文件系统的特性，linux的EXT2文件系统【转】

本文转载自：https://blog.csdn.net/tongyijia/article/details/52809281

先来提出三个概念： 
- superblock 
- inode 
- block

superblock：记录此文件系统的整体信息，包括inode，block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，同时记录此文件数据所在的block号码。 
block：实际记录文件的内容，若文件太大，则会占用多个block。

inode和block都有编号，在文件系统最初格式化的时候就已经分好了inode和block块并编好号码。假设我们要在linux中存储一个文件，那么，文件的名称权限，各种属性都存储在它的inode中，每个文件只有一个inode，这个inode中还存储着这个文件数据的实际放置的block号码。例如我们要读取一个文件，先去读取这个文件的inode，对比权限等属性，若有权限读取，则根据inode中存储的block号码依次去block块读取数据。如下图： 

这种文件系统我们就叫做索引式文件系统（indexed allocation）

这里做一个对比，闪存的FAT格式，这种文件系统并没有inode的存在，所以，FAT没有办法将这个文件的所有block在一开始就读取出来，每个block的号码都记录在前一个block中，读取时如下： 

这样的话，在读取文件时，它需要一个个将block读出后，才会知道下一个block所处的位置，如果一个同一个文件数据写入的block分散的太过厉害，则我们的磁盘读取头无法在磁盘转一圈就得到所有数据，要多转好多圈才能够完整的读取到这个文件的内容。

碎片整理：文件如果写入的太过离散的话文件读取的效能将会变的很差，碎片整理就是将同一个文件所属的block汇整在一起，这样数据的读取会比较容易，FAT文件系统就经常需要碎片整理，EXT2是索引式文件系统，基本不太需要常常进行碎片整理，但文件系统使用的时间太久的话，常常删除/编辑/新增文件时还是会可能造成文件数据太过于离散的问题，所以偶尔还是需要进行整理。

linux的EXT2文件系统的学习：

当一个文件系统高达数百GB时，inode，block的数量太庞大不容易管理，因此EXT2文件系统在格式化是基本是区分成多个区块群组（block group），每个区块群组又有自己独立的inode/block/superblock系统，如图：

文件系统最前面有一个启动扇区(boot sector),这个启动扇区可以安装开机管理程序。

data block： 
放置文件内容的地方，在EXT2文件系统中支持的block大小有1K，2K，4K三种。在格式化时block就固定了，且每个block都有编号，便于inode记录。由于block大小的差异，会导致文件系统所能支持的最大磁盘容量与最大单一文件容量不同。如下： 

这里关于block有几点提示： 
- 原则上，block的大小与数量在格式化完成后就不能再改变了（除非重新格式化） 
- 每个block中最多只能放置一个文件的数据 
- 如果文件大于一个block大小，则一个文件将会占用多个block 
- 如果文件小于block，则该block的剩余容量就不能被使用了

inode table： 
inode记录的数据至少有：

• 该文件的存取模式（rwx）
• 该文件的拥有者与拥有群组
• 该文件的容量大小
• 该文件建立或状态改变的时间
• 该文件最近一次读取的时间
• 最近的修改时间
• 定义文件特性的旗标（flag），如SetUID
• 该文件真正的内容指向

inode的一些特色：

• 每个inode大小固定为128bytes(新的ext4，xfs可设定到256bytes)
• 每个文件只占用一个node
• 文件系统能够建立的文件数量与inode的数量有关
• 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的大小是有限的，那么，如果一个文件的很大，block数量很多，inode需要记住的block号码也很多，那么，inode这时是如何记住的呢？看了下面这个图就会明白了： 

inode中的双简接与三间接就解决了这个问题。将block号存在block中，是不是就能存下了？

Superblock： 
Superblock也是一个很重要的地方，它记录了整个文件系统的相关信息。它记录的信息主要有：

• inode与block的总量
• 未使用的inode，block的数量
• block与inode的大小（block为1K，2K，4K；inode为128bytes或256bytes）
• filesystem的挂载时间，最近一次写入数据的时间，最近一次检验磁盘的时间等文件系统的相关信息

• 一个vaild bit数值，若此文件系统已经被挂载，此值为1，若为挂载则为0

  Superblock是非常重要的，因为整个文件系统的基本信息都存在于此。一般来说Superblock大小为1024bytes。

  其实，每个block group都可能含有superblock，但我们又说一个文件系统只有一个superblock，这是因为除了第一个block group含有superblock外，后续的block group也可能含有superblock作为第一个block group中的superblock的备份，这样，有利于superblock的救援。

Filesystem 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 (superblock,bitmap, inodemap, data block) 分别介于哪一个 block 号码之间。

block bitmap (区块对照表)：

block bitmap当中可以知道哪些block是空的，我们可以根据这个快速的找到可以存放数据的空block。 
当你删除文件的时候，这个文件原本占用的block号码就必须释放出来，此时，在block bitmap中，相对应的block号码就要修改成【未使用】的状态。

inode bitmap （inode对照表） 
与block bitmap功能类似，这里不做说明。

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