lwext4文件系统分析

㈠ 系统性学习Ext4文件系统（图例解析）

系统性学习Ext4文件系统的要点如下：

1. 核心组件：块组

   • 定义：块组是Ext4文件系统的核心组件，通过聚集文件数据降低寻道时间，提升性能。
   • 功能：包含超级块、描述符表、数据块等，实现数据的高效存储和管理。

2. 超级块

   • 作用：文件系统的“中央指挥部”，存储重要信息，如文件系统大小、块大小、冗余备份策略等。
   • 备份：灵活块组和元块组中保留关键的SB和GDT备份，增强数据安全性。

3. Inodes

   • 定义：存储文件元数据的结构，包括文件大小、权限、所有者等。
   • 特殊Inodes：011号inode用于维护损坏链表、根目录等关键功能。
   • 分配策略：通过邻近存储减少碎片，保持数据一致性和目录结构清晰。

4. 文件类型与Inode表

   • 文件类型指示：采用1位指示文件类型，提升读写性能。
   • Inode表设计：通过计算块组和索引高效查找文件元数据。
   • inode.i_blocks[]：不同类型文件有不同用途，如常规文件的索引、符号链接的存储位置等。

5. Extent树结构

   • 引入：从Ext2/Ext3到Ext4，引入extent树结构减少元数据使用，支持大文件处理。
   • 功能：每个inode的根节点与数据块通过extent树紧密相连，确保数据准确性。

6. 目录项与硬链接

   • 目录项：映射字符串到inode，构成文件系统结构基础。
   • 硬链接：提高文件访问效率，但仅限于本文件系统内文件。

7. 目录结构

   • 线性目录与哈希树目录：提供不同查找策略，哈希树目录优化性能要求高的场景。
   • 扩展属性EA：用于单独数据块的用户权限管理，丰富文件系统功能。

8. 数据持久性与一致性

   • 日志系统：确保数据安全，通过描述符、数据块和校验和的管理实现。
   • 数据块头信息：与超级块、描述数据块共同构建复杂而强大的数据保护机制。

图例解析： 块组结构图：展示块组内部包含超级块、描述符表、数据块等的布局。 Inode结构图：展示inode内部字段的布局，如文件大小、权限、所有者、指向数据块的指针等。 Extent树结构图：展示extent树如何连接inode与数据块，以及如何通过extent节点管理大文件数据。 目录项与哈希树目录图：展示目录项如何映射到inode，以及哈希树目录如何通过哈希查找优化目录访问速度。 日志系统结构图：展示日志文件如何隐藏在单独的块组中，并通过描述符、数据块和校验和的管理确保数据安全性。

㈡ scandir之ext4文件系统返回的文件名默认不排序原因分析

ext4文件系统使用scandir返回的文件名默认不排序的原因主要是其内部采用了基于hash值的红黑树结构进行存储。具体原因如下：

1. 红黑树结构：ext4文件系统在存储文件名时，采用了基于hash值的红黑树结构。这种数据结构以hash值作为key值，用于高效地存储和检索文件信息。

2. hash值决定遍历顺序：在ext4文件系统中，文件名通过MD4算法计算得到hash值，并存储为fname节点，插入到红黑树中。由于遍历过程是基于hash值的，因此返回的文件名顺序并非按照名字本身的字母顺序，而是按照hash值的大小顺序。

3. 动态构建红黑树：当文件被打开时，ext4文件系统会动态构建红黑树。这个过程包括计算hash值、读取文件信息到红黑树中，以及处理hash值冲突。这种动态构建的方式确保了文件名按照hash值顺序返回，而不是按照名字排序。

综上所述，ext4文件系统使用scandir返回的文件名默认不排序，是因为其内部采用了基于hash值的红黑树结构进行存储和检索，这种结构以hash值作为遍历的基准，而非文件名本身的字母顺序。