本文以ext2文件系統(tǒng)為例來剖析一個真實的文件系統(tǒng)如何查找文件，這對于深入理解文件系統(tǒng)至關(guān)重要。

1.準(zhǔn)備文件系統(tǒng)鏡像

所用工具：dd、mkfs.ext2、hexdump、dumpe2fs、mount等工具

1）制作100k大小鏡像文件

2）格式化為ext2文件系統(tǒng)格式

3）查看文件系統(tǒng)信息

• 這實際是是讀取文件系統(tǒng)的超級塊和塊組描述符信息。我們可以看的創(chuàng)建的文件系統(tǒng)的總體信息：

• Filesystem magic number：0xEF53 表示為ext2文件系統(tǒng)Inode count: 16 表示文件系統(tǒng)inode個數(shù)為16Block count: 100 表示文件系統(tǒng)塊個數(shù)為100 Free blocks: 79 表示文件系統(tǒng)空閑塊個數(shù)為79Free inodes: 5 表示文件系統(tǒng)空閑inode個數(shù)為5 First block: 1 第一個數(shù)據(jù)塊編號為1（編號0保留為引導(dǎo)塊） Block size: 1024 文件系統(tǒng)塊大小為1kBlocks per group: 8192 每個塊組8192個塊Inodes per group: 16 每個塊組個inode Inode blocks per group: 2 每個塊組2個inode塊 First inode: 11 分配的第一個inode號為11（除根inode外，根inode號為2）Inode size: 128 inode大小為128字節(jié)塊組的信息（這里只有一個塊組） 1 - 99號 超級塊塊編號為 1 塊組描述符塊編號為 2 塊位圖塊編號為 3 inode位圖塊編號為 4

• inode表位于5和6塊

• 79 個可用 塊，5 個可用inode，2 個目錄 （一個為根目錄一個為lost+found，存放壞塊） 可用塊數(shù)：21-99 可用inode數(shù)：12-16

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4）掛載文件系統(tǒng)并創(chuàng)建文件

可以發(fā)現(xiàn)有三個目錄:

• 實際上是根目錄的數(shù)據(jù)塊的內(nèi)容（包含各個目錄項）。

• 下面我們來創(chuàng)建一個目錄，目錄下創(chuàng)建文件：

現(xiàn)在目錄樹是這樣的：

• 后面我們會通過解析文件系統(tǒng)鏡像來觀察如何查找 /dir/test.txt 文件的

• 現(xiàn)在關(guān)注一下相關(guān)的索引節(jié)點：

• 可以發(fā)現(xiàn) /dir目錄下：當(dāng)前工作目錄下索引節(jié)點為12（dir目錄的），上一級目錄的索引節(jié)點為2（根目錄），test.txt文件的所有節(jié)點為13。記住這幾個索引節(jié)點后面我們會通過解析文件系統(tǒng)鏡像來獲得。

2.解析文件系統(tǒng)鏡像

1）dump文件系統(tǒng)鏡像

• 根據(jù)之前dumpe2fs的信息我們知道：

鏡像文件中（均為16進(jìn)制顯示） 00000000 開始的1k大小 保留的引導(dǎo)塊 塊1 00000400 開始的1k大小 保存磁盤的超級塊 （dumpe2fs的部分信息從這里獲得） 塊2 00000800 開始的1k大小 保存塊組描述符 （dumpe2fs的部分信息從這里獲得） 塊3 00000c00 開始的1k大小 保存塊位圖 塊4 00001000 開始的1k大小 保存 Inode 位圖 塊5 塊6 00001400 開始的2k大小 保存 Inode表 剩下的為數(shù)據(jù)塊

• 磁盤中的文件系統(tǒng)對象結(jié)構(gòu)在內(nèi)核如下文件定義：

• 大家可以對照磁盤鏡像文件和磁盤數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)定義來解析出文件系統(tǒng)的超級塊和塊組描述符信息（可以發(fā)現(xiàn)和dumpe2fs工具顯示的是一致的，例如鏡像文件00000400 處四字節(jié)為10 00 00 00 是小端存儲，所以為0x00000010=16）；

3.路徑名查找

• 下面開始我們的重頭戲：查找文件系統(tǒng)中的 /dir/test.txt 文件。

• 我們知道，使用文件系統(tǒng)給我最直觀也是最大的好處是：用戶可以通過一個路徑名來訪問文件，那么一個文件系統(tǒng)究竟如何來找到我們所需要的文件呢？下面我們詳細(xì)來看ext2文件系統(tǒng)如何查找指定的文件的？（實際的內(nèi)核中路徑名查找比較復(fù)雜，考慮很多情況，如dentry cache查找、解析軟鏈接文件、上級目錄、掛載點等，當(dāng)然如果目錄分量是掛載點就會步進(jìn)到相應(yīng)文件系統(tǒng)的根目錄，后面文件系統(tǒng)掛載專題會講解，這里以簡單的路徑解析來讓大家有個深刻的認(rèn)識）。

