好文分享：EXT文件体系机制道理详解

优化的要领虽然也可以思量行使索引，可是仅仅1G的文件体系就有1KB的block共1024*1024=1048576个，这仅仅只是1G，假如是100G、500G乃至更大呢，仅仅行使索引索引的数目和空间占用也将极大，这时就呈现更高一级的优化要领：行使块位图(bitmap简称bmap)。

位图只行使0和1标识对应block是空闲照旧被占用，0和1在位图中的位置和block的位置逐一对应，第一位标识第一个块，第二个位标识第二个块，依次下去直到标志完全部的block。

思量下为什么块位图更优化。在位图中1个字节8个位，可以标识8个block。对付一个block巨细为1KB、容量为1G的文件体系而言，block数目有1024*1024个，以是在位图中行使1024*1024个位共1024*1024/8=131072字节=128K，即1G的文件只必要128个block做位图就能完成逐一对应。通过扫描这100多个block就能知道哪些block是空闲的，速率进步了很是多。

可是要留意，bmap的优化针对的是写优化，由于只有写才必要找到空闲block并分派空闲block。对付读而言，只要通过inode找到了block的位置，cpu就能敏捷计较出block在物理磁盘上的地点，cpu的计较速率是极快的，计较block地点的时刻险些可以忽略，那么读速率根基以为是受硬盘自己机能的影响而与文件体系无关。大大都稍大一点的文件也许城市存储在不持续的block上，并且行使了一段时刻的文件体系也许会有不少碎片，这时硬盘的随机读取机能直接抉择读数据的速率，这也是机器硬盘速率对比固态硬盘慢的多的多的缘故起因之一，并且固态硬盘的随机读和持续读取速率险些是同等的，对它来说，文件体系碎片的几多并不会影响读取速率。

固然bmap已经极大的优化了扫描，可是仍有其瓶颈：假如文件体系是100G呢?100G的文件体系要行使128*100=12800个1KB巨细的block，这就占用了12.5M的空间了。试想完全扫描12800个很也许不持续的block这也是必要占用一些时刻的，固然快可是扛不住每次存储文件都要扫描带来的庞大开销。

以是必要再次优化，怎样优化?简而言之就是将文件体系分别隔形成块组，至于块组的先容放在后文。

1.4 inode表的呈现

回首下inode相干信息：inode存储了inode号、文件属性元数据、指向文件占用的block的指针;每一个inode占用128字节或256字节。

此刻又呈现题目了，一个文件体系中可以说有无数多个文件，每一个文件都对应一个inode，莫非每一个仅128字节的inode都要单独有效一个block举办存储吗?这太挥霍空间了。

以是更优的要领是将多个inode归并存储在block中，对付128字节的inode，一个block存储8个inode，对付256字节的inode，一个block存储4个inode。这就使得每个存储inode的块都不挥霍。

在ext文件体系上，将这些物理上存储inode的block组合起来，在逻辑上形成一张inode表(inode table)来记录全部的inode。

举个例子，每一个家庭都要向派出所挂号户口信息，通过户口本可以知道家庭住址，而每个镇或街道的派出所将本镇或本街道的全部户口整合在一路，要查找某一户地点时，在派出所就能快速查找到。inode table就是这里的派出所。它的内容如下图所示。

现实上，在文件体系建设完成后全部的inode号都已经分派好并记录到inode table中了，只不外被行使的inode号地址的行尚有文件属性的元数据信息和block位置信息，而未被行使的inode号只有一个inode号罢了而没有其他信息罢了。

再细细一思索，就能发明一个大的文件体系仍将占用大量的块来存储inode，想要找到个中的一个inode记录也必要不小的开销，尽量它们已经形成了一张逻辑上的表，但扛不住表太大记录太多。那么怎样快速找到inode，这同样是必要优化的，优化的要领是将文件体系的block举办分组分别，每个组中都存有本组inode table范畴、bmap等。

1.5 imap的呈现

前面说bmap是块位图，用于标识文件体系中哪些block是空闲哪些block是占用的。

对付inode也一样，在存储文件(Linux中统统皆文件)时必要为其分派一个inode号。可是在名目化建设文件体系后全部的inode号都是被事先设定好存放在inode table中的，因此发生了题目：要为文件分派哪一个inode号呢?又怎样知道某一个inode号是否已经被分派了呢?

既然是"是否被占用"的题目，行使位图是最佳方案，像bmap记录block的占用环境一样。标识inode号是否被分派的位图称为inodemap简称为imap。这时要为一个文件分派inode号只需扫描imap即可知道哪一个inode号是空闲的。

imap存在着和bmap和inode table一样必要办理的题目：假如文件体系较量大，imap自己就会很大，每次存储文件都要举办扫描，会导致服从不足高。同样，优化的方法是将文件体系占用的block分别成块组，每个块组有本身的imap范畴。

1.6 块组的呈现

前面一向提到的优化要领是将文件体系占用的block分别成块组(block group)，办理bmap、inode table和imap太大的题目。

在物理层面上的分别是将磁盘按柱面分别为多个分区，即多个文件体系;在逻辑层面上的分别是将文件体系分别成块组。每个文件体系包括多个块组，每个块组包括多个元数据区和数据区：元数据区就是存储bmap、inode table、imap等的数据;数据区就是存储文件数据的地区。留意块组是逻辑层面的观念，以是并不会真的在磁盘上按柱面、按扇区、按磁道等观念举办分别。

1.7 块组的分别

（编辑：湖南网）

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