淺談Linux Ext文件系統

首先請讀者思考一個問題：Linux系統下面這麼多的文件是如何來管理的？新建一個文件都是經歷了什麼樣的過程？

1.Ext文件系統的特色

1).文件系統的特色

權限與屬性放置到inode中，至於實際數據則放置到data block塊中。還有一個超級塊super block會記錄整個文件系統的總體信息，包括inode與block的總量、使用量、剩餘量等；

• super block：記錄此文件系統的總體信息，包括inode/block的總量、使用量、剩餘量以及文件系統的格式與相關信息等；
• inode：記錄文件的屬性，一個文件佔用一個inode，同時記錄此文件的數據所在的block號碼；
• block：實際記錄文件的內容，若文件太大時，會佔用多個block；

2).Ext2文件系統

inode與block的大小是在一開始就規劃好的，除非從新格式，不然inode與block固定後就再也不變更；
對於文件系統動則上百G，那麼將全部的inode與block放置在一塊兒不容易管理，所以Ext2文件系統在格式化的時候基本上是區分爲多個塊組(block group)的，每一個塊組都有獨立的inode/block/super block系統；

2.Ext的組成

1).data block（數據塊）

data bloc是用來放置文件內容的地方，在Ext2文件系統中所支持的block大小有1KB、2KB及4KB三種。在格式化時block的大小就固定了，且每一個block都有編號，以方便inode記錄；
Ext2文件系統的block有如下限制：

• 原則上，block的大小與數量在格式化完就不可以再改變了；
• 每一個block內最多隻可以放置一個文件的數據；
• 若是文件大於block的大小，則一個文件會佔用多個block數量；
• 若文件小於block，則該block的剩餘空間就不可以再被使用了；

2).inode table（inode表格）

inode的內容主要記錄文件的屬性以及該文件實際數據是放置在哪幾號block；

• 每一個inode大小均固定爲128bytes;
• 每一個文件都僅會佔用一個inode而已；
• 系統讀取文件時須要先找到inode，並分析inode所記錄的權限與用戶是否符合，若符合纔可以開始實際讀取block的內容；

inode要記錄的數據很是多，但inode的大小僅僅只有128bytes，而inode記錄一個block號碼要花掉4bytes，假設一個文件有400M且每一個block爲4KB，那麼至少也在10萬條block號碼的記錄，inode哪能記錄這麼多信息呢，inode空間也不夠啊；
inode記錄block號碼的區域定義爲12個直接、一個間接、一個雙間接與一個三間接記錄；所謂間接就是拿一個block來看成記錄block號碼的記錄區；

假設每一個block的大小爲1KB;
12個直接：12 x 1=12K;
一個間接：256 x 1K=256K; 256=1KB(一個block) / 4byte(記錄一個block索引須要花費的大小)
一個雙間接：256 x 256 x 1KB=256^2K
一個三間接：256 x 256 x 256 x 1KB=256^3K
總共加起來爲：16GB；因此當文件系統block格式化爲1K大小時，可以容納的最大文件爲16GB;

3).superblock（超級塊）

superblock是記錄整個文件系統相關信息的地方，沒有superblock，就沒有這個文件系統了。它主要記錄的信息有：

• block與inode的總量；
• 未使用與已使用的inode/block數量；
• block與inode的大小（block爲1K,2K,4K，inode爲128bytes）；
• superblock的大小爲1024bytes；

4).File system Description（文件系統描述說明）

這個區段能夠描述每一個block group的開始與結束的block號碼，以及說明每一個區段分別介於哪個block號碼之間。

5). block bitmap（塊對照表）

添加文件時怎麼知道哪一個block是空的，須要經過block bitmap來輔助，從block bitmap當中能夠知道哪一個block是空的；

6).inode bitmap（inode對照表）

這個其它與block bitmap是相似的功能，只是block bitmap記錄的是使用與未使用的block號碼，至於inode bitmap則是記錄使用與未使用的inode 號碼；

3.Ext2/Ext2日誌文件系統的功能

1).建立文件的流程

Ext2是如何處理建立文件的呢？
1.先肯定用戶對於添加文件的目錄是否具備w與x的權限，如有的話才能添加；
2.根據inode bitmap找到沒有使用的inode號碼，並將新文件的權限/屬性寫入；
3.根據block bitmap找到沒有使用中的block號碼，並將實際的數據寫入block中，且更新inode的block指向數據；
4.將剛纔寫入的inode與block數據同步更新inode bitmap與block bitmap，並更新superblock的內容；

2).數據的不一致狀態

若是上述的建立文件在第4步時，因停電、內核錯誤等緣由致使寫入inode bitmap與block bitmap沒有執行，就致使bitmap與實際數據存放區產生不一致的狀況了；

3).日誌文件系統

爲解決上述問題，在文件系統當中規劃出一個塊，該塊專門記錄寫入或修訂文件時的步驟；

• 預備：當系統要寫入一個文件時，會先在日誌記錄塊中記錄某個文件準備要寫入的信息；
• 實際寫入：開始寫入文件的權限與數據；開始更新bitmap及super block數據；
• 結束：完成數據與新bitmap及super bloc的更新後，在日誌記錄塊當中完成該文件的記錄；

參考資料：鳥哥的Linux私房菜