Linux文件系统结构

　　不一样的文件系统存储文件的方式是不一样的，因此其结构也是不一样的。本文要介绍的是Linux最传统的文件系统EXT2的结构。

　　EXT2文件系统的主要组成结构有：inode table（inode表格）、data block（信息区块）、superblock（超级区块）、filesystem description（文件系统描述说明）、inode bitmap（inode对照表）、block bitmap（区块对照表）等。

　　在EXT2文件系统中，文件的权限、属性与文件的内容是分开存储的，文件的权限和属性都存储在inode中，而文件内容则存储在block中。inode和block的大小和数量都是在格式化（即文件系统建立）的时候就已经固定了的。每一个inode的大小均为128bytes（ext4与xfs能够设置256bytes），每一个文件仅占用一个inode，因此文件系统中可以创建的文件数量与inode的数量有关。block有1k，2k和4k三种大小，因此当文件内容的大小超出block的大小时就须要多个block来存储了。

　　每一个inode和block都是有编号的。inode中不只存储了文件的权限和属性，也存储了文件内容存放的全部block的编号，这样只要找到文件的inode就能根据inode中记录的block的编号一次性把全部存放该文件内容的block的数据所有读取出来了。这里借鸟哥的图加以说明：

　　问题来了，记录一个block编号须要4bytes的空间，若是一个文件比较大的话，须要的block的数量是比较多的，可是inode只有128bytes啊，怎么记录得了那么多的block编号呢？其实并非全部的block编号都直接记录在inode中的，当文件占用的block数量比较多的时候，系统会拿出一些block专门来记录文件内容block的编号，而后inode只要记录这些block的编号就能够读取到文件内容block的编号了。EXT2把inode中记录blok编号的区域定义为12个直接，一个间接，一个双间接，和一个三间接记录区，这里仍是借用鸟哥的图加以说明：

这样子仍是能够根据inode找到存储文件内容的全部block啊！

　　不过尽管如此，因为inode中存放block编号的区域大小是固定的，inode可以存储的block编号的数量就是固定的，而block的大小也是固定的，因此也就是说在一个已知block大小的文件系统中，文件的最大大小是固定的！

　　既然block的大小有1K，2K和4K三种类型，那咱们是应该选择大一点的仍是小一点的好呢？因为一个block只能存储一个文档的内容，一个文件无论多小，它至少都会占用一个block的空间，因此若是block的空间很大，可是系统中有不少很小的文件，那会就浪费不少的空间了。若是把block定得很小，可是系统中有不少大文件的话，那么一个文件就须要存放到不少个block中，读取文件内容的时候须要到多个block中读取，并且inode须要记录的block的编号不少，系统还须要拿出更多的block来记录文件内容block的编号，这在时间和空间上都是比较浪费的。因此，block的大小定多少合适，仍是须要根据文件系统预计使用状况来决定的。

　　接下来简单介绍一下EXT文件系统结构中其余组成部分：

（1）Superblock：大小为1024bytes，是记录整个文件系统相关信息的地方，主要有：block与inode的大小和数量、未使用与已使用的inode/block的数量，以及文件系统的是否已被挂载、挂载的时间等等。

（2）Filesystem description：描述每一个block group（下文介绍）的开始与结束的block编号，以及说明每一个区段（inode table，data block等）分别介于哪一个block号码之间。

（3）Inode bitmap：记录哪些inode是未使用的，哪些是已被使用的。

（4）Block bitmap：记录哪些block是未使用的，哪些是已被使用的。

　　此外，在EXT3和EXT4中，还会规划出一个区块用于记录文件修改的日志记录，以便在文件系统发生问题的时候能很快查到问题所在。

　　若是文件系统很大的话，inode和block的数量就会很大，不容易管理，因此EXT在格式化的时候基本上是区分为多个区块群组的，每一个区块群组都有以上介绍的全部组成部分（能够从指令dumpe2fs的打印结果中查看），看起来就像下图（图借自鸟哥）：

　　这样了解了EXT2文件系统的结构以后，文件的建立、查询、修改、删除具体经历了哪些过程，包含了哪些细节，咱们就能够清楚地知道了！

　　文件系统格式化的时候，EXT文件系统家族在格式化处理的过程当中就把全部/inode/block/meta data等结构都预先规划并分配好，之后系统就能够直接取用，不须要再进行动态配置了。这种方法有个问题，就是当格式化的文件系统很大的时候，格式化须要花费很长的时间。而新的日志式文件系统XFS就弥补了这个不足，它的inode和block都是等系统须要使用的时候才进行动态分配的，因此格式化过程超快，适合用于大文件系统。