Unix/Linux系统编程学习笔记-5

笔记

第十一章 EXT2文件系统

EXT2文件系统

The Second Extended File System (ext2)文件系统是Linux系统中的标准文件系统，是通过对Minix的文件系统进行扩展而得到的，其存取文件的性能极好。 在ext2文件系统中，文件由inode（包含有文件的所有信息）进行唯一标识。

EXT2文件系统数据结构

通过mkfs创建虚拟键盘

在Linux下，命令： 
mke2fs [-b blksize -N ninodes] device nblocks

虚拟磁盘布局

• Block#0：引导块，文件系统不使用它，用于容纳从磁盘引导操作系统的引导程序。
• Block#1：超级块，用于容纳关于整个文件系统的信息。
• Block#2：块组描述符块，EXT2将磁盘分成几个组（每组8192块），每组用一个块组描述符结构体描述。
• Block#8：块位图，用来表示某种项的位序列。
• Block#9：索引节点位图，用来代表一个文件的数据结构。
• Block#10：索引节点，每个文件都用一个128字节（EXT4的是256字节）的独特索引节点结构体表示。

• 直接块：i_block[0]至i_block[11]指向直接磁盘块
• 间接块：i_block[12]指向一个包含256个块编号的磁盘块
• 双重间接块：i_block[13]指向一个指向256个块的块
• 重间接块：i_block[14]，对于“小型”EXT2文件系统可以忽略

• 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，dir_entry是一种可扩充结构。

邮差算法

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

C语言中的Test-Set-Clear位

• 最小的可寻址单元是一个字符或字节。

将索引节点号转换为磁盘上的索引节点

• 在EXT2文件系统中，每个文件都有一个唯一的索引节点结构。在文件系统磁盘上，索引节点从inode_table块开始。
• 每个磁盘块包含：

  INODES_PER_BLOCK = BLOCK_SIZE/sizeof(INODE)

示例：

• 显示超级块
• 显示位图
• 显示根索引节点
• 显示目录条目

遍历EXT2文件系统树

遍历算法

• （1）读取超级块。
• （2）读取块组描述符块(1 + s_first_data_block),以访问组0描述符。
• （3）读取InodeBeginBlock，获取/的索引节点，即INODE#2。
• （4）将路径名标记为组件字符串，假设组件数量为n。
• （5）从（3）中的根索引节点开始，在数据块中搜索name[0]。
• （6）使用索引节点号ino来定位相应的索引节点
• （7）由于（5）~（6）步将会重复n次，所以最好编写一个搜索函数

将路径名转换为索引节点

已知一个包含EXT2文件系统和路径名的设备：

  INODE *path2inode(int fd, char *pathname) // assume fd=file descriptor

显示索引节点磁盘块

• 编写一个C程序showblock，可打印文件的所有磁盘块。

EXT2文件系统的实现

文件系统的结构

• （1）是当前运行进程的PROC结构体
• （2）是文件系统的根指针
• （3）是一个openTable条目
• （4）是内存索引节点
• （5）是已挂载的文件系统表

文件系统的级别

文件系统的实现分为三个级别：

• 第1级别实现了基本文件系统树
• 第2级别实现了文件内容读/写函数
• 第3级别实现了文件系统的挂载、卸载和文件保护

基本文件系统

• type.h：包含了超块、组描述符、索引节点、目录条目结构；打开文件表、挂载表、PROC结构体和文件系统常数
• global.c：包含文件系统全局变量
• 实用程序函数：get_block/put_block函数、iget(dev,ino)函数、The iput(INODE *mip)函数、getino()函数
• mount-root.c：用于挂载根文件系统

1级文件系统函数

• mkdir算法：创建一个带路径名的新目录
• create算法：创建一个空的普通文件
• rmdir算法：删除目录
• link算法：创建从new_file到old_file的硬链接（只能用于普通文件，不能用于目录）
• unlink算法：取消文件链接
• sylink算法：创建一个从新文件到旧文件的符号链接
• readlink算法：读取符号文件的目标文件名并返回目标文件名的长度

2级文件系统函数

• open算法：打开一个文件进行读或写
• lseek算法：将打开的文件描述符在OFT中的偏移量设置为从文件开头开始或当前位置开始的字节位置
• close算法：关闭文件描述符
• read系统调用：将n个字节从打开的文件描述符读入用户空间的缓冲区
• write系统调用：将n个字节从用户空间的缓冲区写入打开的文件描述符
• opendir-readdir

3级文件系统函数

• 挂载算法：
  挂载操作命令mount filesys mount_point可将某个文件系统挂载到mount_point目录上
• 卸载算法：将挂载的文件系统与挂载点分开
• 交叉挂载点：修改getino(pathname)函数，来支持交叉挂载点
• 文件保护：通过文件索引节点中的权限位实现文件保护
• 实际uid和有效uid：每个进程都有一个实际uid和一个有效uid
• 文件锁定：文件锁定机制允许进程对一个文件或文件的某些部分设置文件锁，以防止在更新文件时出现竞态条件

问题和解决思路：

问题：EXT2fs.h头文件安装失败：

解决思路：

根据此网址方法即可：https://developer.aliyun.com/article/842521

实践内容与截图，代码链接：

尝试使用df：