Ext2 文件系统的硬盘布局

本文主要讲述 Linux 上比较流行的 ext2 文件系统在硬盘分区上的详细布局情况。Ext2 文件系统加上日志支持的下一个版本是 ext3 文件系统，它和 ext2 文件系统在硬盘布局上是一样的，其差别仅仅是 ext3 文件系统在硬盘上多出了一个特殊的 inode（可以理解为一个特殊文件），用来记录文件系统的日志，也即所谓的 journal。由于本文并不讨论日志文件，所以本文的内容对于 ext2 和 ext3 都是适用的。

    1 前言

    本文的资料来源是 Linux 内核中 ext3 文件系统的源代码。为了便于读者查阅源代码，本文中一些关键的技术词汇都使用了内核源代码中所使用的英语单词，而没有使用相应的中文翻译。(这种方法是否恰当，还请读者朋友们指教。)

    2 粗略的描述

    对于 ext2 文件系统来说，硬盘分区首先被划分为一个个的 block，一个 ext2 文件系统上的每个 block 都是一样大小的，但是对于不同的 ext2 文件系统，block 的大小可以有区别。典型的 block 大小是 1024 bytes 或者 4096 bytes。这个大小在创建 ext2 文件系统的时候被决定，它可以由系统管理员指定，也可以由文件系统的创建程序根据硬盘分区的大小，自动选择一个较合理的值。这些 blocks 被聚在一起分成几个大的 block group。每个 block group 中有多少个 block 是固定的。

    每个 block group 都相对应一个 group descriptor，这些 group descriptor 被聚在一起放在硬盘分区的开头部分，跟在 super block 的后面。所谓 super block，我们下面还要讲到。在这个 descriptor 当中有几个重要的 block 指针。我们这里所说的 block 指针，就是指硬盘分区上的 block 号数，比如，指针的值为 0，我们就说它是指向硬盘分区上的 block 0；指针的值为 1023，我们就说它是指向硬盘分区上的 block 1023。我们注意到，一个硬盘分区上的 block 计数是从 0 开始的，并且这个计数对于这个硬盘分区来说是全局性质的。

    在 block group 的 group descriptor 中，其中有一个 block 指针指向这个 block group 的 block bitmap，block bitmap 中的每个 bit 表示一个 block，如果该 bit 为 0，表示该 block 中有数据，如果 bit 为 1，则表示该 block 是空闲的。注意，这个 block bitmap 本身也正好只有一个 block 那么大小。假设 block 大小为 S bytes，那么 block bitmap 当中只能记载 8*S 个 block 的情况（因为一个 byte 等于 8 个 bits，而一个 bit 对应一个 block）。这也就是说，一个 block group 最多只能有 8*S*S bytes 这么大。

    在 block group 的 group descriptor 中另有一个 block 指针指向 inode bitmap，这个 bitmap 同样也是正好有一个 block 那么大，里面的每一个 bit 相对应一个 inode。硬盘上的一个 inode 大体上相对应于文件系统上的一个文件或者目录。关于 inode，我们下面还要进一步讲到。

    在 block group 的 descriptor 中另一个重要的 block 指针，是指向所谓的 inode table。这个 inode table 就不止一个 block 那么大了。这个 inode table 就是这个 block group 中所聚集到的全部 inode 放在一起形成的。

    一个 inode 当中记载的最关键的信息，是这个 inode 中的用户数据存放在什么地方。我们在前面提到，一个 inode 大体上相对应于文件系统中的一个文件，那么用户文件的内容存放在什么地方，这就是一个 inode 要回答的问题。一个 inode 通过提供一系列的 block 指针，来回答这个问题。这些 block 指针指向的 block，里面就存放了用户文件的内容。

    2.1 回顾

    现在我们回顾一下。硬盘分区首先被分为好多个 block。这些 block 聚在一起，被分成几组，也就是 block group。每个 block group 都有一个 group descriptor。所有这些 descriptor 被聚在一起，放在硬盘分区的开头部分，跟在 super block 的后面。从 group descriptor 我们可以通过 block 指针，找到这个 block group 的 inode table 和 block bitmap 等等。从 inode table 里面，我们就可以看到一个个的 inode 了。从一个 inode，我们通过它里面的 block 指针，就可以进而找到存放用户数据的那些 block。我们还要提一下，block 指针不是可以到处乱指的。一个 block group 的 block bitmap 和 inode bitmap 以及 inode table，都依次存放在这个 block group 的开头部分，而那些存放用户数据的 block 就紧跟在它们的后面。一个 block group 结束后，另一个 block group 又跟着开始。