本文主要是介绍文件系统2：EXT，对大家解决编程问题具有一定的参考价值，需要的程序猿们随着小编来一起学习吧！

EXT主要有EXT2，EXT3，EXT4，主要介绍EXT2与EXT4。由于时间仓促，很多自己也不理解，可能有很多错误。

基本概念

首先介绍EXT中的基本概念：

• 块：EXT用块管理分区空间，每一个块所占大小，常见的有1KB，2KB，4KB，8KB
• 块组：几个块又被组成一个块组进行管理，一个块组含有的块的数量是块大小的8倍，因为块位图（之后介绍）占一个块，其中每一个比特对应一个块，所以如果一个块大小为1KB，那么一个块组有1K*8=8192个块

文件存储分配方式

在之前FAT文件系统中介绍文件的存储位置是通过FAT表和链接的方式来实现的，如下所示

而EXT采用的是节点表和索引式的方式来实现，即通过节点表将文件所占据的块记录下来，如下所示（当然实际不如下面这么简单，而且也不准确，只是说明这种思想，实际的更多细节可以看之后的内容）

其中节点表中一个文件的块的地址分为直接地址，一级索引，二级索引，三级索引，如下所示：

• 直接地址即所指向的块保存的就是文件数据
• 一级索引即所指向的块保存的是块的地址，如图中一级索引指向22号块，22号块中保存的是块的地址，其中指向的块有24，25等，而24指向的块才保存着文件的数据
• 其它类型的索引类似

并不完全准确大致思想如下：

硬链接与软连接

在下面节点表会提到硬链接数，所以介绍一下。如下图所示，文件a，b，c都是图中最右上角的文件，但是b是采用硬链接的方式，直接指向了文件对应的节点4的地址，所以节点4的硬连接数为2。
而c采用软连接的方式，指向了一个保存最右上角的文件地址的文件，这类似于windows中的快捷方式。

EXT2

以每块占1KB为例，EXT2的结构如下所示：

• 超块：包含重要的信息，包括文件系统中节点和块的总数和空闲的数量，每个块组中节点和块的数量等
• 块组描述表GDT：定义所有块组的参数，包括块位图，节点位图，节点表的位置，空闲块，节点数量等
• 超块备份和块组描述表备份：因为超块比较重要，所以起初，每个块组都保存一个超块和块组描述表的备份，但是会占用太多空间，所以改为只在组为0，1，3，5，7的幂的组才添加备份。
• 块位图与节点位图之后介绍

注意：

• 0号块不属于任何一个块组
• 引导扇区始终占1024个字节，超块始终占1024个字节，又因为图中以每块占1KB为例，所以图中引导扇区占block0，超块占block1，但是如果每块占2KB，那么引导扇区和超块就会一起占block0。
• 块组描述表在超块后的第一个块，可能不止占图中所示的一个块，可能占多个块

超块

本次以下面磁盘为例，其中主分区为EXT2

首先，找到磁盘MBR中分区表，得到主分区在磁盘2048扇区处，然后前1024B为引导扇区，这里引导扇区内容为空，之后2050扇区即为超块，如下所示

对应意义如下

块组描述表

块组描述表表示文件系统中所有块组的信息，其中每32个字节表示一个块组的信息，这32个字节的结构信息如下

超块的下一个块为块组描述表，这里一个块是1024B，就是两个扇区，而超块在2050扇区，所以块组描述表在2052扇区，以下为块组描述表的部分数据

只看第一个块组也就是块组0的信息，即前32位

块位图

每一位表示一个块是否被使用，1表示已用，0表示未用，第一个块（编号为0）由0字节的0位表示，第九个块由1字节的0位表示。块3中的块位图如下

节点位图

每一位表示一个节点是否被使用，编号从1开始，所以第一个节点（编号为1）由0字节的0位表示。保留的节点在初始化时都会被标记为已使用（前几个节点是被保留的，版本0为11节点，其它版本要看设置为多少，在超块的偏移54-57处已经确定）。块4中的节点位图如下

节点表

节点表保存了各种各样文件的位置，大小，类型和访问权限，但不保存文件名，文件名只保存在目录中。节点表中每128B表示一个节点项，节点表中前几个项是被保留的（版本0为11个项，其它版本要看设置为多少，在超块的偏移54-57已经确定，这11个中第1个是用作坏块的节点，第2个：根目录节点，第3，4个：根访问控制相关，第5：引导加载程序节点，第6：未删除目录节点）。每一个节点项结构如下：

