《信息安全系统设计与实现》第六周学习笔记

一、课程内容第十一章学习

EXT2文件数据结构

1、通过mkfs创建虚拟磁盘
mke2fs [-b blksize -N ninodes] device nblocks

2、虚拟磁盘布局：

其中Block#0:引导块，B0的引导块，不会被系统使用

3、超级块

·超级块是文件系统的核心数据结构之一，存储了文件系统的整体信息。
·超级块包含文件系统的大小、inode的数量、块的数量等重要信息。
·超级块保存在文件系统的固定位置，以便在文件系统挂载时被读取。

Block#1容纳整个文件系统的信息，是超级块的重要字段：

    u32 s_inodes_count：//文件系统中节点总数
    u32 s_blocks_count：//文件系统中块总数
    u32 s_r_blocks_count://为超级用户保留的块数
    u32 s_free_blocks_count: //文件系统中空闲块总数
    u32 s_mtime：//文件系统的挂接时间
    u32 s_wtime：//最后一次对该超级块进行写操作的时间
    u32 s_magic ：//魔数签名，用于确定文件系统版本的标志
    u32 s_inodes_per_group：//表示每个组块的inode数目，查找文件inode所在块的位置很重要
    u32 s_mnt_count：//文件系统挂接计数
    u32 s_max_mnt_count：//文件系统最大挂接计数
    u32 s_state：//文件系统的状态

4、块组描述符块
Block#2:块组描述符块(硬盘上的s first data block+1)
EXT2将磁盘块分成几个组每个组有8192个块(硬盘上的大小为32K)。每组用一个块组描述符结构体来描述。

5、其他块和索引节点位图
Block#8:块位图(Bmap)(bg block bitmap) 位图是用来表示某种项的位序列，例如磁盘块或索引节点。位图用于分配和回收项。在位图中，0位表示对应项处于FREE 状态1位表示对应项处于IN USE状态。一个软盘有1440个块但是Block#0未被文件系统使用。所以，位图只有1439 个有效位。无效位被视作IN USE，设置为1。

Block#9:索引节点位图(lmap)(bg_inode bitmap) 一个索引节点就是用来代表一个文件的数据结构。EXT2文件系统是使用有限数量的索引节点创建的。各索引节点的状态用B9的Imap中的一个位表示。在EXT2FS中前10个索引节点是预留的。所以，空EXT2FS的Imap以10个1开头，然后是0。无效位再次设置为1。

Block#10:索引(开始)节点(bg_inode_table)每个文件都用一个128字节(EXT4中是256字节)的唯一索引节点结构体表示。下面列出了主要索引节点字段。

邮差算法

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

EXT2文件结构

2级文件系统

实现了文件内容的读/写操作。它由以下函数组成:open、close、lseek、read、write、opendir 和 readdir。

3级文件系统函数

1 挂载算法

mount filesys mount_point

可将某个文件系统挂载到mount_point目录上

2、卸载算法
交叉挂载点
向下遍历
向上遍历
文件保护

9个权限位

3|文件系统项目拓展
多个组-4KB大小块-管道文件-I/O缓冲

三、代码实践

编译项目：编写superblock.c程序显示EXT2文件系统的超级块信息

1、利用命令sudo apt-get install e2fslibs-dev e2fslibs-dev安装开发包

2、检查挂载文件系统

3、编写代码并编译使用

代码

#include <stdio.h>
#include <stdlib.h>
#include <fcntl.h>
#include <unistd.h>
#include <ext2fs/ext2_fs.h>

typedef unsigned char u8;
typedef struct ext2_super_block SUPER;
typedef struct ext2_group_desc GD;

#define BLKSIZE 1024

SUPER *sp;
GD *gp;
char buf[BLKSIZE];
int fd;

// get_block() reads a disk block into a buf[]?
int get_block(int fd, int blk, char *buf)
{
   lseek(fd, (long)blk*BLKSIZE, SEEK_SET);
   return read(fd, buf, BLKSIZE);
}

void print_imap(char *device)
{
   int i, ninodes, imapblk;

   fd = open(device, O_RDONLY);
   if (fd < 0) 
   {
       printf("open %s failed\n", device);
       exit(1);
   }

   get_block(fd, 1, buf);     // get superblock
   sp = (SUPER *)buf;

   // check magic number to ensure it's an EXT2 FS
   if (sp->s_magic != EXT2_SUPER_MAGIC)
   {
       printf("Not an EXT2 FS\n");
       close(fd);
       exit(1);
   }

   ninodes = sp->s_inodes_count;
   printf("ninodes = %d\n", ninodes);

   get_block(fd, 2, buf);
   gp = (GD *)buf;
   imapblk = gp->bg_inode_bitmap;
   printf("imapblk = %d\n", imapblk);

   get_block(fd, imapblk, buf);
   for (i = 0; i <= ninodes / 8; i++)
   {
       printf("%02x ", (u8)buf[i]);
   }
   printf("\n");

   close(fd);
}

char *dev = "mydisk";

int main(int argc, char* argv[])
{
   if (argc > 1)
   {
       dev = argv[1];
   }
   
   print_imap(dev);

   return 0;
}