2.1 Linux文件系统:EXT2文件系统解剖

1. EXT2文件系统

EXT2文件系统示意图

EXT2解剖图

• 块(BLOCK)
  文件系统中最小的存储单位是块(Block),一个块究竟有多大是在格式化是确定的。

• 启动块(Boot Block)
  启动块(Boot Block)大小确定，就是1K；启动块是由PC标准规定的，用来存储磁盘分区信息和启动信息，任何文件系统都不能使用启动块，启动块之后才是EXT2文件系统的开始

• 块组(Block Group)
  EXT2文件系统见整个分区划分成若干个同样大小的块组(Block Group),每个快都由一下部分组成。

• 超级块(Super Block)
  描述整个分区的文件系统信息，例如块大小，文件系统版本、上次mount(挂载)的时间等。超级块在每个块组的开头都有一份拷贝。

• 块组描述符表(GDT, Group Descriptor Table)
  由很多块组描述符组成，整个分区分成多少个块组就对应有多少个快描述符。每个块组描述符(Group Descriptor)存储一个块组的描述信息，例如在这个块组中从哪里开始是inode表，从哪里开始时数据块，空闲的inode和数据块还有多少个等等。

• 块组描述符表和超级块类似，块组描述符表在每个块组的开头也都有一份拷贝，这些信息是非常重要的，一旦超级块意外损坏就会丢失整个分区的数据，一旦块组描述符就丢失整个块组的数据，因此它们都有多份拷贝。

• 通常内核只用到第0个块组中的拷贝，当执行e2fsck检查文件系统一致性时，第0个块组中的超级块和快描述符表就会拷贝到其他块组，这样当第0块组的开头意外损坏时就可以用其他拷贝来恢复，从而减少损失。

• 块位图(Block Bitmap)
  块位图就是用来描述整个块组中哪些块已用哪些块空闲的，它本身占一个块，其中的每个bit代表本块组中的一个块，这个bit为1表示该块已用，这个bit为0表示该块空闲可用。
  假设1block=1024Bytes；那也就是8092bit位，那这个块位图的每个bit位都代表这个块组(Block Group)的每个block；如果第n个block上有数据，那在块位图相应的bit位就置为1，表示这个block已经被使用了；这样也就限定了这个块组(Block Group)的block的数量，当前就是8192个。

• 为什么用df命令统计整个磁盘的已用空间非常快呢？因为只需要查看每个块组的块位图即可，而不需要搜遍整个分区。

• inode位图(Inode Bitmap)
  与块位图相似，本身占一个block，其中每个bit位表示一个indoe是否空闲可用

• inode表(Inode Table)
  一个文件除了需要储存数据之外，一些描述信息也需要储存，例如文件类型(常规，目录，文件类型等)，权限，文件大小，创建/修改/访问时间等；这些信息存在inode中而不是数据块中。每个文件都有一个inode，一个块组中所有的inode组成了inode表。

• 一个inode占128Bytes,分成两部分，第一部分存储文件属性，权限，创建时间，所有者等等；第二部分存的是数据块指针，一共60个Bytes，也就是15个数据块指针，从block[0]~block[14],每个数据块指针指向一个数据块的block
• 15数据块指针的前12个是1级指针，第13个是二级指针，第14个是3级指针，第15个是四级指针；1级指针，顾名思义是直接指向一个数据块的，如果文件大小大于12个数据块的大小，就要使用第13个指针，这个二级指针是指向个数据块，这个数据块并不存放数据，而是每4Bytes再变成1级指针，指向其他的数据块，至于变成多少以及指针，这是由一个block的大小决定的；当文件也大于12个数据块和第13个二级指针指向的数据块时，再使用第14个3级指针，以此类推

• 我们删除文件时，一般不是直接删除文件所对应的数据块，而是删除块组描述符，块位图(Block Bitmap)，inode位图(Inode Bitmap)上关于这个文件的indoe表的信息；所以当我们误删除文件是，可以借其他组的块组描述符(GDT每个组都一样）来恢复文件的inode表，从而达到恢复文件的目的(只是思路而已)。
• block的标号是全局唯一，而不是每个组重复使用。可以通过stat查看文件系统的block大小

• 当我们用vi /home/rebot/hello.txt打开一个文件时，是怎么找到这个文件的

• 文件类型

缩写	文件类型
-	普通文件
d	目录
l	符号链接
b	块设备文件
c	字符设备文件
s	socket文件，网络套接字
p	管道
	未知

vi hello 打开hello这个目录，存放的是这个目录下面的文件和目录，在文件或者目录上回车还可以打开文件或目录

• 目录的inode

  一个inode占128Bytes,也分成两部分，第一部分不变，存储文件属性，权限，创建时间，所有者等等；第二部分存的是数据块指针，一共60个Bytes，也就是15个数据块指针，从block[0]~block[14],每个数据块指针指向一个数据块的block，这个数据块存放数据也叫记录项

• 记录项的组成由三部分组成

  • 1.文件或目录的inode
  • 2.本条记录项的长度(因为文件名长度不固定，通过这条，可以找到下一条录项)
  • 3.文件名或目录名

• 一般一个目录文件是一个block的大小，当这个目录底下存放的目录名和文件名特别多，大于一个block的时候，才会大于一个block的大小

• 当我们用vi /home/rebot/hello.txt打开一个文件时，是怎么找到这个文件的

• 解答：当我们打开一个文件的时候，是先从根目录找起的，根目录是目录文件，而且inode号固定位2，因为inode是2，所以就从第一个块组(group block)里面，inode table里面找到2号inode(跳过0,1号inode，也就是跳过256个Byte)，可以通过2号indoe的数据指针找到根目录的数据块，根目录数据块里面是根目录的记录项，然后从里面找到home这个目录，并且获取他的inode号，然后通过home的inode号就可以得到home里数据块里的记录项，然后再找到rebot这个目录的记录项，再找到rebot里面的hello.txt文件的inode号，通过这个inode来读取hello.txt的数据。