20191324第十一章读书笔记

第十一章：EXT2文件系统

什么是EXT2文件系统？

The Second Extended File System ( ext2)文件系统是linux系统中的标准文件系统。对于ext2文件系统，磁盘首先被划分为一个个block,每个block大小是相同的，一般为1kByte或4kByte,这些block被聚在一起分成几个大的block group,每个group中的block数量是固定的。

EXT2文件系统数据结构

• 在linux下，通过mkfs创建虚拟磁盘，输入命令：
  mke2fs [-b blksize -N ninodes] device nblocks 可创建一个带有nblocks个块（每个块大小为blksize个字节）和ninodes个索引节点的EXT2文件系统

• 虚拟磁盘布局：
  

• Block#0：引导块文件系统不会使用它，用来容纳一个引导程序，从磁盘引导操作系统

• Block#1：超级块，用于容纳整个文件系统的信息。
  部分重要字段：

struct ext2_super_block {
u32 s_inodes_count; // Inodes count
u32 s_blocks_count; // Blocks count
u32 s_r_blocks_count; // Reserved blocks count
u32 s_free_blocks_count; // Free blocks count
u32 s_free_inodes_count; // Free inodes count
u32 s_first_data_block; // First Data Block
u32 s_log_block_size; // Block size
u32 s_log_cluster_size; // Allocation cluster size
u32 s_blocks_per_group; // # Blocks per group
u32 s_clusters_per_group; // # Fragments per group
u32 s_inodes_per_group; // # Inodes per group
u32 s_mtime; // Mount time
u32 s_wtime; // Write time
u32 s_mnt_count; // Mount count
u16 s_max_mnt_count; // Maximal mount count
u16 s_magic; // Magic signature
// more non-essential fields
u16 s_inode_size; // size of inode structure
};

• Block#2块组描述符块（EXT2将磁盘块分成几个组。每个组有8192个块（硬盘上的大小为32K）。每组用一个块组描述符结构体描述）：

struct ext2_ group_ desc (
u32
bg_ block_ bi tmap; // Bmap block number
u32 bg inode_ bi tmap; //Imap b1ock number
u32 bg inode_ table; // Indes begin block number
u16 bg_ free_ blocks_ count ; // THESE are OBVIOUS
u16 bg_ free_ inodes_ count ;
u16 bg_ used_ dirs_ count;
u16 bg_ pad; //ignore these
u32 bg_ reserved[3] ;
};

• Block#8：块位图（Bmap）（bg_block_bitmap）位图用来表示某种项的位序列，例如，磁盘块或索引节点。位图用于分配和回收项。在位图中，0位表示对应项处于FREE状态，1位表示对应项处于IN_USE状态。一个软盘有1440块。
• Block#9：索引节点位图（Imap）（bg_inode_bitmap）一个索引节点就是用来代表一个文件的数据结构。EXT2文件系统是使用有限数量的索引节点创建的。各索引节点的状态用B9中Imap中的一个位表示。在EXT2 FS中，前10个索引节点是预留的。
• 索引节点Block#10：索引（开始）节点块（bg_inode_table）每个文件都用一个128字节（EXT4中的是256字节）的独特索引节点结构体表示。

struct ext2_ inode {
u16 i_ mode;// 16 bits - ttttlugsIrwxJrwxIrwxl
u16 i_ uid;//owner uid
u32 i_ size;//file size in bytes
u32 i_ atime;//time fields in seconds
u32 i_ ctime;// since 00:00:00,1-1-1970
u32 i_ mtime;
u32 i_ dtime;
u16 i_ gid;// group ID
u16 i_ 1 inks_ count;// hard-link count
u32 i_ blocks;// number of 512-byte sectors
u32 i_ flags;//IGNORE
u32 i_ reserved1 ;//IGNORE
u32 i_ b1ock[15] ;//See details below
u32 i_ pad[7] ;//for inode size = 128 bytes
}

• 直接块：i_block[0]至i_block[11]指向直接磁块盘
• 间接块：i_block[12]指向一个包含256个块编号的磁盘块，每个块编号指向一个磁盘块
• 双重间接块：i_block[13]指向一个指向256个块的块，每个块指向256个磁盘块
• 三重间接块：i_block[14]对于小型EXT2文件可忽略
• 目录条目
  EXT2目录条目；目录包含dir_entry_2结构，即：

struct ext2_dir_entry_2 {
u32 inode;
u16 rec_len;
u8 name_len;
u8 file_type;
char name[EXT2_NAME_LEN];
};

遍历EXT2文件系统树

• 遍历算法：1.读取超级块2.读取块组描述符3.读取InodeBegin Block，以获取/的索引节点4.将路径名标记为组件字符串5.从3.中的跟索引节点开始搜索6.使用索引节点号ino来定位相应的索引节点7.重复第5第6步

文件系统结构：

• 共三个级别：第一级别实现基本文件系统树，第二级别实现文件读/写函数，第三级别实现系统的挂载，卸载和文件保护
  

基本文件系统

• type.h文件：包含ext2文件系统的数据结构类型
• global.c文件：这类文件包含文件系统的全局变量
• 实用程序函数util.c file：该文件包含文件系统常用的实用程序函数

get_block/put_block 将虚拟磁盘块读/写到内存的缓冲区中
iget(dev,ino) 返回一个指针，指向包含INODE（dev,ino）的内存minode
The put(INODE *mip) 释放一个mip指向用完的minode
getino（） 实现文件系统树遍历算法

• mkdir命令：创建一个带目录名的新路径
• rmdir命令：可删除目录
• 2级文件系统由open,close,lseek,read,write,opendir和readdir组成
• 挂载操作命令： mount filesys mount_point 允许文件系统包含其他文件系统作为现有文件系统一部分

实践：

点击查看代码

#include<stdio.h>
#include<stdlib.h>
#include<fcntl.h>
#include<ext2fs/ext2_fs.h>
#define BLKSIZE 1024
typedef struct ext2_group_desc GD;
typedef struct ext2_super_block SUPER;
typedef struct ext2_inode INODE;
typedef struct ext2_dir_entry_2 DIR;
SUPER *sp;
GD *gp;
INODE *ip;
DIR *dp;
char buf[BLKSIZE];
int fd, firstdata, inodesize, blksize, iblock;
char *dev = "mydisk";
int get_block(int fd, int blk, char *buf)
{
 lseek(fd, blk*BLKSIZE, SEEK_SET);
 return read(fd, buf, BLKSIZE);
}
int inode(char *dev)
{
 int i;
 fd = open(dev, O_RDONLY);
 if(fd<0)
 {
  printf("open failed\n");
  exit(1);
 }
 get_block(fd, 2, buf);
 gp = (GD *)buf;
 printf("bmap_block = %d, imap_block = %d, inodes_table = %d",
   gp->bg_block_bitmap,
   gp->bg_inode_bitmap,
   gp->bg_inode_table);
 iblock = gp->bg_inode_table;
 printf("---- root inode information ----");
 get_block(fd, iblock, buf);
 ip = (INODE *)buf;
 ip++;
 printf("mode = %4x ", ip->i_mode);
 printf("uid = %d  gid = %d\n",ip->i_uid, ip->i_gid);
 printf("size = %d\n", ip->i_size);
 printf("ctime = %s",ctime(&ip->i_ctime));
 printf("link = %d\n", ip->i_links_count);
 for(i = 0; i<15; i++)
 {
  if(ip->i_block[i])
  {
   printf("i_block[%d] = %d\n",i, ip->i_block[i]);
  }
 }
}

int main(int argc, char *argv[])
{
 if(argc>1)  dev=argv[1];
 inode(dev);
}