第十一章 EXT2文件系统

1.EXT2文件系统

• 多年来，Linux 一直使用EXT2(Card等 1995)作为默认文件系统。EXT3(EXT3，14)是 EXT2 的扩展。EXT3 中增加的主要内容是一个日志文件，它将文件系统的变更记录在日志中。日志可在文件系统崩溃时更快地从错误中恢复。没有错误的 EXT3 文件系统与 EXT2 文件系统相同。EXT3 的最新扩展是 EXT4(Cao 等 2007)。EXT4 的主要变化是磁盘块的分配。在 EXT4中，块编号为48位。EXT4不是分配不连续的磁盘块，而是分配连续的磁盘块区，称为区段。

2.EXT2文件系统数据结构

• (1) 通过mkfs创建虚拟磁盘
  • 命令

mke2fs [-b blksize -N ninodes] device nblocks

在设备上创建一个带有nblocks个块（每个块大小为blksize字节）和ninodes个索引节点的EXT2文件系统。

• (2)虚拟磁盘布局

  • Block#0：引导块 B0是引导块，文件系统不会使用它。它用来容纳一个引导程序，从磁盘引导操作系统。

• (3) 超级块

• Block#1：超级块（在硬盘区分中字节偏移量为1024）B1是超级块，用于容纳整个文件系统的信息。

• (4)块组描述符

  • Block#2：块组描述符块(硬盘上的s_first_data_block+1)
  • Block#8：块位图
  • Block#9：索引节点位图

• (5）索引节点

  • Block#10：索引（开始）节点，每个文件用一个128字节（EXT4中是256字节）的唯一索引节点结构体表示

• (6）数据块

  • 紧跟在索引节点后面的是文件存储数据块。

• (7)目录条目

• 目录包含dir_entry结构

• EXT2在硬盘上的索引节点的数据结构如下：
  
  

3.邮差算法

• 例：一个城市有M个街区，编号从0到M-1。每个街区有N座房子，编号从0到N-1。每座房子有一个唯一的街区地址，用（街区，房子）表示，其中0≤街区＜M，0≤房子＜N。外人不熟悉该街区寻址方案，采用线性方法将房子地址编为0，1，…，N-1，N，N+1等。已知某个街区地址BA=(街区，房子)，如何转换为线性地址LA，相反，已知线性地址，如何转换为街区地址？
• LA=N*block + house；
• BA=(LA/N, LA%N)； （只有从0开始计数转换才有效）

4.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，在其数据块中搜索name[0]；
6. 使用索引节点号ino来定位相应的索引节点。Ino从1开始计数，使用邮差算法计算包含索引节点的磁盘块及其在该块中的偏移量；
7. 由于5~6步将会重复n次，所以最好编写一个搜索函数。

5.EXT2文件系统的实现

1. 是当前运行进程的PROC结构体。在实际系统中，每个文件操作都是由当前执行的进程决定的。每个进程都有一个cwd，指向进程当前工作目录（CWD）的内存索引节点。它还有一个文件描述符数组fd］，指向打开的文件实例。
2. 是文件系统的根指针。它指向内存中的根索引节点。当系统启动时，选择其中一个设备作为根设备，它必须是有效的EXT2文件系统。根设备的根索引节点（inode＃2）作为文件系统的根（1）加载到内存中。该操作称为“挂载根文件系统”。
3. 是一个openTable条目。当某个进程打开文件时，进程fd数组的某个条目会指向openTable，openTable指向打开文件的内存索引节点。
4. 是内存索引节点。当需要某个文件时，会把它的索引节点加载到minode 槽中以供使用。因为索引节点是唯一的，所以在任何时候每个索引节点在内存中都只能有一个副本。在minode中，（dev，ino）会确定索引节点的来源，以便将修改后的索引节点写回磁盘。refCount字段会记录使用minode的进程数。
   dirty字段表示索引节点是否已被修改。挂载标志表示索引节点是否已被挂载，如果已被挂载，mntabPtr将指向挂载文件系统的挂载表条目。lock字段用于确保内存索引节点一次只能由一个进程访问，例如在修改索引节点时，或者在读／写操作过程中。
5. 是已挂载的文件系统表。对于每个挂载的文件系统，挂载表中的条目用于记录挂载的文件系统信息，例如挂载的文件系统设备号。在挂载点的内存索引节点中，挂载标志打开，mntabPtr指向挂载表条目。在挂载表条目中，mntPointPtr指向挂载点的内存索引节点。

6.基本文件系统

1. type.h文件
2. global.c文件
3. mount-root文件

7.1级文件系统函数

1. mkdir算法
2. creat算法
3. mkdir-creat的实现
4. rmdir算法
5. link算法
6. unlike算法
7. symlink算法
8. readlink算法

8.2级文件系统函数

1. open算法
2. lseek
3. close算法
4. 读取普通文件
5. 写普通文件
6. opendir-readdir

9.3级文件系统函数

1. 挂载算法
2. 卸载算法
3. 交叉挂载点
4. 文件保护

10.实践

• 查看文件操作系统
  

• df命令