1）查找根目錄

• 萬事開頭難，對于訪問一個目錄上掛載的文件系統(tǒng)，內(nèi)核路徑名查找會判斷并找到掛載的文件系統(tǒng)的根目錄，這個過程在文件系統(tǒng)掛載的時候，會從磁盤上讀取并在內(nèi)存構(gòu)建超級塊實例，然后進(jìn)行的最重要的一步是讀取文件系統(tǒng)的根inode:

• 簡述ext2通過inode號找到并讀取磁盤inode核心算法：

1. 根據(jù)inode號計算出所在的塊組block_group

2. 根據(jù)inode號計算出塊組中的inode表中的字節(jié)偏移offset

3. 根據(jù)inode號計算出磁盤inode在文件系統(tǒng)中的塊號block

4. 根據(jù)塊號block 通過sb_bread讀取緩沖區(qū)塊到內(nèi)存

5. 根據(jù)inode表中的字節(jié)偏移offset 計算出 磁盤inode在塊中偏移

6. 通過讀取的緩沖區(qū)和磁盤inode在塊中偏移 最終返回磁盤inode結(jié)構(gòu)

• 我們已知：

每個塊組inode個數(shù)：EXT2_INODES_PER_GROUP(sb) = 16 磁盤inode大?。篍XT2_INODE_SIZE(sb) = 128 塊大小的bit表示：EXT2_BLOCK_SIZE_BITS(sb) = 10

• 所以計算根inode塊號：

所以：根inode所在的鏡像文件中偏移為：5 * 0x400 + 0x80 = 0x1400 + 0x80 = 0x1480

• 對照ext2文件系統(tǒng)磁盤inode結(jié)構(gòu)，可知i_block為磁盤inode結(jié)構(gòu)的偏移40B處，內(nèi)容即為0x07（ext2通過i_block來查找文件在磁盤中的位置）。

• 于是我們知道，根目錄數(shù)據(jù)塊的塊號 為0x7（鏡像中字節(jié)偏移為 0x400 * 7= 1c00），這個數(shù)據(jù)塊中保存的是根目錄中包含的所有目錄和文件的目錄項（我們知道這里為"."、".."、"dir"、"lost+found"四個目錄項）。

• 根據(jù)目錄項ext2_dir_entry_2 結(jié)構(gòu)我們可以查詢到文件名為dir的目錄項，從而獲取dir目錄的inode號，為0x0c（和我們之前通ls -lai顯示的dir目錄inode號12是一致）。

2）查找dir目錄

• 和上面查詢根inode一樣的原理，計算過程如下：

所以：dir目錄inode所在的鏡像文件中字節(jié)偏移為：6 * 0x400 + 0x180 = 0x1800 + 0x180 = 0x1980

• 對照ext2文件系統(tǒng)磁盤inode結(jié)構(gòu)，可知i_block為磁盤inode結(jié)構(gòu)的偏移40B處，內(nèi)容即為0x63。

• 于是我們知道，dir目錄數(shù)據(jù)塊的塊號 為0x63（偏移為 0x400 * 0x63= 0x18c00），這個數(shù)據(jù)塊中保存的是dir目錄中包含的所有目錄和文件的目錄項（我們知道這里為"."、".."、"test.txt"三個目錄項）。

• 對照目錄項ext2_dir_entry_2 結(jié)構(gòu)，查找文件名為test.txt的inode號，即為0x0d(和我們之前通ls -lai顯示的dir目錄inode號13是一致）。

• 于是我們知道，test.txt文件的inode號為0x0d（13）。

3）查找test.txt文件

• 和上面查詢根inode一樣的原理，計算過程如下：

所以：test.txt文件inode所在的鏡像文件中偏移為：= 6 * 0x400 + 0x200 = 0x1800 + 0x200 = 0x1a00

• 對照ext2文件系統(tǒng)磁盤inode結(jié)構(gòu)，可知i_block為磁盤inode結(jié)構(gòu)的偏移40B處，內(nèi)容即為0x15。

• 于是我們知道，test.txt文件數(shù)據(jù)塊的塊號 為0x15（偏移為0x15 * 0x400 = 0x5400）。

• 最終可以看到文件數(shù)據(jù)為"hello"。

4）查找過程圖解

• 以下為 dir/test.txt查找過程：

• 已知根目錄inode號（ext2為2） -> 查找根目錄磁盤inode（文件系統(tǒng)掛載時查找） -> 查找根目錄的數(shù)據(jù)塊 -> 查找dir目錄的目錄項找到其inode號 （為12） -> 查找dir目錄的磁盤inode -> 查找dir目錄的數(shù)據(jù)塊 -> 查找test.txt文件的inode號（為13） -> 查找test.txt文件的磁盤inode -> 查找test.txt文件的數(shù)據(jù)塊

• 下面為查找圖解：

4.總結(jié)

• 對于ext2文件系統(tǒng)，路徑名查找中，實際上是解析路徑名的各個分量，查找每個分量的目錄項，然后通過目錄項找到inode號，通過inode號找到對應(yīng)的磁盤inode，然后通過磁盤inode獲得目錄/文件的數(shù)據(jù)塊, 最終查找到對應(yīng)目錄/文件的磁盤inode，而磁盤inode的i_block中保存著文件的邏輯塊號和磁盤的邏輯塊號映射關(guān)系，讀寫文件時就可以訪問到整個文件。