Linux下ext2文件系统的研究与实践

1、linux下ext2文件系统的研究与实践摘要lining当今流行的操作系统之一，它具有性能稳定、功能强大、效率高等几大特点。 它在功能特性方面与uni啄统相似，同时又具有多任务、多用户、多平台等若干特性。而文 件系统是linu«作系统最重要的部分之一，但也是用户一般很少关注的部分。作为应用最 广泛的操作系统，linujjj：去、现在和未来使用的文件系统包括：ext2, ext3, reiserfjf reiser< ext4, bufs,和ilixl 在 2001 年之前，ext2直是linu出勺标准文件 系统。这之后，cxt2文件系统也一直作为linu统的基础性文件系统发挥着

2、重要的作用囚。 止是由于ext2文件系统的这一优势，本文才研究ext2文件系统的总体存储布局，并通过实 例分析来进一步探讨其结构，并且将研究成果应用到解决ext2文件系统屮文件的恢复方面。 关键字1 inum作系统、ext2文件系统、文件恢复第一章绪论11课题研究背景及意义11.1.1课题研究的背景11.1.2论文研究的意义31.2 linux操作系统简介31.3ext2文件系统简介7第一章绪论1.1课题研究背景及意义1.1.1课题研究的背景linux的第一个版木是基于minix文件系统的。当linux成熟时,引入了扩 展文件系统（ext fs）,它包含了几个重要的扩展，但提供的性能不令人满意

3、。在 1994年引入了第二扩展文件系统（second extended filesystem,ex；ext2是为解 决ext文件系统的缺陷而设计的可扩展的、高性能的文件系统.ext2足1993年 发布的，设计者是rey cardo在2000年以它是linux文件系统类型中使用最多 的格式，井且在速度和cpu利用率上较为突出，是gnu / linux系统屮标准的 文件系统。它存取文件的性能极好.对于中、小型的文件更显示出优势。尽管 linux可以支持种类繁多的文件系统，但是2000年以前几乎所有的linux发行版 都使用ext2作为欢认的文件系统。它除了包含几个新特点外，还相当的高效 和健壮，已

4、经成为广泛使用的linux文件系统。当然，ext2也有一些问题。由于它的设计者丰要考虑的是文件系统性能方 面的问题.而在写入文件内容的同时，并没冇写入文件的meta-data（和文件冇关 的信息，如权限、所有者及创建和访问时间）。换言zlinux先写入文件的内容, 然后等到冇空时才写入文件的meta-ctatao如果出现写入文件内容z后.但在写 入文件的meta-data之前系统突然断电就可能造成文件系统就会处于不一致的状 态。在一个有大量文件操作的系统屮.出现这种情况会导致很严重的后果。正是 基于以上等原因，相继出现了ext3文件系统。r志文件系统ext3具冇ext2所不具 备的特点和优势。

5、顺利完成alcxt2到ext3的转换，是实现ext3优势的必经z路。 ext3文件系统是ext2文件系统的更高一级版本，它冇一个其它同类h志文件系统 所不具备的独特优势，完全兼容ext2文件系统，因而ext3能充分利用ext2中己有的 操作和应用，而且比ext2更有效、更易用。它在ext2的基础上加入了记录元数据 的口志功能，是一个支持异步的fi志。red hat 7. 2和suse7. 3已率先发行了包 伤ext3文件系统的linuxo通过使用linux最新安装版木和e2fsprogs linux公用程 序，可将ext3文件系统编译到系统的内核屮。现在linux最常用的ext3文件系 统也是

6、与ext2兼容的，基本格式是一致的，只是多了一些扩展。1.1.2论文研究的意义linux下的ext2文件系统，是gxu/linux系统中标准的文件系统，具特点 为存取文件的性能极好，对于中小型的文件更显示出优势，这主耍得利于其簇快 取层的优良设计。正是由于linux性能稳定、功能强大、效率高等这些特性，才 使得基于linux系统下的ext2文件系统更能发挥其性能好的作用。ext2文件系 统对linux系统的作用意义深远。其实ext2文件系统支持标准unix文件类型，例 如普通文件、目录文件、特别文件和符号链接等。ext2文件系统可以管理特别 大的分区。以前内核代码限制文件系统的大小为2gb,现

