Структуры данных ext2fs

С логической точки зрения ФС образуется за счёт двух элементов: массива индексных дескрипторов и системы каталогов, связывающих имена файлов с номерами индексных дескрипторов. Индексные дескрипторы хранят метаинформацию файлов и ссылки на блоки данных файлов. Каталоги объединены в дерево с двунаправленной системой ссылок между узлами.

Дисковое пространство в ext2fs разбивается на логические блоки размером 1, 2 или 4 КБ. Блоки используются под хранение нескольких служебных структур, массива индексных дескрипторов и, собственно, под хранение содержимого файлов. Для оптимизации времени доступа блоки поделены на группы. По возможности индексный дескриптор файла и его данные размещаются в пределах одной группы, что снижает время на перемещение головок по диску.

В одном из начальных блоков (со смещением 1024 байта от начала раздела) размещается Суперблок – структура данных размером 1024 байта, описывающая основные настраиваемые параметры ФС. В этих параметрах задаётся размер блока, количество индексных дескрипторов, количество блоков, отведенных под хранение данных и т.п. Размер блока влияет на потери дискового пространства в "хвостах" файлов (больше блок – больше потери) и на максимальную длину файла (больше блок – больше максимальная длина). Количество индексных дескрипторов определяет максимальное число объектов, которые могут быть размещены в данной ФС.

Для повышения надёжности Суперблок дублируется в начале каждой группы. За ним следует массив дескрипторов групп, который также дублируется во всех группах. Далее идут битовые карты свободных индексных дескрипторов и свободных блоков данных группы. Эти битовые карты нужны для быстрого создания файлов и быстрого выделения блоков хранения данных. Далее находятся область хранения индексных дескрипторов и область хранения данных.

Структура группы блоков в ext2fs

Суперблок	Массив дескрипторов групп	Карта свободных блоков	Карта свободных индексных дескрипторов	Массив индексных дескрипторов	Блоки данных
Дублируются во всех группах блоков для надёжности		Данные, индивидуальные для каждой группы

Суперблок

поле	описание
s_inodes_count	Число индексных дескрипторов во всей ФС
s_blocks_count	Число блоков, отведённых под ФС
s_r_blocks_count	Число зарезервированных блоков данных
s_free_blocks_count	Число свободных блоков данных
s_free_inodes_count	Число свободных индексных дескрипторов
s_first_data_block	Адрес первого блока данных
s_log_block_size	Размер блока
s_log_frag_size
s_blocks_per_group	Число блоков в группе
s_frags_per_group
s_inodes_per_group	Число индексных дескрипторов в группе
s_mtime	Время последнего монтирования
s_wtime	Время последней записи
s_mnt_count	Количество монтирований
s_max_mnt_count	Количество монтирований без проверки на ошибки
s_magic	Магическое число ex2fs
s_state	Флаг "чистого" выключения
....
s_reserved[235]	дополнение до 1024 байтов

Дескриптор группы

поле	описание
bg_block_bitmap	Адрес битовой карты свободных блоков
bg_inode_bitmap	Адрес битовой карты свободных индексных дескрипторов
bg_inode_table	Адрес таблицы индексных дескрипторов
bg_free_blocks_count	Количество свободных блоков в группе
bg_free_inodes_count	Количество свободных индексных дескрипторов в группе
bg_used_dirs_count	Количество каталогов группе (для fsck, например)
bg_pad	выравнивание до удобного размера

Поля индексного дескриптора

поле	описание
i_mode	Тип, suid, sgid, sticky, права доступа
i_uid	Владелец
i_size	Размер
i_atime	Access time
i_ctime	Creation time
i_mtime	Modification time
i_dtime	Deletion Time
i_gid	Группа
i_links_count	Число имён
i_blocks	Число занимаемых блоков
i_flags	Флаги
i_reserved1
i_block[15]	Указатели на блоки данных
i_version	Версия (для NFS)
i_file_acl	File ACL
i_dir_acl	Directory ACL
....	прочее, дополненное до удобного размера

Указатели на блоки данных

номер	описание
1	адрес блока или 0
...	...
12	адрес блока или 0
13	адрес блока косвенной адресации или 0
14	адрес блока двойной косвенной адресации или 0
15	адрес блока тройной косвенной адресации или 0

Блоки адресуются с единицы. Ноль в указателе означает, что блок не выделялся.

Зарезервированные номера индексных дескрипторов

идентификатор	номер	Описание
EXT2_BAD_INO	1	Сбойные блоки
EXT2_ROOT_INO	2	Корневой каталог
EXT2_ACL_IDX_INO	3	ACL (списки доступа)
EXT2_ACL_DATA_INO	4	ACL (списки доступа)
EXT2_BOOT_LOADER_INO	5	Загрузчик
EXT2_UNDEL_DIR_INO	6	Каталог для восстановления стёртых файлов
EXT2_FIRST_INO	11	Первый нормальный inode. Часто занят каталогом lost+found

Запись в каталоге

поле	описание
inode	Номер индексного дескриптора
rec_len	Длина записи
name_len	Длина имени файла
name	Имя файла (переменной длины до 255 символов)

Простая программа для проверки максимальной длины имени

 F=""
 for I in {1..1024};do
      F=${F}Z
      if touch $F; then
          rm $F
      else
          echo "Maximum name length="$((I-1))
          break
      fi
  done  2>/dev/null

Ссылки

http://uranus.chrysocome.net/explore2fs/es2fs.htm