Ext2文件系統(tǒng)

1、Ext2文件系統(tǒng)簡介nEXT2文件系統(tǒng)是EXT文件系統(tǒng)的升級，在Linux中得到了廣泛的使用。nLinux最常見的根文件系統(tǒng)n介紹EXT2文件系統(tǒng)的n磁盤組織n目錄項和支持的文件類型n一個文件系統(tǒng)一般使用塊設(shè)備上一個獨立的邏輯分區(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。磁盤上可能有多個邏輯分區(qū)，每個分區(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開始編號。每個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)最后一個塊組可能小些)；在塊組的數(shù)據(jù)塊中存儲文件或目錄；n上圖中啟動塊（BootBlock）的大小是

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

3、塊數(shù)據(jù)塊的磁盤塊。EXT2的超級塊n描述整個分區(qū)的文件系統(tǒng)信息，如塊大小、版本號、上次mount時間等。n每個塊組的第一個磁盤塊用來保存所在EXT2fs的超級塊n多個塊組中的超級塊形成冗余n在某個或少數(shù)幾個超級塊被破壞時，可用于恢復(fù)被破壞的超級塊信息。n系統(tǒng)運行期間，把超級塊復(fù)制到系統(tǒng)緩沖區(qū)內(nèi)，只需把塊組0的超級塊讀入內(nèi)存，其它塊組的超級塊做為備份塊組描述符n塊組描述符用來描述一個磁盤塊組的相關(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，存放于超級塊所在塊的下一個塊中。n一個塊組描述符的結(jié)構(gòu)如下：數(shù)據(jù)塊位圖和索引結(jié)點塊位圖nEXT2的空閑盤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)點的分配信息n每個位（bit）都對應(yīng)了一個磁盤塊：n0，表示對應(yīng)的磁盤塊（或索引結(jié)點）空閑n1，表示占用。n2個位圖分別占用一個專門的磁盤塊；位于組描述符表之后n根據(jù)磁盤塊的大小，可以計算出每個塊組中最多能容納的數(shù)據(jù)塊個數(shù)和索引節(jié)點塊個數(shù)索引結(jié)點nEXT2中所有的索引結(jié)點大小相同，都是128個字節(jié)。一個inode的結(jié)構(gòu)如下：關(guān)于索引節(jié)點中的i_blocknext2的索引結(jié)點中使用了組合索引方式。n前12項用作直接索引n第13項用作間接索引n第14項用作二次間接索引n第15項用作三次間接索引nEXT2文件系統(tǒng)中的每個文件由一個inode描述，且只能由一個inode描述

5、。ninode與文件一起存放在外存，系統(tǒng)運行時，把inode寫入內(nèi)存建立映像，加快文件系統(tǒng)速度。索引節(jié)點表nEXT2的一個磁盤塊組中的索引結(jié)點存儲在一組連續(xù)的磁盤塊中，形成一個索引結(jié)點表。n這組磁盤塊中的第一個磁盤塊的塊號存儲在超級塊的bg_inode_table數(shù)據(jù)項中。ninode表用于跟蹤定位每個文件，包括位置、大小等（但不包括文件名），一個塊組只有一個inode表。n每個文件都有一個inode，一個塊組中的所有inode組成了inode表。n根據(jù)磁盤塊的大小，可以計算出每個磁盤塊能容納多少個索引結(jié)點n根據(jù)索引結(jié)點的總個數(shù)，可以計算出索引結(jié)點表所需要占用的磁盤塊的個數(shù)。ninode表占多

6、少個塊在格式化時就要決定并寫入塊組描述符中，mke2fs格式化工具的默認策略是一個塊組有多少個8KB就分配多少個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、擴展屬性、符號鏈接等。EXT2中的目錄項和文件類型n在ext2文件系統(tǒng)中，目錄是作為文件存儲的。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EXT2支持的文件類型nEXT2在目錄項中存放了文件的類型信息。文件類型可以是07中的任意一個整數(shù)。它們分別代表如下含義：n0：文件類型未知；n1：普通文件類型；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：符號鏈接注意：數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)的VFS映像n

