第9章 Ext文件系统族 （1）
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9.1 简介
9.2 Ext2文件系统
9.2.1 物理结构
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9.1 简介
文件系统分类：
FAT：Windows默认使用。
Ext2/Ext3：Linux使用，优先使用Ext3。
Ext2：和VFS类似结构，性能高。
Ext3：Ext2基础上扩展了日志功能，用于系统奔溃时恢复。
传统：一个分区被格式化为一个文件系统。
新技术：LVM，一个分区可格式化为多个文件系统，也可多个分区合并为一个文件系统。
LVM：Logical Volume Manager，即逻辑卷管理器。
可跨越多个物理磁盘存储。
可动态扩展或缩减存储空间。
文件系统面临挑战：
1. 磁盘空间碎片化：文件移动和新增文件时产生碎片，从而影响访问速度。
2. 存储空间利用率：大量管理数据。
9.2 Ext2文件系统
Ext2开始成为强大的文件系统。
Ext2专注于高性能，设计目标：
1. 支持可变块长（根据预期文件大小决定）
2. 支持快速符号链接（若链接目标的路径很短时，存储在inode自身中）
3. 增加扩展能力。升级到Ext3等版本时，无需重新格式化或加载硬盘。
4. 奔溃后可恢复。用fsck工具修复。
5. 可将文件标记不可改变，即使root也不能，如重要配置文件。
Ext2代码实现大约1w行，紧凑。
拓展
fsck：即 file system check。
作用：可修复损坏的超级块、恢复丢失文件、删除不正确文件等。
可检查并修复多种文件系统：如 Ext3、Ext4、JFS 等。
9.2.1 物理结构
文件系统存储最小单元：块（block），所以文件占用大小是整数倍的块长度。
数据传输单元也为块。
块大小在格式化时确定。如：
mkfs.ext2 -b 4096 /dev/sdd
作用：在/dev/sdd分区中创建文件系统，其中块大小为4096B。
1. 结构概观
块组：Block Group。
Ext2 将一个分区被划分成多个块组。
Ext2 中有多个块组：
启动块：
不能写文件系统数据。而是存储启动装载程序。
其余块组：
存储文件系统的数据。
其中每一个块组细分为如下：
实际上，超级块只在某些块组中备份。
一个块组内分为：
1. 超级块：
描述文件系统的信息。如：
1. inode 总数与空闲量。
2. block 总数与空闲量。
3. 时间戳。
4. 文件系统magic值等。
每个块组都可备份超级块，实际中为节省存储空间，只使用第一个块组的超级块。
Ext2 采用稀疏超级块技术：
只是部分块组存储超级块信息。
2. 组描述符：
即GDT，描述当前块组的信息，包括：
1. 数据位图地址，inode 位图地址。
2. inode 表地址，数据块地址。
3. 空闲 inode 数，空闲数据块数。
3. 数据块位图 与 inode 位图：
用每个 bit 位描述对应数据块和 inode 是否已用 /空闲。
4. inode表：
包含该组块所有的 inode。即文件、目录的元数据。
5. 数据块：
存储文件，如：
常规文件：文件数据。
目录文件：存储目录下的文件名和子目录。
符号链接：路径名短则保存在inode ，如果较长则用数据块来保存。
注意：设备文件、FIFO 和 socket 等文件没有数据块，文件大小为 0。设备文件的主设备号和次设备号保存在 inode。
2. 间接
Ext2 技巧：
将磁盘按块编号，inode 指定数据块所在编号。
当文件太大时，需要很多数据块，inode结构无法包含。怎么办？
解决方法：使用间接块，间接存储inode的各个数据块块号。
而普通小文件，直接在inode中存储数据块地址。
文件越大大，所需间接更多。如：
一次间接，二次间接，三次间接等。
间接越多，访问对应数据块越慢。
3. 文件系统碎片
碎片影响分为：
写文件：无法分配连续数据块。
读文件：不能连续读取，机械硬盘磁头寻道时间增长，读变慢。
Ext2尽力防止磁盘碎片：
尽量让同一文件的数据块在同一块组中。