7、在vfs把这个限制提高 到4tb。因此，现在使用大磁盘而不必划分多个分区。ext2文件系统支持长文件 名，最大长度为255个字符，如果需要还可以增加到1012个字符，而且，它使 用变长的目录表项。cxt2文件系统为超级用户保留了一些数据块，约为5% o 这样，在用户进程山满整个文件系统的情况下，系统管理员才冇引导程序放在这 里，其余一般文件系统都不使用引导块。使用块组对丁提高文件系统的可靠性有 很大好处，由于文件系统的控制管理信息在每个块组屮都有一份拷贝，因此当 文件系统意外出现崩溃吋可以很容易地恢复。另外，由于在有关块组内部，索引 节点表和数据块的位置很近，在对文件进行i/o操作时，可减少硬

8、盘磁头的移 动距离。1. 2 linux操作系统介绍linux是一类unix计算机操作系统的统称。linux操作系统的内核的名字也 是“linux”。linux操作系统也是自曲软件和开放源代码发展中最著名的例子。严 格来讲，linux这个词本身只表示linux内核，但在实际上人们已经习惯了用 linux来形容整个基于linux内核，并且使用gnu工程各种工具和数据库的操 作系统。linux的出现丄inux得名于计算机业余爱好者linus torvaldso当吋他是芬 兰赫尔辛基大学的学生。他的目的是想设计一个代替minix (是由一位名叫 andrew tannebaum的计算机教授编写的一个

9、操作系统示教程序)的操作系 统，这个操作系统可用于386、486或奔腾处理器的个人计算机上，并月.具 有unix操作系统的全部功能，因而开始了 linux雏形的设计。简单地说， linux是一套免费使用和自由传播的类unix操作系统，它主要用于基于x86 系列cpu的让算机上。这个系统是曲世界各地的成千上万的程序员设计和 实现的。其目的是建立不受任何商品化软件的版权制约的、全世界都能白由 使用的unix兼容产品。绝大多数基于linux内核的操作系统使用了大量的gnu软件，包括了 shell程序、工具、程序库、编译器及工具，还有许多其他程序，例如emacso 正因为如此，gnu计划的开创者理查德

10、马修斯托曼博士提议将linux操作 系统改名为gnu/linuxo但有些人只把操作系统叫做”linux”。linux的基本思想冇两点：第一，一切都是文件；第二，每个软件都冇 确定的用途。其中第一条详细来讲就是系统中的所有都归结为一个文件，包 括命令、硬件和软件设备、操作系统、进程等等对于操作系统内核而言，都 被视为拥有各自特性或类型的文件。至于说linux是基于unix的，很大程 度上也是因为这两者的基本思想十分相近。过去，linux主要被用作服务器 的操作系统，但因它的廉价、灵活性及unix背景使得它很合适作更广泛的 应用。传统上有以linux为基础的“lamp ( linux, apach

11、e, mysql, perl/php/python的组合)”经典技术组合，提供了包括操作系统、数据库、 网站服务器、动态网页的一整套网站架设支持。而面向更人规模级别的领域 中，如数据库中的oracle、db2、postgresql,以及用于apache的tomcat jsp等都已经在linux ±冇了很好的应用样本。除了已在开发者群体屮广泛 流行，它亦是现时提供网站务供应商最常使用的平台。低廉性基于其低廉成本与高度可设定性，linux常常被应用于嵌入式系统，例 如机顶盒、移动电话及行动装置等。在移动电话上，linux已经成为与 symbian 0s> windows mobil

12、e系统并列的三大智能手机操作系统之一；而 在移动装置上，则成为windows ce与palm os外之另一个选择。目前流 行的tivo数位摄影机使用了经过定制化后的linuxo此外，有不少硬件式的 网络防火墙及路由器，例如部份linksys的产品，其内部都是使用linux来 驷动、并采用了操作系统提供的防火墙及路由功能。广泛性采用linux的超级电脑亦愈來愈多，根据2005年11月号的top500 超级电脑列表，显示世上最快速的两组超级电脑都是使用linux作为其操作 系统。而在表列的500套系统里，采用linux为操作系统的，占了 371组 （即74.2%）,其中的前十位者，有7组是使用li

