认识EXT2文件系统

认识EXT2文件系统

说明：红色为重要知识点和名词，蓝色为注释，黄色为Linux命令；

 

硬盘组成与分区

1.      圆形的盘片 #主要用来记录数据的部分

2.      机械手臂和机械手臂上的磁头 #用来读写盘片上的数据

3.      主轴上的马达  #可以转动盘片，让机械手臂的磁头在盘片上读写数据

4.      扇区  #最小的物理存储单位，每个扇区为512bytes

5.      柱面 #就是扇区组成的一个圆，柱面是分区的最小单位

6.      第一个扇区最重要，有硬盘主引导记录（MBR，446bytes）及分区表（64bytes）

7.      为什么只可以分4个主分区或扩展分区，因为一个分区需要一个分区表，一个分区表占64bytes，所以最多可以有4个主分区或扩展分区；

8.       扩展分区可以再分逻辑分区，而能被格式化的只有分区与逻辑分区，扩展分区无法格式化；

9.      逻辑分区数量：Linux中，IDE硬盘接口的最多有59逻辑分区（5—63号），SATA硬盘则有11个逻辑分区（5号到15号）；###关于IDE、SATA、ATA、SCSI接口，请看注1；

文件系统特性

1.      分区格式化 #格式化就是在磁盘中写入文件系统，现在Linux常用的是Ext4格式；

2.      文件系统的运行 ：文件系统通常会将这两个部分的数据分别存放在不同的块，权限与属性放置到inode中（一个文件占用一个inode），实际的数据放到datablock 中，超级块（superblock）会记录整个文件系统的整体信息：inode、block的数量、使用量、剩余量；

3.      数据访问的方式：通过先访问inode然后再读出block的内容，使用的是索引式文件系统；

4.      磁盘的碎片整理：整理碎片的原因是文件的写入太过于离散了，此时文件的读取性能将会变得很差。

Linux的EXT2文件系统（inode）

1.      文件系统将inode和block初始是就规划好了，如果想要改变就需要格式化分区；

2.      为什么分区中要有多个块组（block  group）：因为文件系统太大的时候，因为inode和block的数量太大不容易管理，每个块组中都有独立的inode、    datablock、superblock系统；

3.      为什么可以一个硬盘上可以安装多个系统（也就是多重引导的环境）：文件系统最前面有一个启动扇区，这个启动扇区可以将不同的引导装载程序安装到别 的文件系统最前端，不用覆盖整块硬盘的唯一MBR；

对于每个组块，有6个主要部分

a．  data block： 1. 存放数据的地方，EXT2支持block块的大小有1kb、2kb、4kb；注2；

    2. 每个block可以放一个文件数据；

b. inode  table: 1. 记录了文件的访问模式、所有组、大小、创建和改变的时间、指向的内容

                  2. 每个inode大小为128bytes，每个文件只会占用一个inode，因此文件系统能够创建的文件数量与inode的数量有关；

               3. 文件系统将inode记录的block号码的区域定义为12个直接、一个间接、一个双间接与一个三间接记录区。

               4. 为什么需要将inode记录block号码的区域分开：因为一个inode的大小为128bytes，而inode记录一个blocks需要4bytes，当文件有400M时， 就需要10万*4bytes的空间，远远大于128bytes，所以采用inode不同的记录区；

               5. 为什么文件系统采用1k的block方式最大的单一文件为16GB：12+256+256*256+256*256*256（K） = 16GB;

c. superblock   1. 记录block与inode的总量，未使用与已使用的inode、block数量，文件系统挂载的时间，最近写入数据的时间等

                                     2.validbit，如果此文件系统被挂载，valid bit为0，否则为1；

                                     3.superblock的大小为1024bytes；可以使用命令dumpe2fs查看；

        d. 如何使用dumpe2fs查看superblock：df #查看当前挂载的设备

                                                          dumpe2fs /dev/磁盘设备名

目录树

1.   如果在文件系统建立一个目录，Ext2文件系统会分配一个inode与至少一块的block来记录该目录的相关权限和属性，并记录分配到的那个block块的号码；如果文件文件过大inode不够记录这个文件的相关数据，就会再分配一个block块给inode；

查看目录内的文件所占用的inode的号码命令：

    ls –li

查看指定目录文件所占用的block块命令  

  ll –d /  /bin   /boot

2.   我们在新建一个文件时文件系统会给我们分配一个inode与相对应文件大小的block数量，如果文件大于12个block块的话，文件系统就会多给一个block块来作为块号码的记录；

