Linux标准的文件系统知识分享(Ext2/Ext3/Ext4)

Ext

全称Linux extended file system, extfs，即Linux扩展文件系统，Ext2就代表第二代文件扩展系统，Ext3/Ext4以此类推，它们都是Ext2的升级版，只不过增加了日志功能，且彼此向下兼容，所以Ext2被称为索引式文件系统，而Ext3/Ext4被称为日志式文件系统。

备注：Linux支持很多文件系统，包括网络文件系统(NFS)、Windows的Fat文件系统。

查看Linux支持的文件系统：ls -l /lib/modules/$(uname -r)/kernel/fs

查看Linux支持的文件系统(已载入到内存中)：cat /proc/filesystems

核心设计

数据区

这些元素相对稳定，磁盘格式化后，就固定下来了。

1、inode(索引节点)
记录文件的权限、属性和数据所在块block的号码，每个文件都有且仅有一个的inode，每个inode都有自己的编号，可以把inode简单地理解为文档索引。

2、block(数据区块)
存储的文件内容，也叫数据区块(data block)，每个block都有自己的编号，Ext2支持的单位block容量仅为1k、2k、4k。

备注：为了方便inode的记录，在磁盘格式化后，block的大小都已经固定了。每一个块只能存放一个文件的数据，若文件太大，将占用多个block；若文件太小，block剩余空间就不能被使用了，就会导致磁盘空间浪费，所以在磁盘分区后，文件系统格式化前，请先仔细想想文件系统的预计使用情况。
 

中介数据(metadata)

这些元素是为了维持文件系统状态而设计出来的，主要代表的是文件系统的动态配置信息，属于描述性信息。

1、superblock(超级块)

记录文件系统(filesystem)的整体信息，包括inode/block的总量、使用量、剩余量、大小、以及文件系统的格式和相关信息。

备注：整个文件系统的基本信息全部记录在superblock，它的大小一般为1024Bytes，如果它死掉，将会花费大量的时间去补救哦！！！

2、block group(区块群组)

试想一下，假如我们的磁盘容量高达数百G，当我们格式后，inode和block会非常庞大，为了便于管理，Ext文件系统在格式化时，引入了区块群组(block group)的概念，每个区块群组都保持独立inode/block/superblock，拥有固定数量的block，这样就分成了一群一群最基础的子文件系统。

备注：superblock对于文件系统太重要了，但是文件系统的superblock又只有一个，所以除了第一个block group含有superblock外，后续block group都可能会含有备份的superblock，目的就是为了避免superblock单点无法救援的问题。

3、block bitmap(区块对照表)

一个block只能被一个文件使用，当我们新增文件时，肯定需要使用新的block来记录文件数据。那么如何快速地知道，哪些block是新的？哪些block是已经使用了的？block bitmap就是这样被设计出来，记录所有使用和未使用的block号码。同样的，当我们删除文件时，先从block bitmap中找到对应的block号码，然后更新标志为未使用，最后释放block。

inode bitmap(inode 对照表)

和block bitmap一样的设计理念，只不过它记录地是已使用和未使用的inode号码，这里就不再敖述了。

group descriptor

描述每个区段(block group)开始和结束的block号码，以及说明每个区段(inodemap、blockmap、inode table)分别介于哪些block号码之间。

列出目前系统所有被格式化的设备：blkid

挑选一个已格式化好的设备，查看文件系统的详细信息：dumpe2fs /dev/vda1

备注：通过上面的Magic签名为0xEF53，说明我们的磁盘分区是一个的ext2和ext3文件系统。类似于通过文件开头的Magic，可以判断文件类型一样。

总结

Ext家族是Linux支持度最广、最完整的文件系统，当我们格式化磁盘后，就已经为我们规划好了所有的inode/block/metadate等数据，这样系统可以直接使用，不需要再进行动态的配置，这也是它最优秀的特点，不过这也是它最显著的缺点，磁盘容量越大，格式化越慢，centos7.x已经选用xfs作为默认文件系统。