EXT文件系统机制原理详解

系统的组成部分

1.1 block的出现

硬盘最底层的读写IO一次是一个扇区512字节，如果要读写大量文件，以扇区为单位肯定很慢很消耗性能，所以硬盘使用了一个称作逻辑块的概念。逻辑块是逻辑的，由磁盘驱动器负责维护和操作，它并非是像扇区一样物理划分的。一个逻辑块的大小可能包含一个或多个扇区，每个逻辑块都有唯一的地址，称为LBA。有了逻辑块之后，磁盘控制器对数据的操作就以逻辑块为单位，一次读写一个逻辑块，磁盘控制器知道如何将逻辑块翻译成对应的扇区并读写数据。

到了Linux操作系统层次，通过文件系统提供了一个也称为块的读写单元，文件系统数据块的大小一般为1024bytes(1K)或2048bytes(2K)或4096bytes(4K)。文件系统数据块也是逻辑概念，是文件系统层次维护的，而磁盘上的逻辑数据块是由磁盘控制器维护的，文件系统的IO管理器知道如何将它的数据块翻译成磁盘维护的数据块地址LBA。对于使用文件系统的IO操作来说，比如读写文件，这些IO的基本单元是文件系统上的数据块，一次读写一个文件系统数据块。比如需要读一个或多个块时，文件系统的IO管理器首先计算这些文件系统块对应在哪些磁盘数据块，也就是计算出LBA，然后通知磁盘控制器要读取哪些块的数据，硬盘控制器将这些块翻译成扇区地址，然后从扇区中读取数据，再通过硬盘控制器将这些扇区数据重组写入到内存中去。

本文既然是讨论文件系统的，那么重点自然是在文件系统上而不是在磁盘上，所以后文出现的block均表示的是文件系统的数据块而不是磁盘维护的逻辑块。

文件系统block的出现使得在文件系统层面上读写性能大大提高，也大量减少了碎片。但是它的副作用是可能造成空间浪费。由于文件系统以block为读写单元，即使存储的文件只有1K大小也将占用一个block，剩余的空间完全是浪费的。在某些业务需求下可能大量存储小文件，这会浪费大量的空间。

尽管有缺点，但是其优点足够明显，在当下硬盘容量廉价且追求性能的时代，使用block是一定的。

1.2 inode的出现

如果存储的1个文件占用了大量的block读取时会如何?假如block大小为1KB，仅仅存储一个10M的文件就需要10240个block，而且这些blocks很可能在位置上是不连续在一起的(不相邻)，读取该文件时难道要从前向后扫描整个文件系统的块，然后找出属于该文件的块吗?显然是不应该这么做的，因为太慢太傻瓜式了。再考虑一下，读取一个只占用1个block的文件，难道只读取一个block就结束了吗?并不是，仍然是扫描整个文件系统的所有block，因为它不知道什么时候扫描到，扫描到了它也不知道这个文件是不是已

（编辑：长春站长网）

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