lwext4文件系統分析

㈠ 系統性學習Ext4文件系統（圖例解析）

系統性學習Ext4文件系統的要點如下：

1. 核心組件：塊組

   • 定義：塊組是Ext4文件系統的核心組件，通過聚集文件數據降低尋道時間，提升性能。
   • 功能：包含超級塊、描述符表、數據塊等，實現數據的高效存儲和管理。

2. 超級塊

   • 作用：文件系統的「中央指揮部」，存儲重要信息，如文件系統大小、塊大小、冗餘備份策略等。
   • 備份：靈活塊組和元塊組中保留關鍵的SB和GDT備份，增強數據安全性。

3. Inodes

   • 定義：存儲文件元數據的結構，包括文件大小、許可權、所有者等。
   • 特殊Inodes：011號inode用於維護損壞鏈表、根目錄等關鍵功能。
   • 分配策略：通過鄰近存儲減少碎片，保持數據一致性和目錄結構清晰。

4. 文件類型與Inode表

   • 文件類型指示：採用1位指示文件類型，提升讀寫性能。
   • Inode表設計：通過計算塊組和索引高效查找文件元數據。
   • inode.i_blocks[]：不同類型文件有不同用途，如常規文件的索引、符號鏈接的存儲位置等。

5. Extent樹結構

   • 引入：從Ext2/Ext3到Ext4，引入extent樹結構減少元數據使用，支持大文件處理。
   • 功能：每個inode的根節點與數據塊通過extent樹緊密相連，確保數據准確性。

6. 目錄項與硬鏈接

   • 目錄項：映射字元串到inode，構成文件系統結構基礎。
   • 硬鏈接：提高文件訪問效率，但僅限於本文件系統內文件。

7. 目錄結構

   • 線性目錄與哈希樹目錄：提供不同查找策略，哈希樹目錄優化性能要求高的場景。
   • 擴展屬性EA：用於單獨數據塊的用戶許可權管理，豐富文件系統功能。

8. 數據持久性與一致性

   • 日誌系統：確保數據安全，通過描述符、數據塊和校驗和的管理實現。
   • 數據塊頭信息：與超級塊、描述數據塊共同構建復雜而強大的數據保護機制。

圖例解析： 塊組結構圖：展示塊組內部包含超級塊、描述符表、數據塊等的布局。 Inode結構圖：展示inode內部欄位的布局，如文件大小、許可權、所有者、指向數據塊的指針等。 Extent樹結構圖：展示extent樹如何連接inode與數據塊，以及如何通過extent節點管理大文件數據。 目錄項與哈希樹目錄圖：展示目錄項如何映射到inode，以及哈希樹目錄如何通過哈希查找優化目錄訪問速度。 日誌系統結構圖：展示日誌文件如何隱藏在單獨的塊組中，並通過描述符、數據塊和校驗和的管理確保數據安全性。

㈡ scandir之ext4文件系統返回的文件名默認不排序原因分析

ext4文件系統使用scandir返回的文件名默認不排序的原因主要是其內部採用了基於hash值的紅黑樹結構進行存儲。具體原因如下：

1. 紅黑樹結構：ext4文件系統在存儲文件名時，採用了基於hash值的紅黑樹結構。這種數據結構以hash值作為key值，用於高效地存儲和檢索文件信息。

2. hash值決定遍歷順序：在ext4文件系統中，文件名通過MD4演算法計算得到hash值，並存儲為fname節點，插入到紅黑樹中。由於遍歷過程是基於hash值的，因此返回的文件名順序並非按照名字本身的字母順序，而是按照hash值的大小順序。

3. 動態構建紅黑樹：當文件被打開時，ext4文件系統會動態構建紅黑樹。這個過程包括計算hash值、讀取文件信息到紅黑樹中，以及處理hash值沖突。這種動態構建的方式確保了文件名按照hash值順序返回，而不是按照名字排序。

綜上所述，ext4文件系統使用scandir返回的文件名默認不排序，是因為其內部採用了基於hash值的紅黑樹結構進行存儲和檢索，這種結構以hash值作為遍歷的基準，而非文件名本身的字母順序。