13、nux的。除了一部分专家 之外，大多数人都不自己选择每一样组件或自行设置，而是直接使用linux 套件。2006年开始发售的sony playstation 3亦使用linux的操作系统。 之前，sony亦曾为他们的playstation 2推岀过一套名为ps2 linux的diy 组件。至于游戏开发商雅达利及id software,都有为其旗卜的游戏推出过 linux桌而版本。此外，linux game publishing亦有专门为linux平台撰写 游戏，并致力于把其他在windows平台编撰的游戏程序码转携至linux平 台，及为转携游戏提供使用授权。而一个打算对所冇生活在发展中国家孩

14、子提供手提电脑的名为“每孩子 皆有一部手提电脑（olpc） ”的项目，正是使用linux作为缺省的操作系统。 我们不必探讨linux源代码的开放给我们带来多大诱惑，我们只研究linux 对我们的生活有何帮助。我们在平时只要掌握linux最基础的应用，以及安 装及使用就可以了。对linux的操作现在发展到了在命令行下操作以及像 windows的桌面系统般的应用。对linux不是很了解的用户可以选择桌面型 linux安装。这里把对linux的一些疑问解答从网上整理一下，贴出來，希 望对那些想要了解linux的朋友冇所帮助。灵活性linux以它的高效性和灵活性著称。它能够在pc计算机上实现全部的 u

15、nix特性，具冇多任务、多用户的能力。linux是在gnu公共许可权限下 免费获得的，是一个符合posix标准的操作系统。linux操作系统软件包不 仅包括完整的linux操作系统，而且还包括了文本编辑器、高级语言编译器 等应用软件。它还包括带有多个窗口管理器的x-window图形用户界面，如 同我们使用windowsnt -样，允许我们使用窗口、图标和菜单对系统进行 作。倍受青睐的原因linux z所以受到广大计算机爱好者的喜爱，主要原因冇两个，一是它 属于口由软件，用户不用支付任何费用就可以获得它和它的源代码，并且可 以根据自己的需要对它进行必要的修改，无偿对它使用，无约束地继续传播。 另

16、一个原因是，它具有unix的全部功能，任何使用unix操作系统或想要学 习unix操作系统的人都可以从linux中获益。运行linux需要的配置并不高，支持众多的pc周边设备，并冃这样一 个功能强大的软件完全免费，其源代码是完全公开的，任何人都能拿来使用。 说到这里，各位可能怀疑这免费后面是不是隐藏着什么？作者会心甘情愿的 把它拿出来而分文不取吗？其实，它代表着软件开发的另一种概念：那就是 基于gnu的版权制度。版权是为了保护作者应有利益而设立的制度，但吋至今日它却对科技的 发展造成了一定的阻碍。例如现在病毒的肆虐，就是因为微软不肯将 windows的源代码公开。杀毒软件的厂商只好0己去钻研o

17、le结构。还有， intel为了保住自己的霸主地位，建立了一个个不许其它厂商使用的硬件规 范，造成众多开发者并不是为了提升技术而是为了兼容性而耗费资金和时 间，这样就造成了科研发展的混乱和垄断。为了改变这种状况，richard m. stallman在1984年创立了以生产免费 软件为目的的组织free software foundation （自由软件基金会,简称fsf） o他认为：各个软件公司为了自己的利益不公开源代码会阻碍人类文 明的发展，一个真正好的软件是为了替人解决问题，应该散发给需要的人。 他开发了一个叫做gnu的计划，第一套软件就是gnu emacs （unix平台 下强大的编辑

