浅学文件系统2(ext4文件系统)Linux ext 系列文件系统 Linux 操作系统中的文件系统丐版简图 ext系列

Linux ext 系列文件系统

Linux 操作系统中的文件系统丐版简图 ext系列文件系统的历史发展

Linux ext4 的硬盘布局

ext4文件系统 使用 i 节点(index node)--inode 来分拆硬盘数据块给到文件。（了解i节点：juejin.cn/post/758521… 图中可以看到硬盘中的文件file， ext4文件系统给它分配了数据块 0,3,n-2,n-1 存储file

linux ext4 的硬盘布局 — 简化版

包括以下几部分：

1.超级块

2.i-bitmap 索引节点位图

3.inode表

4.d-bitmap 数据块位图

5.数据区域

linux ext4 的硬盘布局 — 块组

Liunx ext4为了管理大文件，在上面的基础上，搞了 “块组” 数据结构

struct ext4_group_desc { 
__le32 bg_block_bitmap_lo; /* 数据块 位图块号：本组内数据块使用/空闲 bitmap 位置 */ 
__le32 bg_inode_bitmap_lo; /* inode 位图块号：本组内 inode 使用/空闲 bitmap 位置 */ 
__le32 bg_inode_table_lo; /* inode 表：本组内所有 inode 结构体的起始块 */
__le16 bg_free_blocks_count_lo; /* 空闲数据块计数： 本组剩余可用数据块总数 */
__le16 bg_free_inodes_count_lo; /* 空闲 inode 计数： 本组剩余可用 inode 总数 */ 
__le16 bg_used_dirs_count_lo; /* 目录计数：本组已分配的目录 inode 数量，用于均衡分布新目录 */ __le16 bg_flags; /* 标志位：如 INODE_UNINIT，指示该组是否需要初始化等 */ 
__le32 bg_exclude_bitmap_lo; /* 快照排除位图块号：快照功能中标记跳过复制的块（通常不用） */ 
};

为了持久化存储“块组”，linux又搞了一个 块组描述符表

超级块(super block) + 块组描述符表(block group table) + 块组(ext4_group_desc)

再一次从宏观上看一下 linux ext4 的硬盘布局

df -h -T 查看linux操作系统中覆盖的文件系统 
dumpe2fs /dev/vda1 查看具体文件系统的详细信息

从图中，可以看出操作系统中，有很多文件系统

linux ext4 的硬盘数据结构 — 整理

下图展示了，ext4文件系统对硬盘抽象，定义的一些，数据结构

struct ext4_inode 索引节点

struct ext4_dir_entry 目录项

struct ext_group_desc 块描述

struct ext4_super_block 超级块

还有很多很多，可以去官网去查有哪些数据结构，或者AI

Linux ext4 文件和目录如何组织(inode)

由于ext4基于 i 节点(index node)--inode 的缘故，每个文件都会有一个inode，用于保存文件的元数据(metadata)

ext4_inode 数据结构


字段	含义（中文）
i_mode	文件模式（`文件类型` + `权限位`，如 0644、0755 等）
i_uid	文件所属用户 ID 的低 16 位
i_size_lo	`文件大小`（字节数）的低 32 位
i_atime	最后访问时间（Access Time）
i_ctime	inode 自身状态最后一次改变的时间（Change Time）
i_mtime	文件内容最后修改时间（Modification Time）
i_dtime	文件被删除的时间（仅当文件被删除时有效）
i_gid	文件所属组 ID 的低 16 位
i_links_count	硬链接计数（有多少个目录项指向该 inode）
`i_blocks_lo`	`文件占用的物理块数` - 占用多少个数据块（以 512 字节为单位）的低 32 位
i_flags	文件标志位（如追加、不可变、压缩等属性）
i_block[EXT4_N_BLOCKS]	数据块指针数组，直接/间接指向文件实际数据块 —— 占用数据块在磁盘中的位置
i_generation	文件版本号（用于 NFS 等网络文件系统）
i_file_acl_lo	文件 ACL（访问控制列表）的低 32 位
i_size_high	文件大小的高 32 位，与 i_size_lo 一起组成 64 位文件大小

i_block[EXT4_N_BLOCKS]

ext4_dir_entry_2 数据结构

inode  长度：__le32（4 字节，小端）  
- 含义：该目录项对应的 inode 编号。0 表示“已删除的空槽位”，非 0 才能解析出真正的文件/子目录。

rec_len  长度：__le16（2 字节，小端）  
- 含义：整个 ext4_dir_entry_2 结构**在本目录块中所占的总长度**（字节数）。  
  因为文件名长度可变，目录项长度也可变；下一个目录项的位置 = 当前地址 + rec_len。  
  删除文件时不会立即紧凑，只是把 inode 置 0，并把被删项的 rec_len 扩大，形成“空洞”供后续复用。

name_len  长度：u8（1 字节）  
- 含义：文件名的**实际字符数**（不含结尾 \0）。最大 255（EXT4_NAME_LEN）。

file_type   长度：u8（1 字节）  
- 含义：避免额外读 inode 就能快速知道类型，取值：  
  0x1 普通文件  
  0x2 目录  
  0x3 字符设备  
  0x4 块设备  
  0x5 FIFO  
  0x6 套接字  
  0x7 符号链接  
  早期 ext2 没有这个字段，所以旧格式叫 ext4_dir_entry（没有 _2）；后来为了提速加了这个字节，就成了 ext4_dir_entry_2。

name[EXT4_NAME_LEN] 
- 内容：文件名本身，**不补 \0**，直接紧挨着前面四个字段。  
  由于整个结构长度必须 4 字节对齐，所以末尾可能再补 1~3 字节空 padding，这些 padding 会计入 rec_len，但不计入 name_len。

一句话总结  
------------------------------------------------
ext4_dir_entry_2 就是**目录块里的一条记录**：  
“inode 号 + 本记录长度 + 文件名长度 + 文件类型 + 文件名本身”，  
内核靠它在目录里“扫大街”——找文件、删文件、创建文件都靠解析这一串。

_le32 inode

目录是特殊的文件，也有自己对应的 inode

Linux ext4文件系统中文件创建、读写流程

下面几张图简单的概括 ext4文件系统是怎么创建文件，读文件， 写文件

创建一个目录 /fs (简单看看就行) 创建一个文件 /fs/file_1 (简单看看就行) 读取文件 /fs/file_1 的所有数据块的数据(简单看看就行)

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