深入理解ext4（一）----extent区段

 文件系统是操作系统的一个重要组成部分，也有着举足轻重的地位。本系列文章主要讲述了linux ext4文件系统的一些实现原理。笔者参考了2.6.32.60的内核源代码。在写这篇的文章时，最新的内核已经去到了3.7.9。

ext4是替代ext2/3的Linux文件系统。从2.6.28版本开始，被正式认定进入稳定（stable）。本文主要介绍ext4文件系统在硬盘层面上的存储结构及原理。

 

读者对象：对Linux有一定基础，希望了解ext4底层原理，和它与ext2/3系统区别。

 

关键词汇

先回顾几个基本的概念，如果不是特别清楚下面几个概念的话，可以去google一下。

inode：索引节点

superblock：超级块

block：文件系统块

block group：文件系统块组

disk block：磁盘块（512字节）

block device：块设备

VFS：虚拟文件系统

EXT4存储结构

假如把整个超级块比如一本书，那么文件系统的工作就是把要记录的内容，按页码，行段记录在这本书里。这当然也包括书的目录了。我们使用dumpe2fs工具输出：

 

Reserved GDT blocks:      609 Blocks per group:         32768 Fragments per group:      32768 Inodes per group:         8128 Inode blocks per group:   508 Flex block group size:    16 Filesystem created:       Mon May 14 13:30:51 2012 Last mount time:          Sun Jan  6 18:51:16 2013 Last write time:          Sun Jan  6 18:51:16 2013 Mount count:              282 Maximum mount count:      -1 Last checked:             Mon May 14 13:30:51 2012 Check interval:           0 (<none>) Lifetime writes:          20 GB Reserved blocks uid:      0 (user root) Reserved blocks gid:      0 (group root) First inode:              11 Inode size:               256 Required extra isize:     28 Desired extra isize:      28 Journal inode:            8

 

首先，映入眼帘的是该超级块的相关重要参数，比如inode大小，块组含块数，块组inode数目等等。这些数据是存在ext4_super_block，ext4_sb_info这两个结构体中，定义在ext4.h头文件里，它们不是本篇重要讨论的内容。我们只需要知道它们是存放一些超级块信息的结构体即可。

接下来，可以看到ext4硬盘上的存储结构：

Group 0: (Blocks 0-32767) [ITABLE_ZEROED]   Checksum 0x7cf3, unused inodes 0   Primary superblock at 0, Group descriptors at 1-2   Reserved GDT blocks at 3-611   Block bitmap at 612 (+612), Inode bitmap at 628 (+628)   Inode table at 644-1151 (+644)   2720 free blocks, 0 free inodes, 1383 directories   Free blocks: 8888-8959, 9068, 9071-9135, 9144-9175, 9200-9207, 9213-9214, 9279, 9700-10120, 11823-11964, 12213-12870, 12879-13043, 13139-13254, 18432-19021, 22748-22975, 32549-32767   Free inodes:

 

这是块组0的情况，它表明块组0由块号为0-32767这32768个块组成，超级块基本信息存在块0，块组描述符在块1-2，预留的块组描述符表在块3-611，块位图在块612中，inode位图在块628中，Inode表在块644-1151中，空闲的块有很多，空闲的inode没了。

接下来，我们将重点分析这句废话中每个词的含义

        超级块基本信息：

                  我们在前面已经讲过了。顾名思义，不多解释。

         块组描述符

                  在内核中就是结构体ext4_group_desc，它包括的内容为：块位图块号，inode位图块号，inode表块号，空闲块计数，自由块计数等等。

         预留的块组描述符表

                  为以后要使用所留下来的空间。

         块位图

                  这个就是一个块使用情况记录表。记录哪些块使用，哪些块未使用。它的原理就是对整个块组中0-32767这总共32768个块中作一个映射。根据一个bytes有8个位00000000，一个块有4096bytes也就是有4096*8=3