0：文件類(lèi)型未知；n1：普通文件類(lèi)型；n2：目錄；n3：字符設(shè)備；n4：塊設(shè)備；n5：有名管道FIFO；n6：套接字；n7：符號(hào)鏈接注意：數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)的VFS映像n

7、超級(jí)塊、組描述符、緩沖區(qū)、以及內(nèi)存數(shù)據(jù)對(duì)象的關(guān)系（三）創(chuàng)建一個(gè)ext2文件系統(tǒng)n在磁盤(pán)上創(chuàng)建文件系統(tǒng)通常有兩個(gè)步驟：n格式化磁盤(pán)nLinux中：superformat或者fdformatn創(chuàng)建文件系統(tǒng)nExt2：mke2fsnmke2fs的缺省參數(shù)n磁盤(pán)塊大?。?024字節(jié)n分片：目前不支持，因此與磁盤(pán)塊一樣n分配inode的個(gè)數(shù)：1/8192Bn永久保留的塊的個(gè)數(shù)：5創(chuàng)建流程v初始化超級(jí)塊和組描述符vOptionally,檢查是否有壞塊，若有創(chuàng)建壞塊列表v對(duì)每個(gè)塊組，保留所有用來(lái)存放超級(jí)塊、組描述符、inode表、2個(gè)位圖的磁盤(pán)塊v初始化每個(gè)塊組中的位圖v初始化每個(gè)塊組中的inode表v創(chuàng)建

8、/root目錄v創(chuàng)建lost+found目錄（供e2fsck使用，與壞塊相關(guān)）v為上述兩個(gè)目錄而更新位圖信息v若有壞塊，則將其在lost+found目錄中組織起來(lái)以1.44MB的軟盤(pán)為例，創(chuàng)建ext2文件系統(tǒng)后VFS操作Ext2中對(duì)應(yīng)的具體的操作表超級(jí)塊操作ext2_sops指針數(shù)組普通文件的索引節(jié)點(diǎn)操作Ext2_file_inode_operations目錄文件的索引節(jié)點(diǎn)操作Ext2_dir_inode_operations鏈接文件的索引節(jié)點(diǎn)操作Ext2_symlink_operations/Page_symlink_operations字符設(shè)備文件Chrdev_inode_operatio

9、ns塊設(shè)備文件Blkdev_inode_operations命名管道Fifo_inode_operations文件操作ext2_file_operations（四）Ext2提供的各種對(duì)象方法n超級(jí)塊對(duì)象方法n索引節(jié)點(diǎn)對(duì)象方法n文件對(duì)象方法（五）管理ext2的磁盤(pán)空間n存儲(chǔ)在磁盤(pán)上的文件與用戶(hù)所“看到”的文件有所不同：n用戶(hù)感覺(jué)，文件在邏輯上是連續(xù)的n而在磁盤(pán)上，存儲(chǔ)文件數(shù)據(jù)的磁盤(pán)塊可能分散在磁盤(pán)各處n用戶(hù)感覺(jué)，文件可能比較大n而在磁盤(pán)上，由于文件空洞的存在，分配給文件的磁盤(pán)空間可能小于用戶(hù)感覺(jué)到的文件大小。n涉及到如下操作：n創(chuàng)建/刪除一個(gè)索引節(jié)點(diǎn)n數(shù)據(jù)塊的尋址n文件空洞n分配/釋放一個(gè)數(shù)據(jù)塊

10、n操作原則n避免文件碎片n考慮效率創(chuàng)建/刪除一個(gè)索引節(jié)點(diǎn)n創(chuàng)建一個(gè)磁盤(pán)索引節(jié)點(diǎn)n刪除一個(gè)索引節(jié)點(diǎn)關(guān)于數(shù)據(jù)塊的尋址n任何一個(gè)常規(guī)文件都會(huì)包含一系列數(shù)據(jù)塊n這些塊或者由文件內(nèi)的相對(duì)位置（文件塊號(hào)）來(lái)標(biāo)識(shí)，或者由磁盤(pán)分區(qū)內(nèi)的位置（它們的邏輯塊號(hào)）來(lái)標(biāo)識(shí)。n文件內(nèi)塊號(hào)vs.邏輯塊號(hào)n根據(jù)數(shù)據(jù)在文件中的偏移可以計(jì)算邏輯塊號(hào)：n首先計(jì)算出文件內(nèi)塊號(hào)（偏移f1）/塊大小的商1n根據(jù)索引信息，查詢(xún)到邏輯塊號(hào)混合索引示意圖n最初12個(gè)元素產(chǎn)生的邏輯塊號(hào)與文件最初的12個(gè)塊對(duì)應(yīng)，即對(duì)應(yīng)的文件塊號(hào)從011.n下標(biāo)12中的元素文件塊號(hào)從12b/4+11（二級(jí)數(shù)組）n下標(biāo)13中的元素文件塊號(hào)從b/4+12（b/4）平方

11、+（b/4）+11（三級(jí)數(shù)組）n下標(biāo)14中的元素文件塊號(hào)類(lèi)推（四級(jí)數(shù)組）文件大小限制n文件系統(tǒng)中的塊的大小影響尋址機(jī)制，大的塊允許EXT2把更多的邏輯塊號(hào)放在一個(gè)單獨(dú)的塊中。關(guān)于文件空洞nAfile holeisaportionofaregularfilethatcontainsnullcharactersandisnot stored in any data blockondisk.n這是UNIX文件一直以來(lái)都有的一個(gè)特性n文件的洞是普通文件的一部分，它是一些空字符但沒(méi)有存放在磁盤(pán)的任何數(shù)據(jù)塊中。n例如命令：創(chuàng)建一個(gè)大小為102461字節(jié)的文件，這個(gè)文件有一個(gè)102466144個(gè)字節(jié)大小的空洞。只有最后一個(gè)字節(jié)存放了字母“X”n由于空洞該文件在磁盤(pán)上只占一個(gè)數(shù)據(jù)塊n文件空洞可以節(jié)省磁盤(pán)空間nExt2通過(guò)數(shù)據(jù)塊的動(dòng)態(tài)分配來(lái)實(shí)現(xiàn)這一點(diǎn)：當(dāng)且僅當(dāng)一個(gè)進(jìn)程要寫(xiě)數(shù)據(jù)到文件當(dāng)且僅當(dāng)一個(gè)進(jìn)程要寫(xiě)數(shù)據(jù)到文件中的時(shí)候才真正分配磁盤(pán)塊中的時(shí)候才真正分配磁盤(pán)塊n每個(gè)索引節(jié)點(diǎn)的每個(gè)索引節(jié)點(diǎn)的i_size字段定義程序所看到字段定義程序所看到的文件大小，包括洞。的文件大小，包括洞。ni_blocks字段存放分配給文件有效的數(shù)據(jù)塊字段存放分配給文件有效的數(shù)據(jù)塊數(shù)數(shù)n前面例子：假定文件創(chuàng)建在假定文件創(chuàng)建在4096大小的塊上大小的塊上ni_size字段存放的數(shù)為