Linux磁盘与文件系统管理 之 认识EXT2系统

1 磁盘组成与分区

1.1 磁盘物理组成

（1）圆形盘片—记录数据
（2）机械手臂及磁头—读写盘片数据
（3）主轴马达—使得机械手臂成功读写数据驱动

1.2 盘片物理组成

（1）扇区—最小物理存储单位，512bytes
（2）柱面—扇区组成的圆，分区的最小单位
（3）第一扇区—最重要的扇区，包含主引导记录MBR446bytes 以及 分区表PB 64bytes

1.3 磁盘接口在Linux中文件名

（1）/dev/sd[a-p][1-15] 为 SCSI 、 SATA 、 USB 、 Flash等接口的磁盘文件名
（2）/dev/hd[a-d][a-63] 为IDE接口的磁盘文件名

2 文件系统特性

2.1 不同操作系统使用的文件系统

（1）传统Windows98及以前的操作系统主要利用的文件系统为FAT或FAT16
（2）Windows2000及以后的操作系统主要利用NTFS为其文件系统
（3）Linux操作系统的正规文件系统均为EXT2 或 EXT3 为其文件系统

2.2 文件系统的存储块

通常，文件系统一般有三个存储块：
（1）super block ： 超级块，用来存储文件系统的整体信息，包括其余两块innode 及 block的总量、使用量、剩余量以及文件系统的格式和文件信息
（2）innode：主要记录文件的属性信息，一个文件会占用一个innode块，同时记录该文件实际数据所在的block的编号
（3）block：主要记录文件的实际数据，根据实际情况可能占用一个或多个block存储

2.3 不同文件系统的数据访问方式

（1）索引式文件系统
此类文件系统的innode块内存储文件实际数据所在的所有block的编号，此时，操作系统可以由此从开始就读取出文件数据所在的全部block。Linux的EXT2 、 EXT3都是这类文件系统；索引式文件系统的优点：它基本上不需要进行碎片整理，因为其文件写入的block不至于过于离散。
结构如下图：



（2）FAT文件系统
此类文件系统没有innode块的存在，因此也就不存在一开始就读取文件实际数据的所有block。这种文件系统，通常都是一个block内存储要访问的下一block的编号，该存储方式容易造成文件数据block的过于离散。所以说，FAT的文件系统需要经常进行碎片整理，来保证其性能。我们通常使用的U盘一般是采用的FAT文件系统。
结构如下图：

3 Linux的EXT2文件系统

3.1 EXT2 存储块详解

对于Linux的EXT2以及EXT3文件系统，有3个存储块，super block 、 innode以及block ，文件系统一开始就把innode和block规划好了，除非重新格式化或者利用resize2fs等命令更改，否则这两部分便不再进行改动。
（1）data block
data block是用来存储文件数据的块，EXT2文件系统中支持的block大小有1KB、2KB和4KB三种而已。
data block的大小在文件系统开始就已经初始化完毕，且不再改变。
一个block最多只能存储一个文件的数据，一个文件的数据根据实际内容量可以存储在多个block中。
对于小于block大小的文件来讲，在block中剩余的容量则不能再被其他文件占用，此时造成一定程度的磁盘空间浪费。
（2）innode block
innode主要记录文件的属性以及该文件实际数据存储在block的编号。
具体来讲，innode block中存储的内容有：
该文件的访问模式；
该文件大小；
该文件的所有者与组；
该文件创建状态改变的时间；
最近修改的时间；
定义文件特性的标志，如SetUID等；
该文件真正内容的指向；
innode block的大小也在文件系统格式化时已经确定，每个block的大小均固定为128bytes，每个文件只会占用一个innode block。
文件系统能够创建的文件数量与innode的数量有关。
系统读取文件时，先找到innode，分析权限，符合要求则读取block的内容。

innode block与文件大小密切相关，由于innode大小有限，只有128bytes的容量，记录一个block号码占用4bytes，而对于大文件则需要非常多的block来存储数据，block的数量远远超出了innode块可存储的容量。为此，文件系统采用多级存储结构，有12个直接，1个间接，一个双间接，一个三间接记录区，这样就满足了大文件的繁多block号的记录。
innode多级结构如下图：



那么，这样的存储结构可以指定多少个block呢？以较小的1KB的block来讲：
12个直接指向，12*1K=12K ， 直接指向可以记录12条；
间接指向，256*1K=256K，每条block号码的记录需要4bytes，因此1K大小可以记录256条；
双间接，256*256*1K，第一层指定256个记录，每个第二层指定256条；
三间接，256*256*256*1K ， 第一层指定256个记录，每个第二层指定256条，每个第三层也指定256条记录；
总量，12+256+256*256+256*256*256（K）=16GB
此时，我们可以知道，文件系统将block划分为1KB时，能够容纳的最大文件为16GB，与文件限制表结果一致。但是这个方法不适用与block大小为2KB或者4KB时，因为大于2KB的block将会受到EXT2文件系统本身的限制，计算结果与限制表产生出入。

（3）super block
此块记录整个文件系统相关信息的地方，记录信息主要有：
block与innode的总量；
未使用和已使用的innode/block的数量；
block和innode的大小；
文件系统挂载时间、最近一次写入数据的时间、最近一次检验磁盘时间等；
一个validbit数值，挂载值为0，未挂载值为1；

3.2 EXT2文件系统与目录树的关系

3.3 EXT2与EXT3文件系统访问与日志文件系统

3.4 文件系统操作及挂载点

3.5 其他Linux文件系统

以上几节内容理论性强，通读《鸟哥的Linux私房菜—基础学习篇》P204-209了解即可。