Linux文件系統結構

　　不一樣的文件系統存儲文件的方式是不一樣的，因此其結構也是不一樣的。本文要介紹的是Linux最傳統的文件系統EXT2的結構。

　　EXT2文件系統的主要組成結構有：inode table（inode表格）、data block（信息區塊）、superblock（超級區塊）、filesystem description（文件系統描述說明）、inode bitmap（inode對照表）、block bitmap（區塊對照表）等。

　　在EXT2文件系統中，文件的權限、屬性與文件的內容是分開存儲的，文件的權限和屬性都存儲在inode中，而文件內容則存儲在block中。inode和block的大小和數量都是在格式化（即文件系統建立）的時候就已經固定了的。每一個inode的大小均爲128bytes（ext4與xfs能夠設置256bytes），每一個文件僅佔用一個inode，因此文件系統中可以創建的文件數量與inode的數量有關。block有1k，2k和4k三種大小，因此當文件內容的大小超出block的大小時就須要多個block來存儲了。

　　每一個inode和block都是有編號的。inode中不只存儲了文件的權限和屬性，也存儲了文件內容存放的全部block的編號，這樣只要找到文件的inode就能根據inode中記錄的block的編號一次性把全部存放該文件內容的block的數據所有讀取出來了。這裏借鳥哥的圖加以說明：

　　問題來了，記錄一個block編號須要4bytes的空間，若是一個文件比較大的話，須要的block的數量是比較多的，可是inode只有128bytes啊，怎麼記錄得了那麼多的block編號呢？其實並非全部的block編號都直接記錄在inode中的，當文件佔用的block數量比較多的時候，系統會拿出一些block專門來記錄文件內容block的編號，而後inode只要記錄這些block的編號就能夠讀取到文件內容block的編號了。EXT2把inode中記錄blok編號的區域定義爲12個直接，一個間接，一個雙間接，和一個三間接記錄區，這裏仍是借用鳥哥的圖加以說明：

這樣子仍是能夠根據inode找到存儲文件內容的全部block啊！

　　不過儘管如此，因爲inode中存放block編號的區域大小是固定的，inode可以存儲的block編號的數量就是固定的，而block的大小也是固定的，因此也就是說在一個已知block大小的文件系統中，文件的最大大小是固定的！

　　既然block的大小有1K，2K和4K三種類型，那咱們是應該選擇大一點的仍是小一點的好呢？因爲一個block只能存儲一個文檔的內容，一個文件無論多小，它至少都會佔用一個block的空間，因此若是block的空間很大，可是系統中有不少很小的文件，那會就浪費不少的空間了。若是把block定得很小，可是系統中有不少大文件的話，那麼一個文件就須要存放到不少個block中，讀取文件內容的時候須要到多個block中讀取，並且inode須要記錄的block的編號不少，系統還須要拿出更多的block來記錄文件內容block的編號，這在時間和空間上都是比較浪費的。因此，block的大小定多少合適，仍是須要根據文件系統預計使用狀況來決定的。

　　接下來簡單介紹一下EXT文件系統結構中其餘組成部分：

（1）Superblock：大小爲1024bytes，是記錄整個文件系統相關信息的地方，主要有：block與inode的大小和數量、未使用與已使用的inode/block的數量，以及文件系統的是否已被掛載、掛載的時間等等。

（2）Filesystem description：描述每一個block group（下文介紹）的開始與結束的block編號，以及說明每一個區段（inode table，data block等）分別介於哪一個block號碼之間。

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

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

　　此外，在EXT3和EXT4中，還會規劃出一個區塊用於記錄文件修改的日誌記錄，以便在文件系統發生問題的時候能很快查到問題所在。

　　若是文件系統很大的話，inode和block的數量就會很大，不容易管理，因此EXT在格式化的時候基本上是區分爲多個區塊羣組的，每一個區塊羣組都有以上介紹的全部組成部分（能夠從指令dumpe2fs的打印結果中查看），看起來就像下圖（圖借自鳥哥）：

　　這樣瞭解了EXT2文件系統的結構以後，文件的建立、查詢、修改、刪除具體經歷了哪些過程，包含了哪些細節，咱們就能夠清楚地知道了！

　　文件系統格式化的時候，EXT文件系統家族在格式化處理的過程當中就把全部/inode/block/meta data等結構都預先規劃並分配好，之後系統就能夠直接取用，不須要再進行動態配置了。這種方法有個問題，就是當格式化的文件系統很大的時候，格式化須要花費很長的時間。而新的日誌式文件系統XFS就彌補了這個不足，它的inode和block都是等系統須要使用的時候才進行動態分配的，因此格式化過程超快，適合用於大文件系統。