28，磁盘文件系统

• 物理结构，每个硬盘分级：盘片》磁道》扇页 每个扇页为512个字节

• 块和innod的存储

  • 而每个块大小为扇页的倍数，一般为4k
  • inode i为index的意思，inode用于保存文件的元数据信息，包括权限，文件名。

  struct ext4_inode {
  __le16  i_mode;    /* File mode */
  __le16  i_uid;    /* Low 16 bits of Owner Uid */
  __le32  i_size_lo;  /* Size in bytes */
  __le32  i_atime;  /* Access time */
  __le32  i_ctime;  /* Inode Change time */
  __le32  i_mtime;  /* Modification time */
  __le32  i_dtime;  /* Deletion Time */
  __le16  i_gid;    /* Low 16 bits of Group Id */
  __le16  i_links_count;  /* Links count */
  __le32  i_blocks_lo;  /* Blocks count */
  __le32  i_flags;  /* File flags */
  ......
  __le32  i_block[EXT4_N_BLOCKS];/* Pointers to blocks */
  __le32  i_generation;  /* File version (for NFS) */
   __le32  i_file_acl_lo;  /* File ACL */
  __le32  i_size_high;
  ......
  };```
  

  • i_ mode为文件全系，
  • i_ctime为文件inode修改时间
  • i_atime为文件最近访问时间
  • i_mtime为文件最后修改时间
  • i_block 为该文件大块数据

  ext2和ext3的i_block 的结构如下

  
  image.png
  

  其中0-11号直接存放块位置，12为指向间接块的位置，13 指向二层间接块的位置，14指向三层间接块的位置
  上面的方法第一个就是大文件搜索比较耗时，第二个文件存储比较散乱，ext4 文件系统引入了extens的特性，其结构如下。

  
  image.png
  它是一个树形结构，i_block 中只存储四个 exten_entry 其指向连续的内存块或者下一个extend_header ，其中只有叶子节点存储数据。每个exten_entry 大小为12个字节

  struct ext4_extent_header {
  __le16  eh_magic;  /* probably will support different formats */
  __le16  eh_entries;  /* number of valid entries */
  __le16  eh_max;    /* capacity of store in entries */
  __le16  eh_depth;  /* has tree real underlying blocks? */
  __le32  eh_generation;  /* generation of the tree */
  };
  struct ext4_extent {  __le32  ee_block;  
  /* first logical block extent covers */  
  __le16  ee_len;    
  /* number of blocks covered by extent */  
  __le16  ee_start_hi;  
  /* high 16 bits of physical block */  
  __le32  ee_start_lo;  
  /* low 32 bits of physical block */};
  

• inode 位图和块位图

  • 硬盘划出一块单独的区域表示inode的使用情况和块的使用情况称为位图，0代表为使用，1代表使用。
  • 这两种位图的大小都为4k

• 文件系统的格式

  • 由于块位图只有4k只能代表4k*4k 就是128M的空间，所以引入了块组的概念

  一个inode位图+一个块位图+一系列的块+一系列的inode 即称为一个块组。

  • 维护多个块组的列表叫做块组描述符。
  • 超级块 ext4_super_block：描述文件系统有多少个块组，多少inode，每个块组有多少个inode，每个块组有多少个块。
  • Meta Block Groups 特性：由于块组描述符表和超级块是磁盘系统的全局信息，需要全局备份，那么加入每个都备份块描述符表就很占空间，而且限制了文件系统的大小。所以我们将多个块组组合为一个元块组。

    image.png
    

    如图，每个元块组之只维护自己的块组描述符，然后保存在第一个第二个和最后一个块组中，超级块则是保存在0，3，5，7 的幂的块组中。

• 目录的存储格式

  • 目录的元数据也是通过inode保存

  struct ext4_dir_entry {
  __le32  inode;      /* Inode number */
  __le16  rec_len;    /* Directory entry length */
  __le16  name_len;    /* Name length */
  char  name[EXT4_NAME_LEN];  /* File name */
  };
  struct ext4_dir_entry_2 {
  __le32  inode;      /* Inode number */
  __le16  rec_len;    /* Directory entry length */
  __u8  name_len;    /* Name length */
  __u8  file_type;
  char  name[EXT4_NAME_LEN];  /* File name */
  };
  

  其中name为文件名列表，假如文件太多，则会以索引的形式保存。

  struct dx_root
  {
  struct fake_dirent dot;
  char dot_name[4];
  struct fake_dirent dotdot;
  char dotdot_name[4];
  struct dx_root_info
  {
  __le32 reserved_zero;
  u8 hash_version;
  u8 info_length; /* 8 */
  u8 indirect_levels;
  u8 unused_flags;
  }
  info;
  struct dx_entry  entries[0];
  };
  

  其中dx_root_info 的 indirect_levels 为间接索引层
  两种表现形式如下

  
  image.png

• 软连接和硬链接。

  • 软连接是字节新建一个inode 然后跳转到映射的文件位置
  • 硬连接是两个文件夹使用同一个inode

• 命令行 ln [参数][源文件目录][目标文件目录]

参数如下 -s为软连接，不带为硬连接