18、器）。任何人都能免费拿到这个软件和它的源代码，于是许多 人自发的修改这套软件，为它增加功能。为了明确gnu的规范，stallman 发表了 gnu general public license 和 gnu library general public license授权声明，根据这些声明，所冇的gnu软件都可以被任何人下载、 出售、复制和修改，但必须提供程序源代码或者让使用者知道从哪里获得源 代码！但不论免费或者收费，任何得到这些软件的使用者都有和提供者同样 的权利，可以将它们赠送或出售。出于这个授权，gnu软件像滚雪球一样 越来越多，功能也越來越强。当然，这样做也有不良的效果，如果开发商的

19、利润减少了那么就没冇人愿意真正开发软件了，毕竟人述是耍吃饭的呀。不 过随着internet的盛行，大众越来越容易得到各种各样的软件，而且大多只 为一时之需，用完之后根木不会再用，一个软件的使用寿命就大大缩短，在 这种情况下，传统的电子出版行业应该做出相应的调整。linux核心程序的著作权归linus本人所有，其它应用程序归各门的作 者所有，但按照gnu授权，任何人都可以釆取收费或免费方式来发行linux, 并在符合该授权的规范下做修改。这样就有了一大批的免费程序移植到了 linux ±,包括gnu emacs、xfree86> mozilla等经典软件，并且在不断 壮大中。出于

20、源代码是公开的，任何一个使用linux的人在添置了新硬件后 都能口己编写驱动程序，所以linux对新硬件的支持已经超过了许多专业 unix系统。linux的成功如果没有internet是不可能的,因为linux实际上 是世界各地众多程序员共同开发的结果。不断完善p现在的linux经过数次改版（包括核心的升级和周边程序的完善），已 经发展成了一个遵循posix标准的纯32位多工操作系统，64位版本也在 开发z屮。linux可以兼容大部分的unix系统，很多unix的程序不需要 改动，或者很少的改变就可以运行于linux环境；内置tcp/ip协议，可以 直接连入internet,作为服务器或者终端

21、使用；内置java解释器，可直接 运行java源代码；具备程序语言开发、文字编辑和排版、数据库处理等能 力;提供x window的图形界血；主要用于x86系列的个人电脑，也有其它 不同硬件平台的版本，支持现在流行的所有硕件设备。就性能上来说，它并 不弱于windows甚至unix,而且靠仿真程序还可以运彳亍windows应用程 序。它有成千上万的各类应用软件，并不输于windows的应用软件数量， 其屮也冇商业公司开发的赢利性的软件。最可贵的是：它是一个真正的unix 系统，可以供专业用户和想学unix的人在自己的个人电脑上使用。linux 是一个非常灵活的系统，相对于windows而言也是一

22、个比较难用的系统， 就如同人多数用户用不惯macos的单键鼠标一样。想要对linux轻车熟路， 你必须懂得一些相关知识，软、硬件的配置，最好还懂点程序，因为没有人 冇义务为您捉供技术支援，除了和其它用户交流z外，您必须要自己解决 问题。当然，如果您只是作为日常应用，就不需要那么复杂啦，linux -样 会为您提供完美的操作环境，你所要做的就是改变使用习惯和成见。早期的操作系统是没冇图形界面的，自从apple于1984年推出system 10开始,个人电脑才实现了真正的gui （graphics user interface,图形 用户界而），从此电脑变得更加具冇亲和力，也更加易于使用。wind

23、ows 的图形化开始于windows 3.1/3.2,直到windows 95的出现才标志着多媒 体吋间的到来，从此计算机变得能说会唱起来。linux始于unix,却青出 于蓝胜于蓝，同样拥有着不俗的图形用户界面，性能更稳定，也更漂亮，可 以和世界上曾经出现过的，最美丽的操作系统媲美！不同于现在的xp, linux 的图形界面是基于console z上的，类似于windows 95架于dos z上， linux下实现图形界而的是x window系统（区别于ms的windows）。x window是一套用于unix的具有极大可携性、对彩色掌握的多样性 和网络之间的操作透明性的健在式处理窗口系统。它和微软的windows的 工作原理并不相同，不过两者都使用图形界面和窗口技术，从外表看來冇那 么一点点相似，但又存在着巨大的不同，实际上x window的界面更加多样 化，也更漂亮，且高效快捷。就windows对于dos的地位一样，x window 一改unix/linux单调的文本界面，提供了一个友善的图形