3.   文件系统最上层的inode号码是由2开始的，所以一般根目录的inode为2；

4.   文件的读取过程

例如我想要读取/etc/passwd这个文件

         先使用命令：

ls –di /  /etc  /etc/passwd  #查看各目录的inode

根据挂载点的信息找到/dev/hdc2的inode号码为2，然后找到/的inode读取里面的权限和/的inode号码，然后再根据inode号码在向下找，直到读取这个文件；

文件的日志文件系统

1.      新建一个文件，先确定用户对于添加文件的目录是否具有w与x的权限；

 再根据inodebitmap找到没有使用的inode号码，并将新文件的权限/属性写入；

 根据blockbitmap找到没有使用中的block号码，将实际的数据写如进去，更新inode的block指向；

 同步更新inodebitmap 与 block bitmap，并且更新superblock的内容。

2.      inode table称为数据存放区域，superblock、block bitmap、 inode bitmap等区称为中间数据；

3.      日志文件系统：他的用处就是为了操作系统、硬件造成的文件写入错误，减少数据检查的时间；

 预备：当系统写入一个文件是，会先在日志记录块中记录某个文件准备写入的信息。

 实际写入：开始写入文件的权限与数据，开始更新meta data的数据。

 结束：完成数据与metadata的更新后，在日志记录块当中完成盖文建的记录。

处理文件在内存中的活动

1.      为了解决文件在磁盘的写入速度比内存慢的多的问题，经常需要耗时在等待读取与写入；Linux采取了异步处理的方式；

 一个文件加载到内存中，如果该文件没有被改变，将会设置为（clean）；如果有改动，内存的数据会被设置为Dirty，此时的操作都在内存中，并没有写入到磁盘中，系统会不定时的加载到内存中；

2.      系统会将常用的文件数据放到主存储器的缓冲区，加快文件系统的读写速度；

3.      若正常关机时，关机命令会主动调用sync来将内存的数据写入磁盘中。

4.      为什么强制关机会造成系统的崩溃：因为不正常的关机，如断电、死机、等其他原因造成内存中的数据没有回写到磁盘中，造成重新启动系统后会花很长时间去 检验磁盘，若一些重要文件没有写入到磁盘中，比如操作系统的引导文件等丢失，造成系统崩溃；

挂载点的意义

1.      文件系统与目录树结合的操作称为挂载，就是为了让文件系统链接到目录树才能被我们使用。

2.      挂载点一定是目录，该目录是该文件系统的入口；

3.      查看目录的的inode号

命令：ls –lid /  /boot  /home

 文件系统最顶层的，目录的inode一般为2号；

4.      为什么一个文件需要占用一个inode：因为我们可以通过判断inode号码来确认不同的文件；

Linux支持的文件系统与VFS

传统的文件系统：ext2/minix/MS-DOS/FAT/ios9660

日志文件系统：ext3/ReiserFS/Windows’NTFS/IBM’Sjfs/SGL’Sxfs

网络文件系统：NFS/SMBFS

如何查看Linux支持的文件系统   

命令：ls –l /lib/modules/$(uname -r)/kernel/fs

如何查看系统中加载的文件系统：       

  命令：cat /proc/filesystems

VFS(虚拟文件系统)：他在内核中，是内核的一个功能，为了管理文件系统；

管理过程：1. 用户进程；

                    2.到内核中，系统调用界面，然后使用VFS，操纵文件系统，到缓存中，在到设备驱动程序；

                    3.硬件层，磁盘设备控制器；

 

 

总结：所有的分区、inode、目录树、block块组，都是为了更快更方便的操作（查找，读取，写入）；

注释

注释1：IDE:IDE接口，也称之为ATA接口；是曾经主流的硬盘接口，也是光储类设备的主要接口。

      SCSI: 小型计算机系统接口, 一种用于计算机和智能设备之间（硬盘、软驱、光驱、打印机、扫描仪等）系统级接口的独立处理器标准。

      SATA:SATA是Serial ATA的缩写，即串行ATA。它是一种电脑总线，主要功能是用作主板和大量存储设备（如硬盘及光盘驱动器）之间的数据传输之用。

      ATA: ATA/ATAPI接口的驱动器也习惯上叫增强IDE（EIDE）接口驱动器，它是在IDE接口上的扩展。

2.