EXT2/EXT3文件系统（一）

 

    整理自《鸟哥的Linux私房菜》，整理者：华科小涛http://www.cnblogs.com/hust-ghtao/

 

1.文件系统概念引入

    文件系统是一种存储和组织计算机数据的方法，它使得对其访问和查找变得容易，文件系统使用文件和树形目录的抽象逻辑概念代替了硬盘和光盘等物理设备使用数据块的概念，用户使用文件系统来保存数据没必要关心数据实际保存在硬盘（或者光盘）的地址为多少的数据块上，只须要记住这个文件的所属目录和文件名。在写入新数据以前，用户没必要关心硬盘上的那个块地址没有被使用，硬盘上的存储空间管理（分配和释放）功能由文件系统自动完成，用户只须要记住数据被写入到了哪一个文件中。

    咱们都知道磁盘分区后还要进行格式化，以后操做系统才可以使用这个分区。这是由于每种操做系统所设置的文件属性/权限不一样，为了存放这些数据所须要的数据，所以就要对分区进行格式化，以成为操做系统可以利用的文件系统格式。

    文件数据除了文件的实际内容外，还含有文件权限（RWX）与文件属性（全部者、群组、时间参数等）。文件系统一般会把这两部分数据放到不一样的块，权限与属性放置到inode中，至于实际数据则放置到data block中。另外，还有一个Superblock会记录文件的总体信息，包括inode与block的总量、使用量、剩余量等。

    每一个inode和block都有编号，这三个数据的意义简要的说明以下：

• superblock：记录此文件的总体信息，包括inode/block的总量、使用量、剩余量，以及文件系统的格式与相关信息等；
• inode：记录文件的属性，一个文件占用一个inode，同时记录此文件的数据所在的block号码；
• block：实际记录文件的内容，若文件太大时，会占用多个block。

    用于inode和block都有本身的编号，而每一个文件都会占有一个inode，inode内则含有文件数据放置的block号码。因此，若是可以找到文件的inode，那么天然就会知道数据存放到哪些block了，也就能够对数据进行读取。

    inode/block数据访问示意图：

                                     

    今后图咱们能够看到，文件系统先格式化出inode与block的块，假设一个文件的属性与权限数据存放到inode4中，而inode4又记录了文件数据的实际放置点为2,7,13,15这4个block号码，此时操做系统就能够据此一会儿将数据内容读出来。这种数据访问的访问称为“索引式文件系统”。

 

2.EXT2文件系统

    上面的示意图，是将全部的inode和block都放到一块儿。可是若是文件系统很大时，inode和block的数量就会不少，将它们放在一块儿就不方便管理了。因此又提出了block group的概念，每一个block group内都有独立的inode/block/superblock系统。咱们再看一下含有block group的文件系统示意图：

                                     

    注意，文件系统最前面有一个启动扇区（boot sector），这个启动扇区能够安装引导装在程序（这是个很是nice的设计，如此一来就可以将不一样的引导装在程序安装到个别的文件系统的最前端，而不用覆盖掉MBR，这样才能制做出多重引导的环境）。至于每个block group的主要内容：

2.1 data block

    用来放置文件内容的地方，在EXT2文件系统中所支持的block大小有1KB,2KB及4KB。因为block大小的区别，会致使该文件系统可以支持的最大磁盘容量和最大单一文件容量不一样。由于block大小而产生的EXT2文件系统限制以下所示：

                            

    除此以外对block的限制还包括：（1）原则上，block的大小与数量格式化完就不能变了；（2）每一个block内最多只能存放一 个文件的数据；（3）若是文件大于block的大小，则会占用多个block；（4）若文件小于block大小，则该block的剩余空间就不能再用了。

2.2 inode table

    inode记录的数据至少有下面这些：（1）该文件的访问模式（RWX）；（2）该文件的全部者（owner/group）；（3）该文件的大小；（4）该文件建立或状态改变的时间（ctime）；（5）最后一次的读取时间（atime）；(6)最近修改的时间（mtime）；（7）定义文件特性的标志，如SetUID；（8）该文件真正内容的指向。

    下面让咱们来分析一下inode/block与文件大小的关系。inode大小128B，记录一个block用4B。假设文件很大，将须要不少记录，为了解决这个问题，操做系统将inode记录block号码的区域定义为12个直接、一个间接、一个双间接和一个三间接记录区。如图所示：

 

                                      

 咱们计算一下这样的inode能指定多少block？咱们假设block大小为1KB：

• 12个直接：12*1KB=12KB
• 间接：256*1K=256KB，每条block号码花4B，所以1K大小记录256个。
• 双间接：256*256*1K=256^2KB
• 三间接：256*256*256=256^3KB
• 总额=12个直接+间接+双间接+三间接= 16GB

    此时咱们知道当文件系统将block格式化为1K时，可以容纳的最大文件为16GB，和前面提到的相一致。但这个方法不能用在2K和4K大小的block的计算中，由于它们还会受到文件系统自己的限制。