7、超級塊、組描述符、緩沖區(qū)、以及內(nèi)存數(shù)據(jù)對象的關(guān)系（三）創(chuàng)建一個ext2文件系統(tǒng)n在磁盤上創(chuàng)建文件系統(tǒng)通常有兩個步驟：n格式化磁盤nLinux中：superformat或者fdformatn創(chuàng)建文件系統(tǒng)nExt2：mke2fsnmke2fs的缺省參數(shù)n磁盤塊大?。?024字節(jié)n分片：目前不支持，因此與磁盤塊一樣n分配inode的個數(shù)：1/8192Bn永久保留的塊的個數(shù)：5創(chuàng)建流程1.初始化超級塊和組描述符2.Optionally,檢查是否有壞塊，若有創(chuàng)建壞塊列表3.對每個塊組，保留所有用來存放超級塊、組描述符、inode表、2個位圖的磁盤塊4.初始化每個塊組中的位圖5.初始化每個塊組中的inod

8、e表6.創(chuàng)建/root目錄7.創(chuàng)建lost+found目錄（供e2fsck使用，與壞塊相關(guān)）8.為上述兩個目錄而更新位圖信息9.若有壞塊，則將其在lost+found目錄中組織起來以1.44MB的軟盤為例，創(chuàng)建ext2文件系統(tǒng)后VFS操作Ext2中對應(yīng)的具體的操作表超級塊操作ext2_sops指針數(shù)組普通文件的索引節(jié)點操作Ext2_file_inode_operations目錄文件的索引節(jié)點操作Ext2_dir_inode_operations鏈接文件的索引節(jié)點操作Ext2_symlink_operations/Page_symlink_operations字符設(shè)備文件Chrdev_inode

9、_operations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提供的各種對象方法n超級塊對象方法n索引節(jié)點對象方法n文件對象方法（五）管理ext2的磁盤空間n存儲在磁盤上的文件與用戶所“看到”的文件有所不同：n用戶感覺，文件在邏輯上是連續(xù)的n而在磁盤上，存儲文件數(shù)據(jù)的磁盤塊可能分散在磁盤各處n用戶感覺，文件可能比較大n而在磁盤上，由于文件空洞的存在，分配給文件的磁盤空間可能小于用戶感覺到的文件大小。n涉及到如下操作：n創(chuàng)建/刪除一個索引節(jié)點n數(shù)據(jù)塊的尋址n文件空洞n分

10、配/釋放一個數(shù)據(jù)塊n操作原則n避免文件碎片n考慮效率創(chuàng)建/刪除一個索引節(jié)點n創(chuàng)建一個磁盤索引節(jié)點n刪除一個索引節(jié)點關(guān)于數(shù)據(jù)塊的尋址n任何一個常規(guī)文件都會包含一系列數(shù)據(jù)塊n這些塊或者由文件內(nèi)的相對位置（文件塊號）來標(biāo)識，或者由磁盤分區(qū)內(nèi)的位置（它們的邏輯塊號）來標(biāo)識。n文件內(nèi)塊號vs.邏輯塊號n根據(jù)數(shù)據(jù)在文件中的偏移可以計算邏輯塊號：n首先計算出文件內(nèi)塊號（偏移f1）/塊大小的商1n根據(jù)索引信息，查詢到邏輯塊號混合索引示意圖n最初12個元素產(chǎn)生的邏輯塊號與文件最初的12個塊對應(yīng)，即對應(yīng)的文件塊號從011.n下標(biāo)12中的元素文件塊號從12b/4+11（二級數(shù)組）n下標(biāo)13中的元素文件塊號從b/4+

11、12（b/4）平方+（b/4）+11（三級數(shù)組）n下標(biāo)14中的元素文件塊號類推（四級數(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制，大的塊允許EXT2把更多的邏輯塊號放在一個單獨的塊中。關(guān)于文件空洞nAfile holeisaportionofaregularfilethatcontainsnullcharactersandisnot stored in any data blockondisk.n這是UNIX文件一直以來都有的一個特性n文件的洞是普通文件的一部分，它是一些空字符但沒有存放在磁盤的任何數(shù)據(jù)塊中。n例如命令：創(chuàng)建一個大小為102461字節(jié)的文件，這個文件有一個102466144個字節(jié)大小的空洞。只有最后一個字節(jié)存放了字母“X”n由于空洞該文件在磁盤上只占一個數(shù)據(jù)塊n文件空洞可以節(jié)省磁盤空間nExt2通過數(shù)據(jù)塊的動態(tài)分配來實現(xiàn)這一點：當(dāng)且僅當(dāng)一個進程要寫數(shù)據(jù)到文件當(dāng)且僅當(dāng)一個進程要寫數(shù)據(jù)到文件中的時候才真正分配磁盤塊中的時候才真正分配磁盤塊n每個索引節(jié)點的每個索引節(jié)點的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