一、文件系统基本知识
① 存储在永久性存储介质，由程序按照某种格式制作的数据集合叫做文件
② 磁盘上管理文件的文件、数据结构和操作构成磁盘文件系统，简称文件系统
③ 文件属性
（1）名称
（2）位置
（3）大小
（4）类型
（5）保护
（6）时间、日期
（7）用户标识
④ 进程要通过操作系统来访问磁盘上的文件，也就是说，操作系统是进程与磁盘文件系统之间的中介
⑤ 用户对文件的操作
（1）创建文件
（2）写文件
（3）读文件
（4）删除文件
⑥ 操作系统的文件管理系统必须提供两项基本功能：
（1）一是要建立专门用于文件管理的目录体系
（2）二是要为用户提供对文件进行操作的系统调用
⑦ 文件的简单存储方式
（1）经过适当的软件处理，磁盘可以看成由若干大小相等的存储块（512Byte）所组成的一个线性空间
（2）通常一个文件需要占用多个存储块
（3）磁盘文件系统需要一个目录表来记录文件名称、储存位置等信息，并把这种记录兼做目录项，这个目录表叫做目录文件
⑧ 存储块的组织方式
（1）链接组织方式：
（2）索引组织方式：为每个文件创建一个长度与文件所占用存储块的数目相等的数，以文件块的逻辑顺序号为数组元素的下标，而以文件存储块的指针为元素的内容，于是就形成了一个文件索引表。
注：简单来说，索引表就是文件块的逻辑块号与存储块号的对照表
⑨ 空闲块的记录
（1）未被文件占用，或者被已删除文件释放出来的块叫做外存的空闲块
（2）操作系统用来记录跟踪空闲块的数据结构主要有位图、链表、分组链表等
⑩ 文件目录
（1）一体化文件目录：
（2）分立式文件目录：分立式目录中，目录被分成两部分：一部分只记录文件的文件名等用户关心的逻辑信息；一部分只记录文件所占用的存储块数目、位置等物理信息。前者叫 做逻辑目录，简称目录；后者叫做索引节点，简称i节点（inode）
注：由于i节点与文件唯一对应，所以i节点也叫作文件控制块（FCB）
（3）用于集中记录i节点的文件叫做设备文件，而集中记录逻辑目录的文件叫做逻辑目录文件
注：硬链接是两个文件指向同一个i节点
⑪ 磁盘上的文件系统
（1）引导控制块：存储引导操作系统所需要的信息
（2）主分区：存储操作系统内核映像文件
（3）分区控制块（Super Block）：数据分区的第一块为分区控制块，该块中含有本分区所包含的块数、块的大小、空闲块的数量及位置、文件控制块的数量及位置等详细信息，也 叫作超级块或主控文件集
（4）目录文件：位于分区控制块之后，存放分区内文件的目录文件
（5）文件控制块（FCB）：通常处于文件数据块之前，内含文件的逻辑及物理信息
注：文件控制块也叫作索引节点（inode）
二、Ext2文件系统
① Ext2采用了分立式目录结构，即一个文件的目录分为目录项和索引节点
② Ext2的索引节点：在一个实际分立式目录的文件系统中，索引节点（inode）主要需要两部分内容来支持，一是inode结构；二是对于节点的操作函数
（1）Ext2的索引节点：Ext2的每个文件（或目录）都有一个唯一的i节点ext2_inode，它保存了一个文件所有与存储相关的属性
struct ext2_inode { __le16 i_mode; /* File mode */ __le16 i_uid; /* Low 16 bits of Owner Uid */ __le32 i_size; /* Size in bytes */ __le32 i_atime; /* Access time */ __le32 i_ctime; /* Creation time */ __le32 i_mtime; /* Modification time */ __le32 i_dtime; /* Deletion Time */ __le16 i_gid; /* Low 16 bits of Group Id */ __le16 i_links_count; /* Links count */ __le32 i_blocks; /* Blocks count */ __le32 i_flags; /* File flags */ ... __le32 i_block[EXT2_N_BLOCKS];/* Pointers to blocks */ __le32 i_generation; /* File version (for NFS) */ __le32 i_file_acl; /* File ACL */ __le32 i_dir_acl; /* Directory ACL */ __le32 i_faddr; /* Fragment address */ ... };
* i_mode：指定文件的类型（普通文件、目录文件、设备文件和网络文件）
* i_block[]：文件索引表。i_block[]共有15项，其中前12项为直接指向文件数据块的指针，后3项分别为采用多级索引结构的“一次间接指针”、“二次间接指针”和“三次间接指针”
（2）Ext2的i节点操作函数
const struct inode_operations ext2_file_inode_operations = { .truncate = ext2_truncate, #ifdef CONFIG_EXT2_FS_XATTR .setxattr = generic_setxattr, .getxattr = generic_getxattr, .listxattr = ext2_listxattr, .removexattr = generic_removexattr, #endif .setattr = ext2_setattr, .permission = ext2_permission, .fiemap = ext2_fiemap, };
