Posted on 2011-01-06 11:21
幻海藍夢 閱讀(346)
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Linux
Linux 分區以柱面劃分，且必須格式化成 Linux 標準文件系統 (ext2/ext3 等) 才能使用。通常來說，每個分區只能格式化為一個文件系統。
盡
管硬盤的最小存儲單位是扇區，但對于文件系統而言，扇區的讀寫效率過低，因此以 n 個扇區為一個塊
(Block)，這是文件系統的最小存儲單位，當前支持 1024/2048/4096
三種大小的塊。當分區存儲大文件時，大的塊有助于提高讀寫效率。以 10MB 文件為例，扇區是 512 字節，需要讀取 (I/O) 20480
次，而對于 4096 字節的塊而言只需 2560
次。但也正因為塊是最小存儲單位，對于眾多的小文件來說，存儲空間浪費也就非常嚴重。即便文件小于塊，其剩余空間也是無法繼續使用的。
1. EXT2 文件系統結構
在
EXT2 文件系統中，文件存儲分為 Inode 和數據塊兩部分。inode 中存儲了文件元數據(metadata
文件屬性)信息和塊指針(指向數據塊位置)，數據塊中存儲了文件內容數據。整個分區被劃分為 n 個塊組 (Block
Group)，每個塊組又劃分為多個區域。
- Super Block: 超級塊，記錄文件系統信息，包括塊和 inode 總量、使用情況等等。
- Group Description: 組描述，記錄塊組信息。
- Block Bitmap: 塊位圖，記錄塊使用狀態，用于分配和回收數據塊。
- Inode Bitmap: Inode 位圖，記錄 Inode 使用狀態，用于分配和回收 Inode。
- Inode Table: Inode 表，存儲 Inode。
- Data Blocks: 數據塊。
可以用 dumpe2fs 查看分區的相關信息
$ sudo dumpe2fs /dev/sda1
Filesystem magic number: 0xEF53
Filesystem revision #: 1 (dynamic)
Filesystem OS type: Linux
Inode count: 498736
Block count: 1994060
Reserved block count: 99703
Free blocks: 1333369
Free inodes: 381040
First block: 0
Block size: 4096
Fragment size: 4096
Reserved GDT blocks: 486
Blocks per group: 32768
Fragments per group: 32768
Inodes per group: 8176
Inode blocks per group: 511
Filesystem created: Sun Jul 19 14:03:01 2009
Last mount time: Wed Jul 29 11:21:01 2009
Last write time: Wed Jul 29 11:21:01 2009
First inode: 11
Block size: 4096
Inode size: 256
... ...
Group 0: (Blocks 0-32767)
Primary superblock at 0, Group descriptors at 1-1
Reserved GDT blocks at 2-487
Block bitmap at 488 (+488), Inode bitmap at 489 (+489)
Inode table at 490-1000 (+490)
1172 free blocks, 8161 free inodes, 2 directories
Free blocks: 19992, 20034-20035, 20037-20043, 31605-31606, 31608-32767
Free inodes: 16-8176
Group 1: (Blocks 32768-65535)
Backup superblock at 32768, Group descriptors at 32769-32769
Reserved GDT blocks at 32770-33255
Block bitmap at 33256 (+488), Inode bitmap at 33257 (+489)
Inode table at 33258-33768 (+490)
20522 free blocks, 4056 free inodes, 175 directories
Free blocks: 33771-33773, 34053-34062, 34107-34136, 34141, ...
Free inodes: 11956-11957, 11965, 11984, 11988, 11991, 11998, ...
Group 2: (Blocks 65536-98303)
Block bitmap at 65536 (+0), Inode bitmap at 65537 (+1)
Inode table at 65538-66048 (+2)
17487 free blocks, 5021 free inodes, 724 directories
Free blocks: 67305-67307, 67309, 68035, 68043-68044, 70506-70514, ...
Free inodes: 19508-24528
2. Inode 結構
Inode 結構中保存了文件的屬性信息和數據塊指針。每個 inode 大小為 128 字節。
- Mode: 包含 inode 描敘的內容以及用戶使用權限。EXT2 中的 inode 可以表示一個文件、目錄、符號連接、塊設備、字符設備或 FIFO。
- Owner Information: 文件或目錄所有者(用戶/組)標志符。文件系統根據它可以進行正確的存取。
- Size: 文件尺寸 (單位: 字節)。
- Timestamps: inode 創建及最后一次被修改的時間。
- Direct Blocks: 數據塊直接指針快，可存儲 12 個直接指針，也就是說指向 12 個數據塊。
- Indirect Blocks: 單級間接指針快，指向一個數據塊。假設每個塊為 1024B，那么一共可以存儲 1024 / 4 = 256 個數據塊指針。
- Double Indirect: 二級間接指針快。可存儲 256 * 256 個數據塊指針。
- Tripe Indirect: 三級間接指針快。可存儲 256 * 256 * 256 個數據塊指針。
當 Block = 1024 時，最大文件尺寸 = 1024 * 12 + 1024 * 256 + 1024 * 256 * 256 + 1024 * 256 * 256 * 256 = 16843020 KB (約 16 GB)。
所有的 Inode 都存儲在 Inode Table 中，當我們訪問一個文件時，將完成如下步驟。
(1) 首先訪問文件根目錄的 Inode，從根目錄的數據塊中，我們可以找到該目錄下所有文件和子目錄的 Inode。
(2) 利用找到的 Inode 從 Inode table 中繼續訪問下一級目錄，直到獲取文件的 Inode。
(3) 利用文件的 Inode 我們就可以讀取文件數據塊的內容了。
目錄是一種特殊的文件，它的數據塊中存儲了該目錄中所有文件和目錄的名稱以及 Inode (見下面的示意圖)。從 Inode 數據結構上我們也可以看到，其內部并沒有保存文件名的區域。
一個分區所能容納的文件數量和 Inode 數量有關，因為一個文件最少要占用一個 Inode (也可能是多個，比如硬鏈接)。當目錄下的文件數量過多時，那么就需要多個塊來記錄關聯數據。
3. EXT3 文件系統
操
作一個文件時，我們除了在數據塊寫入數據外，還需更新 Inode 中的相關信息。若在其完成操作前的任何時候出現異常(比如斷電)都會導致 Inode
中數據和數據塊不一致。如果發生這類問題，EXT2 文件系統會在重啟時進行檢查，從超級塊開始逐步校驗，這個過程非常耗時。EXT3 是 EXT2
的升級版本，其代碼、磁盤格式和元數據都和 EXT2 相同，這意味著 EXT2 可以無損轉化為 EXT3 。
EXT3 是一種日志文件系統，它會在操作文件前記錄文件操作日志，在文件讀寫完成后，完成該日志，這類似于數據庫的事務機制。這種日志模式的好處就是在發生錯誤時，直接檢查日志就可獲知問題所在。
---------- 分割線 -------------
Linux 支持很多種文件系統，本文不作一一描述，可自行參考相關文檔。
原文：http://www.rainsts.net/article.asp?id=842