好文分享：EXT文件系统机制原理详解

下图是一个ext4文件系统的superblock的信息，ext家族的文件系统都能使用dumpe2fs -h获取。

2.3 块组描述符表(GDT)

既然文件系统划分了块组，那么每个块组的信息和属性元数据又保存在哪里呢?

ext文件系统每一个块组信息使用32字节描述，这32个字节称为块组描述符，所有块组的块组描述符组成块组描述符表GDT(group descriptor table)。

虽然每个块组都需要块组描述符来记录块组的信息和属性元数据，但是不是每个块组中都存放了块组描述符。ext文件系统的存储方式是：将它们组成一个GDT，并将该GDT存放于某些块组中，存放GDT的块组和存放superblock和备份superblock的块相同，也就是说它们是同时出现在某一个块组中的。读取时也总是读取Group0中的块组描述符表信息。

假如block大小为4KB的文件系统划分了143个块组，每个块组描述符32字节，那么GDT就需要143*32=4576字节即两个block来存放。这两个GDT block中记录了所有块组的块组信息，且存放GDT的块组中的GDT都是完全相同的。

下图是一个块组描述符的信息(通过dumpe2fs获取)。

2.4 保留GDT(Reserved GDT)

保留GDT用于以后扩容文件系统使用，防止扩容后块组太多，使得块组描述符超出当前存储GDT的blocks。保留GDT和GDT总是同时出现，当然也就和superblock同时出现了。

例如前面143个块组使用了2个block来存放GDT，但是此时第二个block还空余很多空间，当扩容到一定程度时2个block已经无法再记录块组描述符了，这时就需要分配一个或多个Reserved GDT的block来存放超出的块组描述符。

由于新增加了GDT block，所以应该让每一个保存GDT的块组都同时增加这一个GDT block，所以将保留GDT和GDT存放在同一个块组中可以直接将保留GDT变换为GDT而无需使用低效的复制手段备份到每个存放GDT的块组。

同理，新增加了GDT需要修改每个块组中superblock中的文件系统属性，所以将superblock和Reserved GDT/GDT放在一起又能提升效率。

3.Data Block

如上图，除了Data Blocks其他的部分都解释过了。data block是直接存储数据的block，但事实上并非如此简单。

数据所占用的block由文件对应inode记录中的block指针找到，不同的文件类型，数据block中存储的内容是不一样的。以下是Linux中不同类型文件的存储方式。

• 对于常规文件，文件的数据正常存储在数据块中。
• 对于目录，该目录下的所有文件和一级子目录的目录名存储在数据块中。
• 文件名不是存储在其自身的inode中，而是存储在其所在目录的data block中。
• 对于符号链接，如果目标路径名较短则直接保存在inode中以便更快地查找，如果目标路径名较长则分配一个数据块来保存。
• 设备文件、FIFO和socket等特殊文件没有数据块，设备文件的主设备号和次设备号保存在inode中。

常规文件的存储就不解释了，下面分别解释特殊文件的存储方式。

3.1 目录文件的data block

对于目录文件，其inode记录中存储的是目录的inode号、目录的属性元数据和目录文件的block指针，这里面没有存储目录自身文件名的信息。

而其data block的存储方式则如下图所示。

由图可知，在目录文件的数据块中存储了其下的文件名、目录名、目录本身的相对名称"."和上级目录的相对名称".."，还存储了指向inode table中这些文件名对应的inode号的指针(并非直接存储inode号码)、目录项长度rec_len、文件名长度name_len和文件类型file_type。注意到除了文件本身的inode记录了文件类型，其所在的目录的数据块也记录了文件类型。由于rec_len只能是4的倍数，所以需要使用""来填充name_len不够凑满4倍数的部分。至于rec_len具体是什么，只需知道它是一种偏移即可。

目录的data block中并没有直接存储目录中文件的inode号，它存储的是指向inode table中对应文件inode号的指针，暂且称之为inode指针(至此，已经知道了两种指针：一种是inode table中每个inode记录指向其对应data block的block指针，一个此处的inode指针。题外话：实际上inode指针应该称之为存储在目录data blcok中的链接link，这个link和inode num一一映射，所以删除文件的函数称为unlink()，表示在目录的data block中删除这个链接)。一个很有说服力的例子，在目录只有读而没有执行权限的时候，使用"ls -l"是无法获取到其内文件inode号的，这就表明没有直接存储inode号。实际上，因为在创建文件系统的时候，inode号就已经全部划分好并在每个块组的inode table中存放好，inode table在块组中是有具体位置的，如果使用dumpe2fs查看文件系统，会发现每个块组的inode table占用的block数量是完全相同的，如下图是某分区上其中两个块组的信息，它们都占用249个block。

除了inode指针，目录的data block中还使用数字格式记录了文件类型，数字格式和文件类型的对应关系如下图。

注意到目录的data block中前两行存储的是目录本身的相对名称"."和上级目录的相对名称".."，它们实际上是目录本身的硬链接和上级目录的硬链接。硬链接的本质后面说明。

（编辑：晋中站长网）

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