linux中的ext文件系统剖析

关于磁盘分区的一些知识点

linux中文件系统和磁盘分区是紧密结合的，一般情况下一个磁盘分区只能被格式化为一个文件系统。但也存在技术将一个分区格式化为多个文件系统。在linux操作系统上，组成磁盘分区的最小单位为磁盘上的柱面。磁盘的分区有两部分组成：主分区和扩展分区(磁盘的分区信息存放在磁盘分区表里面，一个分区一条记录，每个分区的记录中都是记录这个分区所占用的柱面区间)。而扩展分区可以包含多个逻辑分区，主分区最多4个，逻辑分区根据不同的硬盘类型会有不同的数量限制。比如SATA磁盘可以有11个逻辑分区，而IDE硬盘逻辑分区可以有59个。无论是SATA硬盘还是IDE硬盘，其逻辑分区号码都只能从5开始，1-4的分区编号只能被主分区使用。以下分别是全为主分区的分区表与既存在主分区也存在扩展分区的情况：

关于ext文件系统的组成：

block：

磁盘分区只有被文件系统格式化之后才能被操作系统使用。被文件系统格式化后的分区的最小单位为block，在格式化分区的时候可以对block的大小进行指定，一般为1KB,2KB,4KB。

inode block:

用于存放文件和目录的权限信息，比如当前用户对当前文件是否可读、可写、可执行。每一个inode block都是编有号码的，同时每一个inode block都与一个data block相关联。

data block：

存放文件的实际数据，data block同样是有进行编号的。inode block与data block的关系如下图：

当文件数据的容量超过了一个block的大小时，会将文件的数据分别存放到多个block中。inode中会存放所有data block的索引。

inode table:

记录当前文件系统中所有的inode信息。

inodebitmap:

记录当前文件系统中未被使用的inode block块。

databitmap:

记录当前文件系统中未被使用的data block块。

superblock:

用于存放当前文件系统中inode block和data block的使用情况。

关于目录在文件系统中是如何被表示的：

文件系统中每个目录同样对应一个inode block和一个data block，inode block中记录该目录的权限，data block中记录的是当前目录下所有文件的文件名，和这些文件所对应的inode block的索引。目录与其对应的inodeblock的关系如下：

文件系统与目录树的结合

由于操作系统中只能通过目录树才能对文件进行操作，所以要将文件系统与目录树进行结合，这种结合的方式就是挂载。文件系统只能被挂载在目录下。挂载成功之后，就可以在目录下对文件进行操作了。

ext2文件系统与ext3文件系统的区别：

说道ext2与ext3文件系统的区别就不得不说这两种文件系统对写文件的区别，ext2文件系统对文件的写入是通过以下步骤进行的：

1、查看inode bitmap中未被使用的inode block，将文件的权限信息写入未被使用的inodeblock。

2、查看data bitmap中未被使用的data block，将文件数据内容写入datablock。

3、将datablock的索引写入inodeblock中。

4、修改inode bitmap和data bitmap中的信息，将被使用掉的inode block和data bitmap标记为已使用。

5、更新superblock中的信息。

从这上面的几个文件写入步骤中就可以看出这样的写入顺序是存在一定的问题的：

当发生异常情况时，比如突然断电，就可能会导致不同表中的数据不一致，这种不一致可能出现在很多方面，inode bitmap、data bitmap表中的情况可能和这两个块实际使用的情况不一致;inode bitmap、data bitmap这两张表中的内容可能和superblock中记录的数据不一致。这些不一致会使数据在异常情况后的恢复比较困难。为了解决这种数据不一致的情况，所以出现了ext3文件系统。它与ext2文件系统的区别就是多了个日志记录功能，在日志写数据之前会进行日志记录，在数据写完成之后也会进行日志记录，中间写数据的过程也是先写日志再写数据，这就使数据的恢复可以根据日志来进行，这就感觉有点像一般的关系型数据库对数据的写入方式，先写日志再写数据。