第十一章读书笔记

11.1EXT2文件系统

• EXT2：Linux一直在用的默认文件系统
• EXT3：在EXT2之上拓展了任务日志功能
• EXT4：EXT4不再分配不连续的磁盘块，而是分配连续的磁盘块，称为区段

11.2EXT2文件系统数据结构

1.通过mkfs创建虚拟磁盘

在Linux下，命令：
mke2fs [-b biksize -N ninodes] device nblocks
在设备上创建一个带有nblocks个块（每个块大小为blksize字节）和ninodes个索引节点的EXT2文件系统。设备可以是真实设备，也可以是虚拟磁盘文件。如果未指定blksize，则默认块大小为1KB。如果未指定ninoides，mke2f将根据nblocks计算一个默认的ninodes数。得到的EXT2文件系统可在Linux中使用。

2.虚拟磁盘布局

一个有1440大小为1kb的块的EXT2文件系统布局为：

下面简单介绍一下磁盘块的内容：
Block#0:引导快。B0是引导块，文件系统不会使用它。它用来容纳一个引导程序，从磁盘引导操作系统。
Block#1:超级快。在硬盘分区中字节偏移量为1024，B1是超级块，用于容纳整个文件系统的信息。下图说明了超级块结构中的一些重要字段：

• s_first_data_block : 0表示4KB块大小，1表示 1KB块大小。它用于确定块组描述符的起始块，即s_first_data_block +1。
• s_log_block_size :确定文件块大小，为1KB(2s_log_block_size)，例如:0表示1KB块大小，1表示2KB块大小，2表示4KB块大小等。最常用的块大小是用于小文件系统的1KB*和用于大文件系统的4KB.
• s_mnt_count : 已挂载文件系统的次数。当挂载计数达到max_mnt_count时，fsck 会话将被迫检查文件系统的一致性。
• s_magic:标识文件系统类型的幻数。EXT2/3/4文件系统的幻数是0xEF53。

Blocak#2:块组描述符块。硬盘上的s_first_data_block+1，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来描述。下图说明了块组描述符中的一些重要字段：

由于一个虚拟软盘（FD）只有1440个块，B2就只包含一个块组描述符。其余的都是0。在有大量块组的硬盘上，块组描述符可以跨越多个块。块组描述符中最重要的字段是bg_block_bitap、bg_inode_bitmap和bg_inode_table，它们分别指向块组的块位图、索引节点位图和索引节点起始块。对于Linux格式的EXT2文件系统，保留了块3到块7。所以，bap=8，imap=9，inode_table=10。

Block#8:块位图（Bmap)(bg_blockbitmap）位图是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个块，但是Block#0未被文件系统使用。所以，位图只有1439个有效位。无效位被视作INUSE，设置为1。
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的Imap中的一个位表示。在EXT2 FS中，前10个索引节点是预留的。所以，空EXT2FS的Imap以10个1开头，然后是0。无效位再次设置为1。
Block#10:Block#10：索引（开始）节点（bginode_able）每个文件都用一个128字节（EXT4中是256字节）的唯一索引节点结构体表示。下图列出了主要索引节点字段：

直接块：i_block[0]至i_block[11]指向直接磁盘块。
间接块：i_block[12]指向一个包含256个块编号的磁盘块。
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个块。
三重间接块：可忽略。
数据块：紧跟在索引节点后面的文件存储数据块

3.目录条目

目录包括dir_entry_2结构，即：

11.3邮差算法

一个城市有M个街区，编号从0到M-1.每个街区有N座房子，编号从0到N-1.每座房子有一个唯一的街区地址，用（街区，房子）表示。已知某个街区地址BA=（街区，房子），怎么把他转换为线性地址LA。又如何八线性地址转换为街区地址。
Linear_address LA = N*block + house; Block_address BA = (LA / N , LA % N);
但上述算法仅可用在从0计数的情况。

实践环节

-在一个名为vdisk的虚拟磁盘文件上创建一个EXT2文件系统，有1440个大小为1KB的块，并用书中给的程序显示EXT2文件系统中的超级块信息。

1.在一个名为vdisk的虚拟磁盘文件上创建一个EXT2文件系统，有1440个大小为1KB的块

2.用书中给的程序显示EXT2文件系统中的超级块信息。

3.cs1.c代码如下

#include <stdio.h>
#include <stdlib.h>
#include <time.h>
#include <fcntl.h>
#include <unistd.h>
#include <sys/types.h>
#include <sys/io.h>
#include <ext2fs/ext2_fs.h>
// Cypedef u8, ul6, u32 SUPER for convenience typedef typedef typedef
typedef unsigned char u8;
typedef unsigned short ul6;
typedef unsigned int u32;
typedef struct ext2_super_block SUPER;
SUPER *sp;
char buf[1024];
int fd, blksize, inodesize;
int print(char *s, u32 x)
{
    printf("%-30s = %8d\n", s, x);
}
int super(char *device)
{
    fd = open(device, O_RDONLY);
    if (fd < 0) 
    {
        printf("open %s failed\n", device); 
        exit(1);
    }
    lseek(fd, (long)1024*1, 0);	// block 1 or offset 1024
    read(fd, buf, 1024);
    sp = (SUPER *)buf;	// as a super block structure
    // check for EXT2 FS magic number
    printf("%-30s = %8x ", "s_magic", sp->s_magic);
    if (sp->s_magic != 0xEF53)
    {
        printf("NOT an EXT2 FS\n"); exit(2);
    }
    printf("EXT2 FS OK\n"); 
    print("s_inodes_count",  sp->s_inodes_count);
    print("s_blocks _count", sp->s_blocks_count); 
    print("s_r_blocks_count", sp->s_r_blocks_count);
    print("s_free_inodes_count", sp->s_free_inodes_count);
    print("s_free_blocks_count", sp->s_free_blocks_count);
    print("s_first_data_blcok", sp->s_first_data_block); 
    print("s_log_block_s i z e", sp->s_log_block_size);
    print("s_blocks_per_group", sp->s_blocks_per_group); 
    print("s_inodes_per_group", sp-> s_inodes_per_group); 
    print("s_mnt_count", sp->s_mnt_count);
    print("s_max_mnt_count", sp-> s_max_mnt_count);
 
    printf("%-30s = %8x\n", "s_magic", sp->s_magic); 
    
    printf ("s_mtime = %s\n", ctime ((const time_t *)&sp->s_mtime)); 
    printf ("s_wtime = %s", ctime ((const time_t *)&sp->s_wtime)); 
    blksize = 1024 * (1 << sp->s_log_block_size);
    printf("block size = %d\n", blksize);
    printf("inode size = %d\n", sp->s_inode_size);
}

char *device = "vdisk";	// default device name
int main(int argc, char *argv[])
{
    if (argc>1)
        device = argv[1];
    super(device);
}

4.遇到的问题
在cs1.c的程序中，如果直接编译，会提示“ext2fs/ext2_fs.h找不到”，这是要我们安装
安装后，该头文件就可以调用了。