哈喽，我是子牙老师，一个手写过操作系统、编程语言、Java虚拟机、docker、Ubuntu系统，玩透Windows内核、Linux内核...的硬核男人
要想玩明白文件系统，得先玩明白磁盘分区结构。从硬盘诞生至今，有两种磁盘分区结构：MBR、GPT，对此，前面已经写文章非常详细的剖析了，不了解的小伙伴可以去看看《MBR VS GPT》
有了前面的基础，就可以来玩文件系统了。Linux系统诞生至今了，诞生了哪些文件系统呢？这些
PC或服务器端，目前主流用的文件系统是ext4、Btrfs、XFS
来看看它们的对比
本篇文章主要分享ext文件系统相关知识，主要探讨ext文件系统的发展史、ext文件系统结构的变化及其原因。XFS、Btrfs，后面写文章分享。感兴趣的小伙伴可以关注公众号【硬核子牙】，看更多计算机底层硬核文章
本篇文章，enjoy
EXT1
废话不多说，直接上图，EXT1文件系统结构，长这样
EXT1并不是一个正式发布的文件系统，所以关于它的资料非常少，它的结构，也是后来人根据EXT2的结构推理出来的，所以这张图，只做对比用，帮助你理解EXT2文件系统结构
EXT2
EXT2文件系统的结构，长这样
EXT2文件系统的结构，为后来的文件系统结构的诞生奠定了基础，是理解后面文件系统结构的基础，咱们来深入探讨
EXT2最大的特色就是引入了块组，为什么要引入块组呢？看ChatGPT给的理由
综合来说，ChatGPT答案想告诉我们的是，EXT2引入块组，其一是解决EXT1文件系统存在的缺陷，其二是为未来即将到来的多核多线程时代打下架构基础
科技进化的节奏一般是：需求发生变化，就有人去研究如何解决，就出现了理论，搞基础设施的软件商与硬件商就基于理论一同去实现，解决这个需求。未来，科技一定还会进步，一定有人研究理论，一定有人搞基础设施。所以ChatGPT预测：AI时代，写业务代码的coder需求会减少，写基础设施代码的coder需求会增加
接下来我们实战一下，然后再抛出问题，引出答案
我创建了一个20M的盘，把它当成一个分区来用，给它打上EXT2文件系统，查看
看红色序号1与2的位置，当块大小是1024B的时候，first block=1，与我们前面说的一致，block=0的位置是boot block。那如果block size改成2048B、4096B呢？看结果
如果把block size改为2048B，4096B，first block=0，你是不是想问：那boot block就不要了吗？非也！2048B、4096B不是包含了1024B吗，所以如果是2048B，虽然first block=0，但是是从第1024B开始用，相当于空出来了1024B
为什么要从1024B开始用呢？因为EXT2的设计规定：超级块必须从1024B开始，grub也会去这个地方读超级块信息
再看一个问题：这20M的盘，被划分成了几个块组呢？我先不贴答案，咱们来算一算：一个块组占多大空间
红色序号3，每个块组有8192个block，每个block的size是1024K，两个相乘，结果是8M，所以20M硬盘，被分成了3个块组
8192这个数字又是怎么来的呢？因为block bitmap占一个block，一个block占1024B，每个位映射一个block，1024*8=8192
理论上来说，每个块组中的inode数量应该也是8192，因为inode bitmap也占一个block，不知道底层是怎么算出来是1712的，为了ChatGPT，没给出正确的答案
就以每个块组可以使用1712个inode来算，每个inode占128B，两个相乘，就得到存放所有inode需要214个block
一个块组，可以确定的block使用情况如图
这也只是用了297个block，group 0可用块数是从312开始的，中间的14个block是怎么用掉的，问ChatGPT
至此，我能想到的关于EXT2文件系统的全部问题及答案，就全部分享给你了
对了ext2的inode长这样，刚好128B
EXT3
ext3相比于ext2，改变了这些
其实核心的改变就是增加了日志，分区结构是没有变化的，即也是分成很多块组，块组中的结构也包含那些如超级块、两个位图、数据块...
关于ext3的日志功能介绍
ext3的日志是隐藏的，普通用户在Linux系统中是看不到的，只允许root用户通过debugfs命令才能看到，它所有的信息都存储在inode 8中，实战
就能看到了
要看懂这里面的信息，需要补一个知识：inode中是如何存储数据库的
有了这个基础，再去看ChatGPT的答案，就能看懂了
日志总共占用1M空间，一个block是1024B，相除，结果是1024个block，但是总共用了1029个block，多出来的5个block是怎么回事呢？间接块用的
画成图是这样
你是否想问，为什么一个block只能存储256个block的值，因为一个block的值是4B，1024除以4等于256
ext4与ext3最大的差异就是在这里，使用extent取代了直接块间接块算法
EXT4
来看看ext4与ext3的差异
其实有点像把整块分区分成块组进行管理，ext4再将块组分成一个个的extent进行管理。接下来看看extent具体是怎么玩的，先看使用数据吧
bash
dd if=/dev/zero of=fs20M.img bs=1M count=20
mkfs.ext4 fs20M.img
sudo debugfs fs20M.img进入交互界面
stat <8>
就直接分配了一段连续块，没有多余的废话，没有复杂的算法，效率肯定高，底层是怎么做到的呢？如图
再看ext4的源码，你会发现没有一个属性与extent有关，实际上也存储在这里
当你启用了extent，这个位置就用来存储extent信息。这个位置有多大呢？4*15=60B，可以存储一个header+4个extent，刚好60B
通过这个命令去查看是否启用了extent
perl
dumpe2fs fs20M.img | grep extent一个extent能关联多大磁盘空间呢？32768*1024B=32M
一个inode最多只能关联4个extent，一个extent最大支持32M磁盘空间，那一个inode最多支持128M磁盘空间，那超过128M的文件怎么存呢？这里就会升级成一棵树
图就变成了这样
如果空间还不够，还会继续分裂成depth更深的树。理论上来说extent支持无限大的磁盘空间，即一个文件支持无限大的大小，但是ext4文件系统做了限制，树的最大depth是5
支持，ext4的extent就全部讲完了
有了本篇文章的基础，ext2、ext3、ext4的源码，你看起来应该就不会很费力了！
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