Linux（13）——Ext系列⽂件系统

磁盘物理结构

磁盘由多个盘片组成，每个盘片分为多个同心圆的磁道，磁道又被划分为扇区。盘片两面有磁头进行读写操作。现代磁盘通常采用扇区大小512字节或4KB，物理结构影响数据存取效率。

CHS与LBA地址

**CHS（柱面-磁头-扇区）**是传统磁盘寻址方式，通过三维坐标定位数据：

• 柱面（Cylinder）：所有盘片的同一磁道组成的柱面
• 磁头（Head）：选择具体盘面
• 扇区（Sector）：指定具体扇区位置

**LBA（逻辑块地址）**是现代磁盘采用的线性寻址方式，将整个磁盘空间按顺序编号。转换公式：

LBA = (C × H + H) × S + (S - 1)

操作系统通常使用LBA，磁盘控制器自动转换为CHS。

Ext系列文件系统原理

Ext（Extended File System）是Linux主流文件系统，关键结构：

• 超级块（Superblock）：记录文件系统整体信息（如inode总数、块大小）
• inode表：存储文件元数据（权限、大小、数据块指针）
• 数据块：实际存储文件内容

Ext4改进特性：

• 支持更大的文件和分区（1EB文件，16TB分区）
• 引入Extent取代块映射，提升大文件性能
• 日志功能减少fsck时间

// inode结构示例（简化）
struct ext4_inode {
    __le16 i_mode;     // 文件类型和权限
    __le64 i_size;     // 文件大小
    __le32 i_block[15];// 数据块指针数组
};

分区与格式化

分区将物理磁盘划分为逻辑单元，常见工具：

• fdisk：MBR分区表（最大2TB）
• gdisk：GPT分区表（支持更大容量）

格式化创建文件系统：

mkfs.ext4 /dev/sda1  # 创建ext4文件系统

参数可指定块大小（如-b 4096）、inode数量等。

路径解析与挂载

路径解析流程：

1. 从根目录inode（通常为2）开始查找
2. 逐级匹配目录项（dentry）中的文件名与inode编号
3. 最终定位目标文件inode

挂载将文件系统接入目录树：

mount /dev/sdb1 /mnt/data  # 将分区挂载到/mnt/data

内核维护挂载点信息，通过/proc/mounts可查看。

软硬连接

硬连接：

• 直接指向文件inode，与原始文件等价
• 不能跨文件系统，目录不可用
• ln source.txt hardlink创建

软连接（符号链接）：

• 独立文件存储目标路径
• 可跨文件系统，指向目录
• ln -s source.txt symlink创建

关键区别：

特性	硬连接	软连接
inode	相同	不同
跨文件系统	不可	可
原始文件删除	仍有效	失效

通过ls -i可查看inode编号验证连接类型。