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簡述linux文件系統(tǒng)結構篇一
闡述了linux系統(tǒng)的文件結構類型,，指出了ext2是在linux系統(tǒng)中最為常用的文件系統(tǒng),。
分析了ext2文件系統(tǒng)的磁盤布局,、索引結點及目錄結構,，研究了ext2系統(tǒng)實現(xiàn)按名存取的方法，文件讀取速度更高效,。
ext2文件系統(tǒng),；索引結點；混合索引,；文件目錄
linux系統(tǒng)的一個重要的特征就是支持多種不同的文件系統(tǒng),，如：ext,、fat、ext2,、ext3,、sysv等。目前,，linux主要使用的文件系統(tǒng)是ext2和ext3文件系統(tǒng),，也是linux用戶最常用的文件系統(tǒng)。
各種linux的系統(tǒng)發(fā)布都將ext2作為操作系統(tǒng)的基礎,。ext2文件系統(tǒng)支持標準unix文件類型：普通文件,、目錄文件、特別文件和符號鏈接,。
1 ext2磁盤布局
ext2和其他邏輯塊文件一樣,，由邏輯塊序列組成，根據用途劃分,，這些邏輯塊通常有：引導塊,、超級塊、inode區(qū)及數(shù)據區(qū)等,。
ext2將其所占的邏輯分區(qū)劃分為塊組,，由一個引導塊和其他塊組組成，每個塊組又由超級塊,、組描述符表,、塊位圖、索引節(jié)點位圖,、索引節(jié)點表,、數(shù)據區(qū)構成，如圖1所示,。
圖1 ext2磁盤布局在邏輯空間的映像每個塊中保存的這些信息是有關ext2文件系統(tǒng)的備份信息,。當某個塊組的超級塊或inode受損時，這些信息可以用來恢復文件系統(tǒng)。
2 ext2索引結點
ext2文件系統(tǒng)中的數(shù)據是以數(shù)據塊的方式存儲在文件中的,。這些數(shù)據塊的大小相同,，其大小在ext2創(chuàng)建時設定。磁盤上存儲文件的基本單位是簇,。一個簇也稱為一個磁盤塊,，它通常是2n個磁盤扇區(qū)大小。
ext2文件系統(tǒng)用一個inode數(shù)據結構描述系統(tǒng)中的每一個文件,，定義系統(tǒng)的拓撲結構,。一個inode描述了一個文件中的數(shù)據占用了哪些塊以及文件的訪問權限、文件的修改時間和文件的類型,。ext2文件系統(tǒng)中的每一個文件都用一個inode描述,，而每一個inode都用一個獨一無二的數(shù)字標識。文件系統(tǒng)的inode都放在一起,，在inode索引表中。
ext2塊組中組描述符中的項稱為組描述符,，用于描述某個塊組的整體信息,。每個塊組都有一個相應的組描述符來描述它，所有的組描述符形成一個組描述符表,，并在使用時被調入塊高速緩存,。
ext2中每個塊組有兩個位示圖塊，一個用于表示數(shù)據塊的使用情況,，叫數(shù)據塊位圖,；另一個用于表示索引結點的使用情況，叫索引結點位圖,。位圖中的每一位表示該組中一個數(shù)據塊或一個索引塊的使用情況,，用0表示空閑，用1表示已分配,。
在linux的ext2文件系統(tǒng)中,，索引結點inode分為兩類，即磁盤索引結點和內存索引結點,，通常也分別叫做ext2 inode和vfs inode,。
（1）磁盤索引節(jié)點
磁盤索引節(jié)點是指存放在磁盤上的索引節(jié)點。每個文件有唯一的一個磁盤索引節(jié)點,，它主要包括以下內容：文件所有者標識號：指擁有該文件的文件主或同組的標識符,。
文件類型：指明文件是普通文件、目錄文件還是特別文件等類型,。
文件物理地址：指出數(shù)據文件所在的物理塊號,。如在linux系統(tǒng)中，通過15個地址項來表明文件所在的物理塊號。
文件存取權限：用戶對文件的操作類型,，如讀,、修改、執(zhí)行等,。
文件大?。何募加械淖止?jié)個數(shù)。
文件連接計數(shù)：指明系統(tǒng)中共享該文件的進程個數(shù),。
文件存取時間：指出該文件最近被進程存取的時間,、最近被修改的時間及索引節(jié)點最近被修改的時間等。
（2）內存索引節(jié)點
內存索引節(jié)點是指存放在內存的索引節(jié)點,。當文件打開時,，要將磁盤索引節(jié)點復制到內存索引節(jié)點中，便于以后使用,。內存索引節(jié)點包括以下內容：索引節(jié)點編號：標識內存索引節(jié)點,。
