• 1. Linux内核源代码导读 中国科学技术大学计算机系 陈香兰(0551-3606864) xlanchen@ustc.edu.cn Spring 2009
  • 2. Ext2文件系统简介
  • 3. EXT2文件系统是EXT文件系统的升级,在Linux中得到了广泛的使用。 介绍EXT2文件系统的 磁盘组织 目录项和支持的文件类型3
  • 4. (一)EXT2文件系统的磁盘组织 除了引导扇区之外,EXT2磁盘分区被顺序划分为若干个磁盘块组(Block Group)。 每个块组由若干个磁盘块,按照相同的方式组织,具有相同的大小。 EXT2磁盘块组中的磁盘块按顺序被组织成: 一个用作超级块的磁盘块。 在这个磁盘块里,存放了文件系统超级块的一个拷贝; N个记录组描述符的磁盘块; 1个记录数据块位图的磁盘块; 1个记录索引结点位图的磁盘块; N个用作索引结点表的磁盘块; N个用作数据块的磁盘块。冗余,使用块组0 e2fsck更新或恢复 块组大小主要受限于块位图4
  • 5. EXT2的超级块每个块组的第一个磁盘块用来保存所在EXT2 fs的超级块 多个块组中的超级块形成冗余 在某个或少数几个超级块被破坏时,可用于恢复被破坏的超级块信息。(e2fsck) 注意:大多数数据结构存在两个版本 磁盘存储版本,例如ext2_super_block(阅读) 内存版本,例如ext2_sb_info (阅读)5
  • 6. 组描述符组描述符用来描述一个磁盘块组的相关信息 数据结构为ext2_group_desc(阅读)6
  • 7. 索引结点 EXT2中所有的索引结点大小相同,都是128个字节。 数据结构 磁盘存储数据结构ext2_inode(阅读) 内存中结构ext2_inode_info(阅读) 理论基础:文件数据块的组织方式 链式(显式 vs 隐式) 索引方式(直接索引,一级索引,二级索引,等等;组合索引)7
  • 8. 关于索引节点中的i_block[]ext2的索引结点中使用了组合索引方式。 前12项用作直接索引 第13项用作间接索引 第14项用作二次间接索引 第15项用作三次间接索引 8
  • 9. 索引节点表EXT2的一个磁盘块组中的索引结点存储在一组连续的磁盘块中,形成一个索引结点表。 这组磁盘块中的第一个磁盘块的块号存储在超级块的bg_inode_table数据项中。 根据磁盘块的大小,可以计算出每个磁盘块能容纳多少个索引结点 根据索引结点的总个数,可以计算出索引结点表所需要占用的磁盘块的个数。 9
  • 10. 数据块位图和索引结点块位图EXT2的空闲盘块分配算法采用了位图法 位图: 便于查找数据块或索引结点的分配信息 每个位(bit)都对应了一个磁盘块: 0,表示对应的磁盘块(或索引结点)空闲 1,表示占用。 2个位图分别占用一个专门的磁盘块。 根据磁盘块的大小,可以计算出每个块组中最多能容纳的数据块个数和索引节点块个数。 10
  • 11. (二)EXT2中的目录项和文件类型 在EXT2中,目录是一种特殊的文件,这种文件的数据块中存放了该目录下的所有目录项 11
  • 12. 新版的目录项结构12
  • 13. EXT2支持的文件类型 EXT2在目录项中存放了文件的类型信息。文件类型可以是0~7中的任意一个整数。它们分别代表如下含义: 0:文件类型未知; 1:普通文件类型; 2:目录; 3:字符设备; 4:块设备; 5:有名管道FIFO; 6:套接字; 7:符号链接。13
  • 14. 注意:14
  • 15. (三)创建一个ext2文件系统在磁盘上创建文件系统通常有两个步骤: 格式化磁盘 Linux中:superformat或者fdformat 创建文件系统 Ext2:mke2fs mke2fs的缺省参数 磁盘块大小:1024字节 分片:目前不支持,因此与磁盘块一样 分配inode的个数:1/8192B 永久保留的块的个数:5%15
  • 16. 创建流程初始化超级块和组描述符 Optionally, 检查是否有坏块,若有创建坏块列表 对每个块组,保留所有用来存放超级块、组描述符、inode表、2个位图的磁盘块 初始化每个块组中的位图 初始化每个块组中的inode表 创建 /root 目录 创建 lost+found 目录(供e2fsck 使用,与坏块相关) 为上述两个目录而更新位图信息 若有坏块,则将其在 lost+found 目录中组织起来16
  • 17. 以1.44MB的软盘为例,创建ext2文件系统后17
  • 18. (四)Ext2提供的各种对象方法超级块对象方法18
  • 19. 索引节点对象方法 19
  • 20. 文件对象方法20
  • 21. (五)管理ext2的磁盘空间存储在磁盘上的文件与用户所“看到”的文件有所不同: 用户感觉,文件在逻辑上是连续的 而在磁盘上,存储文件数据的磁盘块可能分散在磁盘各处 用户感觉,文件可能比较大 而在磁盘上,由于文件空洞的存在,分配给文件的磁盘空间可能小于用户感觉到的文件大小。21
  • 22. 涉及到如下操作: 创建/删除一个索引节点 数据块的寻址 文件空洞 分配/释放一个数据块22
  • 23. 创建/删除一个索引节点创建一个磁盘索引节点 删除一个索引节点23
  • 24. 关于数据块的寻址任何一个常规文件都会包含一系列数据块 文件内块号 vs. 逻辑块号 根据数据在文件中的偏移可以计算逻辑块号: 首先计算出文件内块号 =(偏移f-1)/块大小的商 +1 根据索引信息,查询到逻辑块号24
  • 25. 混合索引示意图25
  • 26. 文件大小限制26
  • 27. 关于文件空洞A file hole is a portion of a regular file that contains null characters and is not stored in any data block on disk. 这是UNIX文件一直以来都有的一个特性 例如命令: 创建一个大小为1024×6+1字节的文件,这个文件有一个1024×6=6144个字节大小的空洞。只有最后一个字节存放了字母“X” 文件空洞可以节省磁盘空间 Ext2通过数据块的动态分配来实现这一点: 当且仅当一个进程要写数据到文件中的时候才真正分配磁盘块27
  • 28. 分配/释放一个数据块当一个文件需要新的数据块来存放数据时 当一个文件被删除或者被截断时28
  • 29. Thanks!The end.