第十一章学习心得

一、梗概

• 多年来，Linux 一直使用EXT2(Card等 1995)作为默认文件系统。EXT3(EXT3，14)是 EXT2 的扩展。EXT3 中增加的主要内容是一个日志文件，它将文件系统的变更记录在日志中。日志可在文件系统崩溃时更快地从错误中恢复。没有错误的 EXT3 文件系统与 EXT2 文件系统相同。EXT3 的最新扩展是 EXT4(Cao 等 2007)。EXT4 的主要变化是磁盘块的分配。在 EXT4中，块编号为48位。EXT4不是分配不连续的磁盘块，而是分配连续的磁盘块区，称为区段。除了这些细微的更改之外，文件系统结构和文件操作保持不变。本书的目的是讲授文件系统的原理。主要目标并非实现大的文件存储容量，而是重点论述文件系统设计和实现的原则，强调简单性以及与 Linux 的兼容性。*

二、知识点归纳

1、超级块
如果说inode块是Unix操作系统中文件的核心，那么超级块就是文件系统的心脏。启动Unix操作系统后，发现某个文件系统无法使用，很有 可能就是超级块出现了问题。为什么这个超级块有这么大的作用呢?主要是因为在超级块中保存了全局文件信息，如硬盘已用空间、数据块可用空间、inode结 点信息等等。做一个形象的比喻，这个超级块就好像是企业的资产负债表，一个文件系统中有哪些资源都记录在这个表中。
2、块组描述符
块组描述符表的起始地址位于超级块所在块的下一个块，在整个文件系统中有很多块 组描述符表的备份，备份的方式具体分为两种：
(1) 文件系统不具备稀疏超级块特性。
如果文件系统不具备稀疏超级块特性，那么在每个块组中都会有一个超级块的备份， 同时也有块组描述符表的备份。
(2) 文件系统具备稀疏超级块特性。
如果文件系统具备稀疏超级块特性，那么只在块组号是3、5、7的幂的块组（如1、3、 5、7、9、25、49等）内才对超级块和块组描述符表做备份，其他块组内则没有备份。

3、索引节点
理解inode，要从文件储存说起。
文件储存在硬盘上，硬盘的最小存储单位叫做”扇区”（Sector）。每个扇区储存512字节（相当于0.5KB）。

操作系统读取硬盘的时候，不会一个个扇区地读取，这样效率太低，而是一次性连续读取多个扇区，即一次性读取一个”块”（block）。这种由多个扇区组成的”块”，是文件存取的最小单位。”块”的大小，最常见的是4KB，即连续八个 sector组成一个 block。
文件数据都储存在”块”中，那么很显然，我们还必须找到一个地方储存文件的元信息，比如文件的创建者、文件的创建日期、文件的大小等等。这种储存文件元信息的区域就叫做inode，中文译名为”索引节点”。
每一个文件都有对应的inode，里面包含了与该文件有关的一些信息。

inode包含文件的元信息，具体来说有以下内容：
1）文件的字节数
2）文件拥有者的User ID
3）文件的Group ID
4）文件的读、写、执行权限
5）文件的时间戳，共有三个：
ctime指inode上一次变动的时间
mtime指文件内容上一次变动的时间
atime指文件上一次打开的时间。
6）链接数，即有多少文件名指向这个inode
7）文件数据block的位置*

可以用stat命令，查看某个文件的inode信息：　
　 stat example.txt
i_block[15]数组包含的磁盘块指针：

4、文件系统结构
EXT2文件系统的主要组成结构有：inode table（inode表格）、data block（信息区块）、superblock（超级区块）、filesystem description（文件系统描述说明）、inode bitmap（inode对照表）、block bitmap（区块对照表）等。
　　在EXT2文件系统中，文件的权限、属性与文件的内容是分开存储的，文件的权限和属性都存储在inode中，而文件内容则存储在block中。inode和block的大小和数量都是在格式化（即文件系统创建）的时候就已经固定了的。每个inode的大小均为128bytes（ext4与xfs可以设置256bytes），每个文件仅占用一个inode，所以文件系统中能够建立的文件数量与inode的数量有关。block有1k，2k和4k三种大小，所以当文件内容的大小超出block的大小时就需要多个block来存储了。
每个inode和block都是有编号的。inode中不仅存储了文件的权限和属性，也存储了文件内容存放的所有block的编号，这样只要找到文件的inode就能根据inode中记录的block的编号一次性把所有存放该文件内容的block的数据全部读取出来了。如图：

问题来了，记录一个block编号需要4bytes的空间，如果一个文件比较大的话，需要的block的数量是比较多的，但是inode只有128bytes啊，怎么记录得了那么多的block编号呢？其实并不是所有的block编号都直接记录在inode中的，当文件占用的block数量比较多的时候，系统会拿出一些block专门来记录文件内容block的编号，然后inode只要记录这些block的编号就可以读取到文件内容block的编号了。EXT2把inode中记录blok编号的区域定义为12个直接，一个间接，一个双间接，和一个三间接记录区。*
三、实践内容

通过mkfs创建虚拟磁盘

Linux下的命令：
mke2fs [-b blksize -N ninodes] device nblocks

在设备上创建一个带有nblocks个块（每个块大小为blksize字节）和ninodes个索引节点的EXT2文件系统。
例：