Linux磁盘与文件系统Ext2

本文主要是介绍Linux磁盘与文件系统Ext2，希望对大家解决编程问题提供一定的参考价值，需要的开发者们随着小编来一起学习吧！

1. 磁盘的组成

磁盘可以分为扇区（sector）与柱面（Cylinder）两种单位，其中扇区的大小为512byte
磁盘的第一个扇区记录了两个重要的信息：

• 主引导分区（MBR）可以安装引导加载程序的地方，有446bytes
• 分区表：记录整块硬盘分区的状态，64bytes

分区表中只有64byte，所以最多只能容纳四个分区，这四个分区称为主分区或者扩展分区。
可以从扩展分区中分出多个逻辑分区，扩展分区最多只能有一个，逻辑分区是有扩展分区分割出来的。

2. 开机流程与多重引导

2.1 开机流程

计算机中有一个嵌入到主板的韧体（写入到硬板的一个软件程序）， 这个BIOS就是开机的时候启动的第一个程序，BIOS到第一个扇区的MBR位置，之后BIOS的工作就完成；接下来是MBR内的引导加载程序的工作，主要工作是加载内核文件，之后就是内核文件的工作。

整个开机过程可以简述如下：

• BIOS：开机主动执行的韧体， 会识别第一个可开机的设备。
• MBR: 第一个可开机的设备的第一个扇区内的主引导分区块，内含引导加载程序
• 引导加载程序（Boot loader）：一个可读取内核文件来执行的软件
• 内核文件：开始操作系统的功能

Boot loader的主要功能：
1. 提供菜单：用户可以选择不同的开机选项，这也是多重引导的重要功能
2. 载入内核文件：直接指向可开机的程序区段来开始操作系统
3. 转交其他loader：将引导加载功能交给其他loader负责

硬盘中只有一个MBR，但是引导加载程序除了可以安装在MBR之外，还可以安装在每个分区的引导扇区（boot sector），这才能实现多重引导功能

2.2 多重引导

在上图中，MBR的开机管理程序提供两个选项，选项1（M1）可以直接加载windows的内核档案来开机，选项2（M2）则是将开机管理工作交给第二个分割槽的启动扇区（boot sector），当使用者在开机的时候选择此选项时，那么整个开机管理工作就会交给第二分区的开机引导程序了。

3. Ext2文件系统

我们知道，Linux系统中everything is a file，而不同文件的访问权限属性各有差异，但是每种操作系统所设置的文件属性是并不是一致的，为了存放这些文件所需的数据，因此就需要将分区进行格式化，以成为操作系统能够利用的文件系统格式。

通常一个文件在磁盘中除了存储文件实际内容外，还需要包含很多属性，例如：文件的权限（rwx）与文件的属性（所有者，群组，时间参数等），文件系统通常将这两部分的数据放在不同的区块，权限和属性放置到iNode中，至于实际的数据则存放在data block块中。另外，还有一个超级块（superblock）会记录整个文件系统的整体信息，包括iNode与block的总量，使用量，剩余量等。

• superblock: 记录此文件系统的整体信息，iNode与block的总量，使用量，剩余量，以及文件系统的格式与相关信息
• iNode： 记录文件的属性，一个文件占用一个iNode，同时记录此文件的数据所在的block号码
• block： 实际记录文件的内容，若文件太大时，会占用多个block

索引式文件系统如下图所示，文件系统会预先格式化出iNode和block块，图中4号这个iNode存储文件的属性信息，实际的文件内存存储在2，7，13，15号block处。

在文件系统的整体规划中，文件系统最前面有一个启动扇区（boot sector），这个启动扇区可以安装引导装载程序，这样我们就能够将不同的引导装载程序安装到个别的文件系统最前端，而不用覆盖整块硬盘唯一的MBR，这样也能够制作出多重引导的环境。

同时为了方便管理，Ext2文件系统在格式化的时候基本上是区分为多个块组（block group）的，每个块组都有独立的iNode/block/superblock系统，文件系统包括六个组成部分：superblock（超级块）、文件系统描述、块对应表、iNode对应表、iNode table、 data block

• data block：
  Ext2系统中支持的block大小有1KB, 2KB, 4KB三种大小，每个block中只能放一个文件的数据，不能多个文件的数据放在一个block中，如果文件的数据大于block的大小，这个文件将占用多个block，但是一般只有一个iNode。

• iNode table：
  每个iNode的固定大小为：128byte；
  每个文件仅会占用一个iNode而已；
  文件系统能够创建的文件数量与iNode的数量有关；
  系统读取文件时需要先找到iNode，并分析iNode所记录的权限与用户是否符合，若符合才能开始实际读取文件block的内容；

• superblock：
  superblock记录整个文件系统的信息，没有superblock，就没有文件系统了。

• file system description：
  描述每个block group的开始与结束的block号码

• block bitmap:
  从block bitmap可以知道哪些block是空的，通过block bitmap能够快速找到空的block块，从而进行文件的添加操作。

• inode bitmap:
  类似block bitmap，通过iNode bitmap可以快速的找到没有使用的iNode号码。

这篇关于Linux磁盘与文件系统Ext2的文章就介绍到这儿，希望我们推荐的文章对编程师们有所帮助！

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