Linux如何定位文件在磁盘的物理位置

我在学习研究Linux内核结构的时候，思考过一个问题：Linux如何定位文件在磁盘的物理位置
每个文件都有一个inode，inode在内核代码中的数据结构如下：
 1 struct ext4_inode {
   __le16  i_mode;    /* File mode */
   __le16  i_uid;    /* Low 16 bits of Owner Uid */
   __le32  i_size_lo;  /* Size in bytes */
   __le32  i_atime;  /* Access time */
   __le32  i_ctime;  /* Inode Change time */
   __le32  i_mtime;  /* Modification time */
   __le32  i_dtime;  /* Deletion Time */
   __le16  i_gid;    /* Low 16 bits of Group Id */
   __le16  i_links_count;  /* Links count */
   __le32  i_blocks_lo;  /* Blocks count */
   __le32  i_flags;  /* File flags */
 ......
   __le32  i_block[EXT4_N_BLOCKS];/* Pointers to blocks */
   __le32  i_generation;  /* File version (for NFS) */
   __le32  i_file_acl_lo;  /* File ACL */
   __le32  i_size_high;
 ......
 };

我们说的“某个文件分成几块、每一块在哪里”，这些在 inode 里面，应该保存在 i_block（ i_block[EXT4_N_BLOCKS];/* Pointers to blocks */）里面

为了解决ext2和ext3文件系统大文件读写性能低下的问题，ext4 做了一定的改变。它引入了一个新的概念，叫作 Extents。我们来解释一下 Extents。比方说，一个文件大小为 128M，如果使用 4k 大小的块进行存储，需要 32k 个块。如果按照 ext2 或者 ext3 那样散着放，数量太大了。但是 Extents 可以用于存放连续的块，也就是说，我们可以把 128M 放在一个 Extents 里面。这样的话，对大文件的读写性能提高了，文件碎片也减少了。
Exents 如何来存储呢？它其实会保存成一棵树。

树有一个个的节点，有叶子节点，也有分支节点。每个节点都有一个头，ext4_extent_header 可以用来描述某个节点

struct ext4_extent_header {
  __le16  eh_magic;  /* probably will support different formats */
  __le16  eh_entries;  /* number of valid entries */
  __le16  eh_max;    /* capacity of store in entries */
  __le16  eh_depth;  /* has tree real underlying blocks? */
  __le32  eh_generation;  /* generation of the tree */
};

我们仔细来看里面的内容。eh_entries 表示这个节点里面有多少项。这里的项分两种，如果是叶子节点，这一项会直接指向硬盘上的连续块的地址，我们称为数据节点 ext4_extent；如果是分支节点，这一项会指向下一层的分支节点或者叶子节点，我们称为索引节点 ext4_extent_idx。这两种类型的项的大小都是 12 个 byte。

/*
 * This is the extent on-disk structure.
 * It's used at the bottom of the tree.
 */
struct ext4_extent {
  __le32  ee_block;  /* first logical block extent covers */
  __le16  ee_len;    /* number of blocks covered by extent */
  __le16  ee_start_hi;  /* high 16 bits of physical block */
  __le32  ee_start_lo;  /* low 32 bits of physical block */
};
/*
 * This is index on-disk structure.
 * It's used at all the levels except the bottom.
 */
struct ext4_extent_idx {
  __le32  ei_block;  /* index covers logical blocks from 'block' */
  __le32  ei_leaf_lo;  /* pointer to the physical block of the next *
         * level. leaf or next index could be there */
  __le16  ei_leaf_hi;  /* high 16 bits of physical block */
  __u16  ei_unused;
};

从上述数据结构中的ee_start_hi/ee_start_lo/ei_leaf_lo可以体现出物理块的指针。

参考文献：《趣谈Linux操作系统》 by 刘超

参考链接：https://blog.csdn.net/stringnewname/article/details/73740155