浅谈Linux Ext文件系统

首先请读者思考一个问题：Linux系统下面这么多的文件是如何来管理的？新建一个文件都是经历了什么样的过程？

1.Ext文件系统的特点

1).文件系统的特点

权限与属性放置到inode中，至于实际数据则放置到data block块中。还有一个超级块super block会记录整个文件系统的整体信息，包括inode与block的总量、使用量、剩余量等；

• super block：记录此文件系统的整体信息，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；

2).Ext2文件系统

inode与block的大小是在一开始就规划好的，除非重新格式，否则inode与block固定后就不再变动；
对于文件系统动则上百G，那么将所有的inode与block放置在一起不容易管理，因此Ext2文件系统在格式化的时候基本上是区分为多个块组(block group)的，每个块组都有独立的inode/block/super block系统；

2.Ext的组成

1).data block（数据块）

data bloc是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三种。在格式化时block的大小就固定了，且每个block都有编号，以方便inode记录；
Ext2文件系统的block有以下限制：

• 原则上，block的大小与数量在格式化完就不能够再改变了；
• 每个block内最多只能够放置一个文件的数据；
• 如果文件大于block的大小，则一个文件会占用多个block数量；
• 若文件小于block，则该block的剩余空间就不能够再被使用了；

2).inode table（inode表格）

inode的内容主要记录文件的属性以及该文件实际数据是放置在哪几号block；

• 每个inode大小均固定为128bytes;
• 每个文件都仅会占用一个inode而已；
• 系统读取文件时需要先找到inode，并分析inode所记录的权限与用户是否符合，若符合才能够开始实际读取block的内容；

inode要记录的数据非常多，但inode的大小仅仅只有128bytes，而inode记录一个block号码要花掉4bytes，假设一个文件有400M且每个block为4KB，那么至少也在10万条block号码的记录，inode哪能记录这么多信息呢，inode空间也不够啊；
inode记录block号码的区域定义为12个直接、一个间接、一个双间接与一个三间接记录；所谓间接就是拿一个block来当作记录block号码的记录区；

假设每个block的大小为1KB;
12个直接：12 x 1=12K;
一个间接：256 x 1K=256K; 256=1KB(一个block) / 4byte(记录一个block索引需要花费的大小)
一个双间接：256 x 256 x 1KB=256^2K
一个三间接：256 x 256 x 256 x 1KB=256^3K
总共加起来为：16GB；所以当文件系统block格式化为1K大小时，能够容纳的最大文件为16GB;

3).superblock（超级块）

superblock是记录整个文件系统相关信息的地方，没有superblock，就没有这个文件系统了。它主要记录的信息有：

• block与inode的总量；
• 未使用与已使用的inode/block数量；
• block与inode的大小（block为1K,2K,4K，inode为128bytes）；
• superblock的大小为1024bytes；

4).File system Description（文件系统描述说明）

这个区段可以描述每个block group的开始与结束的block号码，以及说明每个区段分别介于哪一个block号码之间。

5). block bitmap（块对照表）

添加文件时怎么知道哪个block是空的，需要通过block bitmap来辅助，从block bitmap当中可以知道哪个block是空的；

6).inode bitmap（inode对照表）

这个其它与block bitmap是类似的功能，只是block bitmap记录的是使用与未使用的block号码，至于inode bitmap则是记录使用与未使用的inode 号码；

3.Ext2/Ext2日志文件系统的功能

1).创建文件的流程

Ext2是如何处理创建文件的呢？
1.先确定用户对于添加文件的目录是否具有w与x的权限，若有的话才能添加；
2.根据inode bitmap找到没有使用的inode号码，并将新文件的权限/属性写入；
3.根据block bitmap找到没有使用中的block号码，并将实际的数据写入block中，且更新inode的block指向数据；
4.将刚才写入的inode与block数据同步更新inode bitmap与block bitmap，并更新superblock的内容；

2).数据的不一致状态

如果上述的创建文件在第4步时，因停电、内核错误等原因导致写入inode bitmap与block bitmap没有执行，就导致bitmap与实际数据存放区产生不一致的情况了；

3).日志文件系统

为解决上述问题，在文件系统当中规划出一个块，该块专门记录写入或修订文件时的步骤；

• 预备：当系统要写入一个文件时，会先在日志记录块中记录某个文件准备要写入的信息；
• 实际写入：开始写入文件的权限与数据；开始更新bitmap及super block数据；
• 结束：完成数据与新bitmap及super bloc的更新后，在日志记录块当中完成该文件的记录；

参考资料：鸟哥的Linux私房菜