ext4文件系統塊組

ext4中的數據是按照塊組進行管理的，一個塊組來中包含有多個塊。其中有1個塊用于保存數據塊位圖，因此位圖中包含有多少個bit就決定了塊組中塊的個數。
比如，對于一個塊大小為4096Byte的設備，塊位圖中的比特位數為32768（4096 * 8），那么單個塊組中最大就只能具有32768（4096 * 8）個塊。那么也可以計算出單個塊組的大小為32768*4096=128MB。
塊組的結構布局如下所示：

超級塊

ext4超級塊（super block）記錄了文件系統的很多關鍵信息，如果一個文件系統中只存在一個超級塊，那么如果超級塊損壞將導致整個文件系統的損壞，因此整個塊設備上存在很多超級塊的備份，
對于超級塊的備份，如果每個塊組中都備份一個，又會占據太多的文件系統空間，ext4中支持 sparse_super 特性，如果打開該特性，超級塊將只在特定的塊組中備份，它的備份塊需要滿足如下規定：

• 塊組0
• 塊組的組ID為3、5、7的冪

需要注意的是，塊組0是一個特殊的塊組，它的最前面1024字節是預留給boot sector使用的，因此super block的起始位置需要跳過塊組0的前1024字節。而對于其他的備份塊則直接保存在對應塊組的起始位置處。
根據這個關系，就可以找到對應的超級塊以及備份塊：

塊組id第N塊

0	0（前面需要跳過1024byte）
1(3^0)	32768
3(3^1)	32768*3
5(5^0)	32768*5
7(7^0)	32768*7
9(3^2)	32768*9
…	…

作為測試，可以把對應的super block dump出來：

dd if=/dev/sda1 of=sb0.txt bs=4096 count=1 dd if=/dev/sda1 of=sb1.txt bs=4096 count=1 skip=32768 dd if=/dev/sda1 of=sb2.txt bs=4096 count=1 skip=98304

查看第0號塊組中的super block，可以發現它確實是從1024字節之后開始的：

而第1號塊組中的備份超級塊（backup super block），直接就是從該塊組的起始位置開始：

inode

ext4文件系統中，inode也是在塊組中進行管理的，塊組中存在1個塊用于保存inode位圖和多個塊用于保存inode表。塊組大小的計算類似，對于塊大小為4096Byte的文件系統，inode位圖的比特位最大是32768（40968），
那么也就說明該塊組中最大只能申請32768個inode，塊組中最大管理文件個數也就是32768個。單個inode占用大小為256Byte，那么inode表最大占用32768256=8M空間，轉換為塊個數為2048個。
實際上對于一個塊組來說，按照最大限制來預留inode是沒有必要的，因為我們一個塊組128M，如果分成32768個文件，相當于平均單個文件才4K，這種情況還是比較少見的，因此可以少分配一些空間給inode表，這樣就能節省空間。
因此正常在創建文件系統時，會傳入參數到mkfs.ext4中的-i選項來設定單個文件占用的空間預計為多少，工具會根據文件size設定來確定inode的個數。

# dumpe2fs test.image | grep -i inode dumpe2fs 1.42.9 (28-Dec-2013) Filesystem features: has_journal ext_attr resize_inode dir_index filetype extent 64bit flex_bg sparse_super large_file huge_file uninit_bg dir_nlink extra_isize Inode count: 65536 Free inodes: 65525 Inodes per group: 8192 Inode blocks per group: 512 First inode: 11 Inode size: 256 Journal inode: 8 Journal backup: inode blocks

flex_bg

前面介紹的是經典ext4文件系統布局，ext4還引入了flex_bg的特性，就是把多個塊組放在一起管理，簡單來講，就是把多個塊組的block bitmap聚合在一起，inode bitmap聚合在一起，inode table 也聚合在一起，形成一個更大的邏輯塊組。它的好處就是能夠充分發揮內核預讀取的作用，減少了inode零散分布帶來的查找開銷，提升了文件系統性能。一般使用mkfs.ext4工具創建文件系統時默認都是開著該選項的。

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參考文檔：
https://bean-li.github.io/EXT4-packet-meta-blocks/
https://ext4.wiki.kernel.org/index.php/Ext4_Disk_Layout

總結

以上是生活随笔為你收集整理的ext4文件系统布局的全部內容，希望文章能夠幫你解決所遇到的問題。

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