索引節(jié)點狀態(tài)：指示該節(jié)點是否已被修改或已被上鎖。
訪問計數(shù)：當進程訪問該節(jié)點時,，訪問計數(shù)加1,，訪問完再減1。
鏈接指針：指向空閑鏈表和散列隊列的指針,。
邏輯設備名：含有該文件的文件系統(tǒng)的邏輯設備名,。
3 文件的.目錄結構
linux系統(tǒng)的目錄結構采用了將文件名與文件描述信息分開的方法。文件目錄由文件名和該文件的索引節(jié)點號構成,，一個目錄項共占16b,。其中，文件名占14個字節(jié),，索引節(jié)點號（或索引節(jié)點指針）占2個字節(jié),。因此，1kb的盤塊中可以存放64（1k/16）個目錄項,，這樣就節(jié)省了系統(tǒng)查找及訪問文件的時間,。在一個共有640個fcb的文件目錄中查找一個文件時，平均只需啟動磁盤5次,，因此大大減少了系統(tǒng)開銷,。如表1所示為一個文件目錄的實例。
一個文件的磁盤索引節(jié)點占64個字節(jié),，主要包括文件標識符,、文件存取權限、文件物理地址,、文件長度,、文件連接系數(shù),、文件存取時間等一些文件的重要信息。
4 文件的物理結構
linux系統(tǒng)文件的物理結構采用混合索引方式,，對分配給文件的磁盤塊進行管理,。在linux文件系統(tǒng)的索引節(jié)點中存在一項i。addr[14],，用于存放該文件的磁盤塊號,。如圖2所示為linux系統(tǒng)的混合索引文件結構。
（1）直接尋址,。i,。addr[0]—i。addr[9]這10項用于直接存放該文件所占用的磁盤塊號,，文件的前10個磁盤塊號依次放入其中,。如果磁盤塊的大小為1kb，則當文件長度不大于10k時,，操作系統(tǒng)可采用直接索引文件的方式對文件進行訪問,，直接從索引節(jié)點中找出該文件所在的磁盤塊號，訪問速度較快,。
（2）一次間接尋址方式,。i。addr[10]項中存放的磁盤塊號所指向的磁盤塊再用來存放下一級的磁盤塊號,。假設一個磁塊大小為1kb，每個磁盤塊號占4個字節(jié),，則一個磁盤塊可存放256個（1kb/4b）磁盤塊號,。這樣，通過一次間接尋址,，i,。addr[10]項就引出了256個磁盤塊號，所以,，這一級可支持的文件長度為256k,。
（3）二次間接尋址方式。i,。addr[11]存放的磁盤塊號采用兩級索引的方式,，如果沿用以上的假設，則該項可引出2562個磁盤塊,，可支持的文件長度為2562k,。
（4）三次間接尋址方式。i,。addr[12]存放的磁盤塊號采用三級索引的方式,，如果仍沿用以上的假設，則該項可引出2563個磁盤塊，可支持的文件長度為2563k,。
由以上分析可以看出,，unix系統(tǒng)對于長度較小的文件具有較快的讀寫速度，同時又具有支持大文件的功能,。
圖2 linux的混合索引文件結構
linux系統(tǒng)文件實現(xiàn)了按名查找,。通過文件名訪問文件的過程如下：通過文件名查找文件目錄，找到該文件的索引結點號,；通過索引結點號查找索引節(jié)點區(qū),，找到該文件的索引點；根據索引結點中提供a,。ad—dr,，找到該文件在磁盤的相應的塊號序列；根據塊號,，找到文件內容,。
fat文件系統(tǒng)與ntfs文件系統(tǒng)目錄的比較：fat文件系統(tǒng)直接以文件控制塊作為文件目錄，這樣文件系統(tǒng)目錄相應較大,，查詢速度較慢,。以索引結點作為文件目錄，對于一些小的文件系統(tǒng)是可以的,，但是對較大型的文件系統(tǒng)就不適用了,。linux系統(tǒng)的文件目錄為：文件名、索引結點號,。這使得linux系統(tǒng)的文件目錄更小,，查詢速度更快。
5 結束語
由于linux系統(tǒng)的ext2文件系統(tǒng)采用了合理巧妙的文件系統(tǒng)結構,，以及目錄結構,，使得該文件系統(tǒng)多項性能得到優(yōu)化。采用ext2系統(tǒng),，能夠大大改善磁盤i/o速度,，提高i/o組織的靈活性及編程效率。
因此,，ext2文件系統(tǒng)為開發(fā)嵌入式系統(tǒng)及實時應用系統(tǒng)提供了廣泛的基礎和手段,。
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