③ Ext2的目录文件及目录项
（1）Ext2的目录文件实质上是一个目录项列表，其中每一项都是一个ext2_dir_entry_2结构的数据
struct ext2_dir_entry_2 { __le32 inode; /* Inode number */ __le16 rec_len; /* Directory entry length */ __u8 name_len; /* Name length */ __u8 file_type; char name[EXT2_NAME_LEN]; /* File name */ };
（2）Ext2的目录文件采用了一个特殊的链表结构进行存储：（程序通过rec_len作为偏移量来查找下一个目录项）
（3）每当用户需要打开一个文件时，首先要指定待打开文件的路径和名称，文件系统根据路径名称搜索对应的目录项，然后用该目录项中的i节点号找到该文件的i节点，最后通过访问i节点结构中的i_block[]数据块成员来访问文件
④ Ext2在磁盘上的存储结构：Ext2文件系统把所占用的磁盘空间分成若干个块组，每个块组的内部结构如下图
（1）超级块：保存着整个文件系统的信息
struct ext2_super_block { __le32 s_inodes_count; /* Inodes count */ __le32 s_blocks_count; /* Blocks count */ __le32 s_r_blocks_count; /* Reserved blocks count */ __le32 s_free_blocks_count; /* Free blocks count */ __le32 s_free_inodes_count; /* Free inodes count */ __le32 s_first_data_block; /* First Data Block */ __le32 s_log_block_size; /* Block size */ __le32 s_log_frag_size; /* Fragment size */ __le32 s_blocks_per_group; /* # Blocks per group */ __le32 s_frags_per_group; /* # Fragments per group */ __le32 s_inodes_per_group; /* # Inodes per group */ __le32 s_mtime; /* Mount time */ __le32 s_wtime; /* Write time */ __le16 s_mnt_count; /* Mount count */ __le16 s_max_mnt_count; /* Maximal mount count */ __le16 s_magic; /* Magic signature */ __le16 s_state; /* File system state */ __le16 s_errors; /* Behaviour when detecting errors */ ...
__le16 s_block_group_nr; /* block group # of this superblock */ ... __u8 s_uuid[16]; /* 128-bit uuid for volume */ char s_volume_name[16]; /* volume name */ char s_last_mounted[64]; /* directory where last mounted */ ... };
注：Ext2在每个块组中都配置了一个超级块，正常情况下只是用第一个块组（块组0）中的超级块，其他块组的超级块只是一个备份
（2）块组描述表：是超级块的补充，提供块组位图存放位置和i节点存放位置
struct ext2_group_desc { __le32 bg_block_bitmap; /* Blocks bitmap block */ __le32 bg_inode_bitmap; /* Inodes bitmap block */ __le32 bg_inode_table; /* Inodes table block */ __le16 bg_free_blocks_count; /* Free blocks count */ __le16 bg_free_inodes_count; /* Free inodes count */ __le16 bg_used_dirs_count; /* Directories count */ __le16 bg_pad; __le32 bg_reserved[3]; };
（3）存储块管理位图：记录块组中数据块的使用情况
（4）i节点管理位图：记录块组中i节点的使用情况
（5）i节点表：存放i节点数据结构的表
（6）数据块：储存数据