块5中的节点表如下：
前11个为保留的节点，所以以下是节点表中保留的项的部分数据。

其中第二个节点，也就是根目录节点分析如下：

目录

目录有其特定的格式。目录分为链目录格式与索引目录格式，在文件多的时候索引目录格式查找文件更快，在节点表的偏移20-23处表明了格式。

链表目录格式

结合例子介绍，在上面的节点表中我们知道一个目录在507块，也就是在扇区2048+507*2=3062，其中2048是分区的起始扇区（其实2048-2049为块0，而507块是块本身，所以扇区为2050+2*（507-1）），其数据如下

开始为当前目录项

下一项为其父目录项，由上知前一项录项长度为12，所以下一项从偏移C处开始

其余项就是该目录下的文件的项了

索引目录格式

使用哈希树来组织和查找目录项。为了与链表目录格式兼容，在前面一块放置一个链表目录格式的数据块，下一个数据块才为索引目录格式块。当索引目录项超过一个数据块可容纳的数时，将创建间接索引，即分配给该目录另一个数据块。关于此格式的更多原理见文档

首先是索引根目录项结构

之后是索引目录项，第一个索引目录项如下：

之后的索引目录项结构如下

EXT4

相比于EXT2，在EXT4中可以将几个块组作为一个逻辑块组绑定在一起，称为元块组，其它块组的节点位图，块位图都可以统一放在一起。以下主要介绍EXT4中格式与EXT2不一样的地方

超块

与EXT2相比在以下偏移处不同

本次以下面磁盘为例，其中root为EXT4

首先在偏移1024B处找到超块，如下所示，这里就不一一分析了，直接使用软件自动分析。
在偏移18处可以看到块的大小，为2^(10+2)，即4K

块组描述表

块组描述表中每一项与EXT2相比，有32B版本和64B版本，32B是EXT2中的扩展

以上为32B版本，64B版本加上下面的内容

由超块知一个块占4K，所以块组描述符在扇区8，即超块的下一块中。这里只看第一个块组项，可知该块组的块位图在1025*8（因为一个块4K，占8个扇区）处，节点位图在1041*8处，节点表在1057*8处。

节点表

相比于EXT2，增加了如下字段

extent tree

并且在偏移28-63处不再使用直接地址，一级索引这样的方式找块号（在EXT2和EXT3中使用），而改用扩展树extent tree结构，其结构如下，偏移为偏移28-63处内部的相对偏移，开始12个字节为树结构的头

树头之后，跟着每一项，每一项的结构如下

日志

为了防止系统崩溃导致数据前后不一致，从EXT3引入日志系统，都按大端存储

在超块中可以知道日志节点在8号节点（11个保留节点中从0开始编号，但是第0个不存在，所以8号实际上还是第8个节点）。
通过块组描述表知道节点表在1057*8处。
在节点表，找到第8个节点，如下图所示红框处。
在第8个节点，通过extent tree的结构中第一项8-B偏移处的块号的低32位（红线处），知道日志在2129920块处，即2129920*8扇区处

日志数据如下

其结构为：

日志中每一个块都有一个12字节的开头

日志超块

描述符块

开始依然是固定的12B块头，之后是多个日志块的标记，如果日志超块中偏移28-2B处设置了值为0x10的JBD2_FEATURE_INCOMPAT_CSUM_V3，则格式如下，偏移为这些内容的相对偏移

如果没有设置，则格式如下，偏移为这些内容的相对偏移

参考

https://www.nongnu.org/ext2-doc/ext2.pdf
https://www.kernel.org/doc/html/latest/filesystems/ext4/about.html
http://web.mit.edu/tytso/www/linux/ext2intro.html
https://students.mimuw.edu.pl/ZSO/Wyklady/11_extXfs/extXfs.pdf
https://zhuanlan.zhihu.com/p/61749046
https://www.cnblogs.com/ggjucheng/archive/2012/08/22/2651641.html
https://ext4.wiki.kernel.org/index.php/Ext4_Disk_Layout#Hash_Tree_Directories

这篇关于文件系统2：EXT的文章就介绍到这儿，希望我们推荐的文章对大家有所帮助，也希望大家多多支持为之网！