Posted on 2011-01-06 11:21
幻海蓝梦 阅读(341)
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Linux
Linux 分区以柱面划分，且必须格式化成 Linux 标准文件系统 (ext2/ext3 等) 才能使用。通常来说，每个分区只能格式化为一个文件系统。
尽
管硬盘的最小存储单位是扇区，但对于文件系统而言，扇区的读写效率过低，因此以 n 个扇区为一个块
(Block)，这是文件系统的最小存储单位，当前支持 1024/2048/4096
三种大小的块。当分区存储大文件时，大的块有助于提高读写效率。以 10MB 文件为例，扇区是 512 字节，需要读取 (I/O) 20480
次，而对于 4096 字节的块而言只需 2560
次。但也正因为块是最小存储单位，对于众多的小文件来说，存储空间浪费也就非常严重。即便文件小于块，其剩余空间也是无法继续使用的。
1. EXT2 文件系统结构
在
EXT2 文件系统中，文件存储分为 Inode 和数据块两部分。inode 中存储了文件元数据(metadata
文件属性)信息和块指针(指向数据块位置)，数据块中存储了文件内容数据。整个分区被划分为 n 个块组 (Block
Group)，每个块组又划分为多个区域。
- Super Block: 超级块，记录文件系统信息，包括块和 inode 总量、使用情况等等。
- Group Description: 组描述，记录块组信息。
- Block Bitmap: 块位图，记录块使用状态，用于分配和回收数据块。
- Inode Bitmap: Inode 位图，记录 Inode 使用状态，用于分配和回收 Inode。
- Inode Table: Inode 表，存储 Inode。
- Data Blocks: 数据块。
可以用 dumpe2fs 查看分区的相关信息
$ sudo dumpe2fs /dev/sda1
Filesystem magic number: 0xEF53
Filesystem revision #: 1 (dynamic)
Filesystem OS type: Linux
Inode count: 498736
Block count: 1994060
Reserved block count: 99703
Free blocks: 1333369
Free inodes: 381040
First block: 0
Block size: 4096
Fragment size: 4096
Reserved GDT blocks: 486
Blocks per group: 32768
Fragments per group: 32768
Inodes per group: 8176
Inode blocks per group: 511
Filesystem created: Sun Jul 19 14:03:01 2009
Last mount time: Wed Jul 29 11:21:01 2009
Last write time: Wed Jul 29 11:21:01 2009
First inode: 11
Block size: 4096
Inode size: 256
... ...
Group 0: (Blocks 0-32767)
Primary superblock at 0, Group descriptors at 1-1
Reserved GDT blocks at 2-487
Block bitmap at 488 (+488), Inode bitmap at 489 (+489)
Inode table at 490-1000 (+490)
1172 free blocks, 8161 free inodes, 2 directories
Free blocks: 19992, 20034-20035, 20037-20043, 31605-31606, 31608-32767
Free inodes: 16-8176
Group 1: (Blocks 32768-65535)
Backup superblock at 32768, Group descriptors at 32769-32769
Reserved GDT blocks at 32770-33255
Block bitmap at 33256 (+488), Inode bitmap at 33257 (+489)
Inode table at 33258-33768 (+490)
20522 free blocks, 4056 free inodes, 175 directories
Free blocks: 33771-33773, 34053-34062, 34107-34136, 34141, ...
Free inodes: 11956-11957, 11965, 11984, 11988, 11991, 11998, ...
Group 2: (Blocks 65536-98303)
Block bitmap at 65536 (+0), Inode bitmap at 65537 (+1)
Inode table at 65538-66048 (+2)
17487 free blocks, 5021 free inodes, 724 directories
Free blocks: 67305-67307, 67309, 68035, 68043-68044, 70506-70514, ...
Free inodes: 19508-24528
2. Inode 结构
Inode 结构中保存了文件的属性信息和数据块指针。每个 inode 大小为 128 字节。
- Mode: 包含 inode 描叙的内容以及用户使用权限。EXT2 中的 inode 可以表示一个文件、目录、符号连接、块设备、字符设备或 FIFO。
- Owner Information: 文件或目录所有者(用户/组)标志符。文件系统根据它可以进行正确的存取。
- Size: 文件尺寸 (单位: 字节)。
- Timestamps: inode 创建及最后一次被修改的时间。
- Direct Blocks: 数据块直接指针快，可存储 12 个直接指针，也就是说指向 12 个数据块。
- Indirect Blocks: 单级间接指针快，指向一个数据块。假设每个块为 1024B，那么一共可以存储 1024 / 4 = 256 个数据块指针。
- Double Indirect: 二级间接指针快。可存储 256 * 256 个数据块指针。
- Tripe Indirect: 三级间接指针快。可存储 256 * 256 * 256 个数据块指针。
当 Block = 1024 时，最大文件尺寸 = 1024 * 12 + 1024 * 256 + 1024 * 256 * 256 + 1024 * 256 * 256 * 256 = 16843020 KB (约 16 GB)。
所有的 Inode 都存储在 Inode Table 中，当我们访问一个文件时，将完成如下步骤。
(1) 首先访问文件根目录的 Inode，从根目录的数据块中，我们可以找到该目录下所有文件和子目录的 Inode。
(2) 利用找到的 Inode 从 Inode table 中继续访问下一级目录，直到获取文件的 Inode。
(3) 利用文件的 Inode 我们就可以读取文件数据块的内容了。
目录是一种特殊的文件，它的数据块中存储了该目录中所有文件和目录的名称以及 Inode (见下面的示意图)。从 Inode 数据结构上我们也可以看到，其内部并没有保存文件名的区域。
一个分区所能容纳的文件数量和 Inode 数量有关，因为一个文件最少要占用一个 Inode (也可能是多个，比如硬链接)。当目录下的文件数量过多时，那么就需要多个块来记录关联数据。
3. EXT3 文件系统
操
作一个文件时，我们除了在数据块写入数据外，还需更新 Inode 中的相关信息。若在其完成操作前的任何时候出现异常(比如断电)都会导致 Inode
中数据和数据块不一致。如果发生这类问题，EXT2 文件系统会在重启时进行检查，从超级块开始逐步校验，这个过程非常耗时。EXT3 是 EXT2
的升级版本，其代码、磁盘格式和元数据都和 EXT2 相同，这意味着 EXT2 可以无损转化为 EXT3 。
EXT3 是一种日志文件系统，它会在操作文件前记录文件操作日志，在文件读写完成后，完成该日志，这类似于数据库的事务机制。这种日志模式的好处就是在发生错误时，直接检查日志就可获知问题所在。
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Linux 支持很多种文件系统，本文不作一一描述，可自行参考相关文档。
原文：http://www.rainsts.net/article.asp?id=842