1. minix文件系統(tǒng)二進(jìn)制分析1：剛剛格式化后的文件系統(tǒng)

• 工作幾年來，用過不少文件系統(tǒng)，甚至手把手移植和裁剪過Fatfs文件系統(tǒng)，但是卻對文件系統(tǒng)內(nèi)部的存儲方式和玩兒法一直一無所知，于是決定好好把文件系統(tǒng)的運行機制好好研究研究，但是現(xiàn)存文件系統(tǒng)的類型百花齊放，各有千秋，還是決定從minix文件系統(tǒng)入手，這是早期在minix系統(tǒng)上用的一種簡單的文件系統(tǒng)，所謂麻雀雖小五臟俱全，正好可以做來了解文件系統(tǒng)之用，從而洞察后來更加復(fù)雜的文件系統(tǒng)，萬變不離其宗，深入剖析了minix文件系統(tǒng)，理解其他類型的文件系統(tǒng)也就舉一反三手到擒來了。

1.1 創(chuàng)建硬盤

• 既然要研究文件系統(tǒng)，首先我們得找一個u盤，翻了翻我封印已久的抽屜，竟然找不到一個U盤，幸好虛擬機這項技術(shù)的出現(xiàn)方便了像我這樣舍不得花錢買U盤的人…

• 我們能在Windows系統(tǒng)下的VmWare中安裝一個Ubuntu系統(tǒng)，更何況虛擬一個硬盤？本章將在虛擬機里創(chuàng)建一個16M的硬盤作為起點，來一步一步分析minix文件系統(tǒng)。

1.1.1 添加一個16M的塊設(shè)備

在Ubuntu虛擬機中添加一個大小為16M的塊設(shè)備，此時還沒有將其進(jìn)行文件系統(tǒng)格式化

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1.1.2 格式化塊設(shè)備

• 在終端輸入 fdisk -l指令查看所有塊設(shè)備信息，可以找到 /dev/sdb設(shè)備即為上一步驟創(chuàng)建的硬盤。

• 格式化硬盤為minix文件系統(tǒng)

• 根據(jù)格式化后的信息，我們可以知道，硬盤上的minix文件系統(tǒng)一共有5472個inodes，也就是說最多能在上面創(chuàng)建5472個文件，一共16384個數(shù)據(jù)塊，F(xiàn)irstdatazone=176 表示第一個node節(jié)點位于第176個塊，Maxsize表示每個文件支持的最大長度。

• 接下來，我們使用hexdump -C /dev/sdb > minix_orig.dat 將硬盤的2進(jìn)制數(shù)據(jù)dump出來，如下圖所示，特備強調(diào)，此時的minix文件系統(tǒng)只有一個根目錄，其他什么都沒有，干干凈凈。

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*
0002c000 ?01 00 2e 00 00 00 00 00 ?00 00 00 00 00 00 00 00 ?|................|
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*
01000000

1.2 minix文件系統(tǒng)的存儲結(jié)構(gòu)

• minix文件系統(tǒng)的存儲結(jié)構(gòu)分為五大部分，其他類型的文件系統(tǒng)也是大同小異

1.2.1 超級塊

• 超級塊代表了整個文件系統(tǒng)，超級塊是文件系統(tǒng)的控制塊，有整個文件系統(tǒng)信息，在格式化操作完成后，超級塊的信息基本就已經(jīng)定型了，可以說，一個超級塊就代表了一個文件系統(tǒng)。

• 值得一提的是，當(dāng)我們在linux終端mount某個塊設(shè)備時，內(nèi)核會讀取超級塊的信息，完成文件系統(tǒng)的掛載。

1.2.1.1 linux中超級塊數(shù)據(jù)結(jié)

• 內(nèi)核掛載文件系統(tǒng)時，先去獲得超級塊的信息并保存在內(nèi)核數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)中

/*
 * minix super-block data on disk
 */
struct minix_super_block {
	__u16 s_ninodes; ? ? ? ? ? ? ? ? ? 
	__u16 s_nzones; ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? 
	__u16 s_imap_blocks; ? ? ? ? ? ?
	__u16 s_zmap_blocks; ? ? ? ? ? ? 
	__u16 s_firstdatazone; ? ? ? ? ?
	__u16 s_log_zone_size;
	__u32 s_max_size;
	__u16 s_magic;
	__u16 s_state;
	__u32 s_zones;
};

1.2.2 inode節(jié)點

1.2.2.1 內(nèi)核數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)

• 如下圖所示，內(nèi)核中的struct minix_inode數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)也是minix文件系統(tǒng)inode節(jié)點信息在存儲介質(zhì)中的存儲方式，接下來我們對照dump文件中的數(shù)據(jù)，來看一下inode的值。

/*
 * This is the original minix inode layout on disk.
 * Note the 8-bit gid and atime and ctime.
 */
struct minix_inode {
	__u16 i_mode;
	__u16 i_uid;
	__u32 i_size;
	__u32 i_time;
	__u8 ?i_gid;
	__u8 ?i_nlinks;
	__u16 i_zone[9];
};

1.2.2.2 萬物之源No1節(jié)點—根目錄

• 當(dāng)用戶執(zhí)行vim /dirdemo/filelevel2.txt操作時，在文件系統(tǒng)中是如何找到filelevel2.txt文件，并將其內(nèi)容顯示出來的呢？

• 太極生兩儀，兩儀生四象，四象生八卦，宇宙再大，最開始也是從一個點，任何事物都有其起源，文件系統(tǒng)的起點便是從根目錄開始，所以在我們格式化硬盤之后，inode節(jié)點只有一個，那就是表示根目錄的inode節(jié)點。

• 在超級塊的屬性當(dāng)中有一個s_firstdatazone屬性，該值作為查找文件的門戶，其指向的是根目錄的數(shù)據(jù)區(qū)，174x1024=0x2c000。

• 在文件系統(tǒng)的inode區(qū)，第一個inode節(jié)點便是根目錄節(jié)點，如下圖所示。

• 關(guān)于minix文件系統(tǒng)中，inode的各個屬性，linux內(nèi)核定義了下述結(jié)構(gòu)體類型進(jìn)行存儲。

1.2.3 第一個數(shù)據(jù)塊

• No1節(jié)點的i_zone指向了地址0x2c000,接下來我們看一下0x2c000地址處存放的數(shù)據(jù)，如下圖紅框所示，前兩行是對鏈接’.‘的目錄描述，其指向的inode節(jié)點編號為1，即根目錄，后兩行是對目錄’…'的描述，它也指向inode 1節(jié)點。