Ext4 Disk Layout (ext4 磁盘布局)

英文原文网址：https://ext4.wiki.kernel.org/index.php/Ext4_Disk_Layout

本文主要介绍ext4文件系统在磁盘上的格式。一些和ext2/3文件系统共同的特性也可以适用于ext2/3，只不过ext4的一些特性ext2无法支持。

1 相关术语

ext4文件系统把一个物理存储切分成物理快的数组，可以减少bookkeeping的开销，并且提升大数据量传输的吞吐量。通常块大小是4KB，计算公式为2 ^ (10 + sb.s_log_block_size) bytes。在本文所有的磁盘地址都是基于这个逻辑块大小，而不是原始的 LBAs和1024byte的块。为了方便阅读，本文后面的块大小都用$block_size来表示，

当分析已经格式化好了的文本块的时候，sb指的是super block区域，inode指的是inode table区域。

2 概述

ext4文件系统被切分为多个块组。为了减少由于碎片化导致的性能下降，块分配器尽量让每个文件的块都在同一个块组内，这样可以减少seek的定位时间。块组的大小由sb.s_blocks_per_group决定，单位是块，默认情况下是8*block_size_in_bytes。在默认块大小为4KB时，每个块组会包含32768个块，总大小128M。块组的个数由设备总大小除以每个块组的大小。

所有ext4区域都是用小端存储方式。所有jbd2(日志) 都是用大端存储模式。

2.1 块

ext分配存储的单位是块，一个块是一组扇区组成，总大小在1K到64K，扇区数量必须是2的整数倍。多个连续块又组成块组。块大小在用命令mkfs创建文件系统的时候指定，一般是4KB。很多人可能都会经历过挂载问题，特别是当块大小比页大小还要大的时候(例如：64K的块，但是只有4K的内存页)。默认文件系统可以支持2^32Byte的块，如果64位系统特性使能，可以有2^64Byte的块。

注意：没用用extens的文件必须放在文件系统的前2^32个块里面，有extents的文件必须放在前2^48个块中，更大的文件会有什么问题目前还不确定。

2.2 布局

标准的块组布局如下：

块组0比较特殊，前1024个Bytes都没有用，为了兼容安装x86的启动扇区和其他特俗场景。超级快会在1024的偏移处开始，每一个块组都是这样(通常来说都是第0块组)。然而当块大小刚好等于1024，于是第0块被标记为已经在使用，超级快就被设置到第1块。对于所有其他块组，都没有padding的1024Byte。

ext4驱动主要操作超级快，和块组0中找到的组描述符。superblock和组描述符会重复的拷贝到一些块组中，防止磁盘起始位置被破坏，但是，并不是每一个块组都需要保存一份这种拷贝。如果一个块组没有这种备份，那么块组直接从data block bitmap开始。注意，当系统是刚刚格式化的，mkfs会在块组描述符后分配“保留的GDT 块”，用于后期的功能扩展。默认情况下文件系统允许在原来的文件系统大小基础上扩容，要求是1024的倍数。

inode table的地址由变量grp.bg_inode_table_*给出。inode table是一个连续的足够大的块，能包含sb.s_inodes_per_group*sb.s_inode_size bytes。