概述

今天主要介绍一下Linux系统的文件系统，一起来看看吧~

文件系统组成

网上看到的一张完整的文件系统图，如下：

首先，该图中有Boot Block、Super Block、GDT、Reserver GDT这几个概念，下面会分别介绍它们。

然后，图中指明了块组中每个部分占用的block数量，除了superblock、bmap、imap能确定占用1个block，其他的部分都不能确定占用几个block。

最后，图中指明了Superblock、GDT和Reserved GDT是同时出现且不一定存在于每一个块组中的，也指明了bmap、imap、inode table和data blocks是每个块组都有的。

1 、引导块

即上图中的Boot Block部分，也称为boot sector。它位于分区上的第一个块，占用1024字节，并非所有分区都有这个boot sector，只有装了操作系统的主分区和装了操作系统的逻辑分区才有。里面存放的也是boot loader，这段boot loader称为VBR(主分区装操作系统时)或EBR(扩展分区装操作系统时)，这里的Boot loader和mbr上的boot loader是存在交错关系的。开机启动的时候，首先加载mbr中的bootloader，然后定位到操作系统所在分区的boot serctor上加载此处的boot loader。如果是多系统，加载mbr中的bootloader后会列出操作系统菜单，菜单上的各操作系统指向它们所在分区的boot sector上。

但是，这种方式的操作系统菜单早已经弃之不用了，而是使用grub来管理启动菜单。尽管如此，在安装操作系统时，仍然有一步是选择boot loader安装位置的步骤。

2 、超级块(superblock)

既然一个文件系统会分多个块组，那么文件系统怎么知道分了多少个块组呢？每个块组又有多少block多少inode号等等信息呢？还有，文件系统本身的属性信息如各种时间戳、block总数量和空闲数量、inode总数量和空闲数量、当前文件系统是否正常、什么时候需要自检等等，它们又存储在哪里呢？

毫无疑问，这些信息必须要存储在block中。存储这些信息占用1024字节，所以也要一个block，这个block称为超级块(superblock)，它的block号可能为0也可能为1。如果block大小为1K，则引导块正好占用一个block，这个block号为0，所以superblock的号为1；如果block大小大于1K，则引导块和超级块同置在一个block中，这个block号为0。总之superblock的起止位置是第二个1024(1024-2047)字节。

使用df命令读取的就是每个文件系统的superblock，所以它的统计速度非常快。相反，用du命令查看一个较大目录的已用空间就非常慢，因为不可避免地要遍历整个目录的所有文件。

superblock对于文件系统而言是至关重要的，超级块丢失或损坏必将导致文件系统的损坏。

3、 块组描述符表(GDT)

既然文件系统划分了块组，那么每个块组的信息和属性元数据又保存在哪里呢？

ext文件系统每一个块组信息使用32字节描述，这32个字节称为块组描述符，所有块组的块组描述符组成块组描述符表GDT(group descriptor table)。

虽然每个块组都需要块组描述符来记录块组的信息和属性元数据，但是不是每个块组中都存放了块组描述符。ext文件系统的存储方式是：将它们组成一个GDT，并将该GDT存放于某些块组中，存放GDT的块组和存放superblock和备份superblock的块相同，也就是说它们是同时出现在某一个块组中的。读取时也总是读取Group0中的块组描述符表信息。

假如block大小为4KB的文件系统划分了143个块组，每个块组描述符32字节，那么GDT就需要143*32=4576字节即两个block来存放。这两个GDT block中记录了所有块组的块组信息，且存放GDT的块组中的GDT都是完全相同的。

下图是一个块组描述符的信息(通过dumpe2fs获取)。

4 、保留GDT(Reserved GDT)

保留GDT用于以后扩容文件系统使用，防止扩容后块组太多，使得块组描述符超出当前存储GDT的blocks。保留GDT和GDT总是同时出现，当然也就和superblock同时出现了。

例如前面143个块组使用了2个block来存放GDT，但是此时第二个block还空余很多空间，当扩容到一定程度时2个block已经无法再记录块组描述符了，这时就需要分配一个或多个Reserved GDT的block来存放超出的块组描述符。

由于新增加了GDT block，所以应该让每一个保存GDT的块组都同时增加这一个GDT block，所以将保留GDT和GDT存放在同一个块组中可以直接将保留GDT变换为GDT而无需使用低效的复制手段备份到每个存放GDT的块组。

同理，新增加了GDT需要修改每个块组中superblock中的文件系统属性，所以将superblock和Reserved GDT/GDT放在一起又能提升效率。

后面会分享更多devops和DBA方面的内容，感兴趣的朋友可以关注一下~