10-ext2 文件系统

上一篇简单介绍了一下什么是文件系统，最后我们尝试自己在一张A4纸上构造了一个属于我们自己的文件系统——happyfs。

可惜的是，我们这个 happyfs 并不为世人所知，它的闻名程度远不及大名鼎鼎的 ext2。ext2 是早期 linux 上使用的文件系统，堪称经典也不复杂。从它入手，比较简单，也方便以后我们学习更复杂的文件系统。

1 ext2 如何划分它的A4纸

图1 ext2全貌

看来 ext2 不太喜欢使用 A4 纸，它比较喜欢纸带。不过没关系，聪明的你一定也可以举一反三。从图1中可以看到，ext2 将纸带划分成了一个一个的“组”（除了第一个小方格外）。接下来，又把每个组具体再细分，划分出了超级块，组描述符表，块位图，inode 位图，inode 表，数据块。

别晕，这一堆名词我知道你很多看不懂，“数据块”你总能知道是什么吧。还记得上一篇文章中的图吗，那页A4纸从第11行开始存储数据，那一块就是数据块。

而从1到10行，保存是只是文件名称，位置等等相关信息，这种信息，通常只是为查找数据块在哪个位置和大小设定的，它有一个让人听起来不太爽的名字——元数据(metadata)。只不对对应到了 ext2 上，元数据变复杂了，于是就有了inode，超级块等等这些概念了。

2 何为 block

block 中译名叫块。物理磁盘是由一个个的区（所谓的扇区）连接成一片，每个区是 512 字节。为了能有组织，有计划的使用磁盘，设计者把连续若干个（比如2个，4个，8个）区连成一组，抽象出 block 的概念。如果使用 2 个区为一组，那一个 block 的大小就是 1KB。

如今，磁盘也不在是什么昂贵资源，动辄就是几百G大小，通常在设计 block 的时候都使用 8 区连成一组，即一个 block 是 4KB。

图1中虽然没有明确的划出一个个的 block，但是你心里要知道，这个纸带就是由一个个的 block 拼接而成的，只是接缝实在太完美，你看不见而已。

3 Boot Block

无论如何，Boot Block 都占用 1KB，它并不以你划分的 block 大小来改变自己。即使你划分的 block 大小是 4KB，Boot Block 也只占用 1KB 大小。这个块，是专门为启动CPU的时候保留的（我没说是启动操作系统）。

在你摁下开机键的那一刻，CPU 一上电，硬件会主动把 Boot Block 复制到内存的0x7c00这个位置，然后CPU 就从这个位置开始执行，后面的事情，就是一步一步的把操作系统引导起来。

4 ext2 元数据

4.1 inode 表和 inode 节点

凡是以后提到表的概念，都可以把它理解成数组。

如同上一篇中的第1行到第10行，它就是一个简化版本的 inode 表，而 inode 表里存放的就是一个个的 inode 节点。在 ext2 中，inode 表可能要占用若干个 block.

实际上，inode 节点就是一个比较大的结构体。

ext2 的 inode 节点里存储了更加丰富的内容，除了记录文件在哪个block上，还包含了文件的权限位，最近访问时间，最近修改时间等等。有一点比较特殊的是，文件的名字并没有保存在 inode 节点里，而是保存在一个称为目录项的结构体里。

4.2 inode 位图和 block 位图

位图，是一种常见的数据结构。它就好像是一张地图，每个 bit 位代表一个位置，如果为 0，表示这个位置没有被占用，如果为 1，表示该位置被占用。

那么 inode 位图就是用来记录 inode 表中哪个位置被占用了，block 位图，就是记录哪个 block 被占用了。等到后面的实验中，你就会深刻理解这一点。

4.3 组描述符表

一个组描述符表，它不仅存储当前组的信息，也会保存其它组的信息。这是一种备份思想。组描述符表中存储的组描述符。

组描述符中保存了 inode 位图和 block 位图在哪个 block 上。除此还有 inode 表的位置等等。

4.4 超级块

超级块记录了一全局信息，比如 inode 节点的个数，第一个数据块的位置，block 的大小（是1KB还是2KB还是4KB？），block 的个数等等。

5 总结

本篇介绍了 ext2 是如何划分磁盘的，以及一些常见的概念。这些概念看起来对于新手来说可能过于抽象，别担心，后面有实验部分。

需要注意的是：

• 不是所有的组都有块组描述符
• 块组描述符描述的是所有组的信息，一般来说只使用第0组中的就够了，其它组都只是备份而已。