一

• 首先對于Linux系統來說，如圖所示，系統層級分為用戶層、内核層、以及物理設備層、

• 例如C語言中對于文件的寫操作，首先C語言本身會設置緩沖區，來提高讀寫效率。C寫函數會調用linux的系統函數接口write()，這是在用戶态下。緊接着write()會調用linux系統内核函數進入到内核層進行寫入，這個寫操作顯然是由文件系統來控制的，而内核中依舊還有一個高速緩沖設備來提高讀寫效率，之後通過設備驅動寫入磁盤中，簡單來說從調用C讀寫函數到将數據操作到磁盤上是這樣的流程。

　二

• 當我們了解了Linux文件系統所處的位置之後，接下來說明一些基本概念

1）扇區：扇區并不是一個物理概念，而是一個單位，大小是521Byte

2）塊：是一個Linux文件系統的基本單元，大小是4096Byte

3）塊組：ext2文件系統是以塊組為基本單元

4）Inode：存儲文件基本信息(除文件名和文件類型)，一個文件對應一個Inode；在ext2文件系統中，大小是128Byte

• 接下來開始解釋ext2文件系統，如圖所示，ext2采用一下的基本結構來管理數據存儲，每一個Block Group為一個基本單元，了解基本單元後就了解了文件系統

Boot Block：啟動塊，大小是1KB；存儲磁盤分區信息和啟動信息；PS：一個文件系統隻有1份

Super Block：超級塊，大小是1塊；為了提高系統的健壯性，每一個塊組都有一個(ext4采用稀疏拷貝)，并且每份内容一緻；用來描述整個分區的文件系統信息；例如塊大小、文件系統版本号、上次mount的時間等等

GDT：塊組描述符表，大小是多個塊，塊數不确定；由很多塊組描述符組成，整個分區分成多少個塊組就對應有多少個塊組描述符。 每個塊組描述符（Group Descriptor）存儲一個塊組的描述信息，例如在這個塊組中從哪裡開始是inode表，從哪裡開始是數據塊，通常内核隻用到第0個塊組中的拷貝，當執行e2fsck檢查文件系統一緻性時，第0個塊組中的超級塊和塊組描述符表就會拷貝到其它塊組，這樣當第0個塊組的開頭意外損壞時就可以用其它拷貝來恢複，從而減少損失。

Block Bitmap：塊位圖，原理和Bitmap算法一緻(用每位來表示數據)；标志每個塊的使用情況(0沒被使用，1被使用）一個塊組中的塊是這樣利用的：塊位圖就是用來描述整個塊組中哪些塊已用哪些塊空閑的，它本身占一個塊，其中的每個bit代表本塊組中的一個塊，這個bit為 1表示該塊已用，這個bit為0表示該塊空閑可用。

Inode Bitmap：和塊位圖類似，本身占用一個塊；其中每一位表示一個inode是否可用；

Inode Table：存儲Inode的表，inode表占多少個塊在格式化時就要決定并寫入塊組描述符中，mke2fs格式化工具的默認策略是：一個塊組有多少個8KB就分配多少個inode。

Data Blocks：存儲數據

三

• 接下來說明一下Inode結構

如圖所示，一個數據指針指針指向一個數據塊，後三個多級指針為了拓展數據塊

四 文件放入流程：

1. 先找GDT，查看InodeTable所在位置

2. 查找Table裡未被使用的最小值分配給文件使用，

3. Inode Bitmap對應位置由0置1

4. Inode存放文件信息，更新Table

注：1）文件系統很複雜，以上隻是放入文件大緻flow，實際系統還有空閑檢測、動态分配等

2）文件删除隻是将Inode BItma由1置0，更新block bimap 更行GDT，所以文件并沒有真正被删除

五 目錄結構

一個目錄占一個塊或多個塊，目錄塊内容如下：

注：1. 符号連接是新建一個記錄項，指向次文件記錄項

2. 硬鍊接是新建一個記錄項，指向此文件

附：遞歸列出目錄中的文件列表

#include <sys/types.h>

#include <sys/stat.h>

#include <unistd.h>

#include <dirent.h>

#include <stdio.h>

#include <string.h>

#define MAX_PATH 1024

/* dirwalk: apply fcn to all files in dir */

void dirwalk(char *dir, void (*fcn)(char *)) {

char name[MAX_PATH];

struct dirent *dp; DIR *dfd;

if ((dfd = opendir(dir)) == NULL) {

fprintf(stderr, "dirwalk: can't open %s\n", dir);

return;

}

while ((dp = readdir(dfd)) != NULL) {

if (strcmp(dp->d_name, ".") == 0 || strcmp(dp->d_name, "..") == 0)

continue; /* skip self and parent */

if (strlen(dir) strlen(dp->d_name) 2 > sizeof(name))

fprintf(stderr, "dirwalk: name %s %s too long\n", dir, dp->d_name);

else {

sprintf(name, "%s/%s", dir, dp->d_name);

(*fcn)(name);

}

}

closedir(dfd);

}

/* fsize: print the size and name of file "name" */

void fsize(char *name) {

struct stat stbuf;

if (stat(name, &stbuf) == -1) {

fprintf(stderr, "fsize: can't access %s\n", name);

return;

}

if ((stbuf.st_mode & S_IFMT) == S_IFDIR)

dirwalk(name, fsize);

printf("%8ld %s\n", stbuf.st_size, name);

}

int main(int argc, char **argv) {

if (argc == 1) /* default: current directory */

fsize(".");

else

while (--argc > 0)

fsize(* argv);

return 0;

}

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