Ext系列文件系统深度解析：从磁盘布局到文件存储机制

1. 引言：为什么学习Ext文件系统？

Linux系统中，Ext文件系统（Extended File System）是最常用的文件系统类型，包括Ext2、Ext3、Ext4。了解其磁盘结构和文件存储原理，对于系统优化、数据恢复、故障排查至关重要。本文将以通俗易懂的方式带你剖析Ext系列的核心机制。

2. 磁盘布局：从分区到块组

当我们格式化一个分区为Ext文件系统时，分区被划分为多个块组（Block Group）。每个块组包含元数据和数据块。主要组成部分有：

• 超级块（Superblock）：存储整个文件系统的全局信息，如块大小、inode数量、块组数量等。超级块在每个块组都有备份，以防损坏。
• 块组描述符表：描述每个块组的起始位置、位图位置等。
• 块位图（Block Bitmap）：记录本组内哪些数据块已被占用。
• inode位图（inode Bitmap）：记录本组内哪些inode已被占用。
• inode表：存放inode结构，每个文件或目录对应一个inode，包含文件属性（权限、时间戳、指针等）。
• 数据块：实际存储文件内容的区域。

这种结构使得文件系统能高效管理磁盘空间，也是磁盘结构的核心。

3. 文件存储：inode与数据块映射

当你创建一个文件时，文件系统分配一个空闲inode，并将文件名与inode关联（存储在目录项中）。inode中存储了文件元数据以及指向数据块的指针。对于小文件，直接指针（12个）足够；大文件则引入间接指针、双重间接指针等。Ext4引入了extents，使用连续的物理块描述，减少指针层级，提升大文件性能。

例如，读取文件/etc/passwd时，通过路径查找目录项获得inode号，从inode表加载inode，再根据指针读取数据块。这个过程体现了文件存储的完整流程。

4. 目录项与文件名

目录本身也是一种特殊文件，其数据块存储目录项列表，每个目录项包含文件名和对应的inode号。硬链接就是多个目录项指向同一个inode。符号链接则是一个特殊文件，内容指向目标路径。

5. Ext3与Ext4的进化

Ext3在Ext2基础上增加了日志（Journal）功能，记录即将进行的写入操作，提高崩溃恢复能力。Ext4进一步引入extents、多块分配、延迟分配、在线碎片整理等，大幅提升性能并支持更大文件系统和文件。

6. 总结

通过本文，我们剖析了Ext文件系统的磁盘结构和文件存储原理，了解了inode、块组、目录项等关键概念。掌握这些知识，有助于更深入地理解Linux系统。希望本文对你有帮助！

关键词：Ext文件系统, 磁盘结构, 文件存储, inode