《信息安全系统设计与实现》第五周学习笔记

《信息安全系统设计与实现》第五周学习笔记

第十一章 EXT2 文件系统

EXT2文件系统

• EXT2第二代扩展文件系统（英语：second extended filesystem，缩写为 ext2），是LINUX内核所用的文件系统。它开始由Rémy Card设计，用以代替ext，于1993年1月加入linux核心支持之中。

• 创建mkfs创建虚拟硬盘
  • mke2fs [-b blksize -N ninodes] device nblocks创建一个带有nblocks个块和ninodes个索引节点的EXT2文件系统
• 虚拟磁盘布局
  • 
  • Block#0:引导块
• 超级块
  • 超级块是记录整个文件系统相关信息的地方，没有superblock，就没有这个文件系统了，它记录的主要信息有：
    • block与inode的总量
    • 未使用与已使用的inode/block数量
    • block与inode的大小
    • 文件系统的挂载时间、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validbit数值，若此文件系统已被挂载，则valid bit为0,若未被挂载，则valid bit为1
• 块组描述符
  • Block#2
  • EXT2将磁盘块分为几个组，每个组有8192个块，用一个块组描述符结构体来描述。
• 块和索引节点位图
  • 块位图（Block#8），用于表示某种项的位序列
  • 索引节点位图（Block#9），代表一个文件的数据结构
  • 索引（开始）节点块（Block#10），索引节点大小用于平均分割块大小，所以每个索引节点块都包含整数个索引节点
• 数据块
  • 紧跟在索引节点块后面的是文件存储数据块
• 目录条目
  • 包含dir_entry结构
    • dir_entry是一种可扩充结构，不含终止NULL

邮差算法

• 邮差算法：

  • 在计算机系统中， 经常出现下面这个问题。 一个城市有M 个街区， 编号从 0到M-1。 每个街区有N座房子， 编号从0 到 N-1。每座房子有一个唯一的街区地址， 用（街区， 房子）表示， 其中0<=街区<M, 0<=房子<N。 来自外太空的外星人可能不熟悉地球上的街区寻址方案， 倾向于采用线性方法将这些房子地址编为 0, 1, ···, N-1, N, N+1 等。 已知某个街区地址 BA= （街区， 房子）， 怎么把它转换为线性地址 LA, 反过来，已知线性地址，怎么把它转换为街区地址？如果都从0开始计数，转换就会非常简单。

    •     Linear_address LA = N*block + house;
          Block_address BA = (LA/N,LA%N);
      

  • C语言中的Test-Set-Clear位
  • 将索引节点号转换为磁盘上的索引节点

编程示例

• 显示超级快
• 显示位图
• 显示根索引节点
• 显示目录条目

3级文件系统函数

• 3级文件系统支持文件系统的挂载、卸载和文件保护
• 挂载算法
  • mount filesys mount_point
  • 可将某个文件系统挂载到mount_point目录上。
• 卸载算法
  • 可卸载已挂载的文件系统。
• 交叉挂在点
  • 两个方向的挂载点可能会出现交叉
    • 向下遍历
    • 向上遍历
• 文件保护
  • 

文件系统项目的扩展

• 多个组：组描述符的大小为32字节，32个组的文件系统大小可扩展为32*8=256MB
• 对于一个组的描述块4KB大小的块：128个组，可将文件系统扩展到128*32=4GB、
• 管道文件
• I/O缓冲

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苏格拉底挑战

遇到的问题及解决

问题

• 在EXT2文件系统中，数据块可以按需分配，这种分配策略的优势是什么？

解决

• 在EXT2文件系统中，延迟分配（delayed allocation）是一种数据块分配策略。它的优势在于，当一个文件写入数据时，文件系统并不立即分配实际的磁盘块，而是将数据暂时缓存在内存中，等到适当的时机再进行实际的分配。这种延迟分配的机制有几个优点：

• 性能优化： 延迟分配可以减少频繁的磁盘写入操作，提高了文件系统的写入性能。通过将多个写操作合并到一起，可以减少磁盘寻址和写入的次数，从而提高了文件系统的整体性能。

• 磁盘空间的更有效利用： 延迟分配允许文件系统更加灵活地选择磁盘块的分配位置。这样可以更好地利用磁盘空间，减少了碎片化，提高了文件系统的存储效率。

• 避免不必要的分配： 如果一个程序只是打开了一个文件但最终没有写入数据，那么就避免了不必要的磁盘块分配，从而节省了存储空间。

• 总的来说，延迟分配机制可以提高文件系统的性能和磁盘空间利用率。