Linux文件系统结构分析
Linux文件系统结构分析
摘要：阐述了Linux系统的文件结构类型,指出了EXT2是在Linux系统中最为常用的文件系统。分析了EXT2文件系统的磁盘布局、索引结点及目录结构,研究了EXT2系统实现按名存取的方法,文件读取速度更高效。
关键词:EXT2文件系统;索引结点;混合索引;文件目录
Abstract：Describe the type of the file structure of Linux systems,pointing out EXT2is most commonly used in Linux file system.Analysis of the disk layout,index nodes and EXT2file system directory structure.Study about the method to achieve access to the file by name in EXT2 system which make the file read more speed and efficient.
Key words:EXT2file system,index node,mixed index,file directory
引言
Linux系统的一个重要的特征就是支持多种不同的文件系统,如:EXT、FAT、EXT2、EXT3、SYSV等。目前,Linux主要使用的文件系统是EXT2和EXT3文件系统,也是Linux用户最常用的文件系统。
Linux最早的文件系统是Minix，但是专门为Linux设计的文件系统——扩展文件系统第二版或EXT2被设计出来并添加到Linux中，这对Linux产生了重大影响。EXT2文件系统功能强大、易扩充、性能上进行了全面优化，也是所有Linux发布和安装的标准文件系统类型。
每个实际文件系统从操作系统和系统服务中分离出来，它们之间通过一个接口层：虚拟文件系统或VFS来通讯。VFS使得Linux可以支持多个不同的文件系统，每个表示一个VFS的通用接口。由于软件将Linux文件系统的所有细节进行了转换,所以Linux核心的其它部分及系统中运行的程序将看到统一的文件系统。Linux的虚拟文件系统允许用户同时能透明地安装许多不同的文件系统。
在Linux文件系统中，作为一种特殊类型/proc文件系统只存在内存当中，而不占用外存空间。它以文件系统的方式为访问系统内核数据的操作提供接口。/proc文件系统是一个伪文件系统，用户和应用程序可以通过/proc得到系统的信息，并可以改变内核的某些参数。各种Linux的系统发布都将EXT2作为操作
系统的基础。EXT2文件系统支持标准UNIX文件类型:普通文件、目录文件、特别文件和符号链接。
1.EXT2磁盘布局
EXT2和其他逻辑块文件一样,由逻辑块序列组成,根据用途划分,这些逻辑块通常有:引导块、超级块、inode区及数据区等。
EXT2将其所占的逻辑分区划分为块组,由一个引导块和其他块组组成,每个块组又由超级块、组描述符表、块位图、索引节点位图、索引节点表、数据区构成,如图1所示。
图1EXT2磁盘布局在逻辑空间的映像
每个块中保存的这些信息是有关EXT2文件系统的备份信息。当某个块组的超级块或inode受损时,这些信息可以用来恢复文件系统。
2.EXT2索引结点
EXT2文件系统中的数据是以数据块的方式存储在文件中的。这些数据块的大小相同,其大小在EXT2创建时设定。磁盘上存储文件的基本单位是簇。一个簇也称为一个磁盘块,它通常是2n个磁盘扇区大小。
EXT2文件系统用一个inode数据结构描述系统中的每一个文件,定义系统的拓扑结构。一个inode描述了一个文件中的数据占用了哪些块以及文件的访问权限、文件的修改时间和文件的类型。EXT2文件系统中的每一个文件都用一个inode 描述,而每一个inode都用一个独一无二的数字标识。文件系统的inode都放在一起,在inode索引表中。
EXT2块组中组描述符中的项称为组描述符,用于描述某个块组的整体信息。每个块组都有一个相应的组描述符来描述它,所有的组描述符形成一个组描述符表,并在使用时被调入块高速缓存。
EXT2中每个块组有两个位示图块,一个用于表示数据块的使用情况,叫数据块位图;另一个用于表示索引结点的使用情况,叫索引结点位图。位图中的每一位表示该组中一个数据块或一个索引块的使用情况,用0表示空闲,用1表示已分配。
在Linux的EXT2文件系统中,索引结点inode分为两类,即磁盘索引结点和内存索引结点,通常也分别叫做EXT2inode和VFS inode。
(1)磁盘索引节点
磁盘索引节点是指存放在磁盘上的索引节点。每个文件有唯一的一个磁盘索引节点,它主要包括以下内容:
文件所有者标识号:指拥有该文件的文件主或同组的标识符。
文件类型:指明文件是普通文件、目录文件还是特别文件等类型。
文件物理地址:指出数据文件所在的物理块号。如在Linux系统中,通过15个地址项来表明文件所在的物理块号。
文件存取权限:用户对文件的操作类型,如读、修改、执行等。
文件大小:文件所占有的字节个数。
文件连接计数:指明系统中共享该文件的进程个数。
文件存取时间:指出该文件最近被进程存取的时间、最近被修改的时间及索引节点最近被修改的时间等。
(2)内存索引节点
内存索引节点是指存放在内存的索引节点。当文件打开时,要将磁盘索引节点复制到内存索引节点中,便于以后使用。内存索引节点包括以下内容:
索引节点编号:标识内存索引节点。
索引节点状态:指示该节点是否已被修改或已被上锁。
访问计数:当进程访问该节点时,访问计数加1,访问完再减1。
链接指针:指向空闲链表和散列队列的指针。
逻辑设备名:含有该文件的文件系统的逻辑设备名。
3.文件的目录结构
Linux文件系统采用带链接的树形目录结构，即只有一个根目录（通常用“/”表示），其中含有下级子目录或文件的信息；子目录中又可含有更下级的子目录或者文件的信息。这样一层一层地延伸下去，构成一棵倒置的树，如图2所示。
图2：linux树形目录结构
目录树中，根节点和中间节点（用圆圈表示）都必须是目录，而普通文件和特别文件只能作为“叶子”出现。当然，目录也可以作为叶子。
Linux系统的目录结构采用了将文件名与文件描述信息分开的方法。文件目录由文件名和该文件的索引节点号构成,一个目录项共占16B。其中,文件名占14个字节,索引节点号(或索引节点指针)占2个字节。因此,1KB的盘块中可以存放64(1K/16)个目录项,这样就节省了系统查找及访问文件的时间。在一个共有640个FCB的文件目录中查找一个文件时，平均只需启动磁盘5次，因此大大减少了系统开销。如表1所示为一个文件目录的实例。
表1Linux系统的文件目录
一个文件的磁盘索引节点占64个字节,主要包括文件标识符、文件存取权限、文
件物理地址、文件长度、文件连接系数、文件存取时间等一些文件的重要信息。
4.文件的物理结构
Linux系统文件的物理结构采用混合索引方式,对分配给文件的磁盘块进行管理。在Linux文件系统的索引节点中存在一项i.addr[14],用于存放该文件的磁盘块号。如图3所示为Linux系统的混合索引文件结构。
图3Linux的混合索引文件结构
(1)直接寻址。i.addr[0]—i.addr[9]这10项用于直接存放该文件所占用的磁盘块号,文件的前10个磁盘块号依次放入其中。如果磁盘块的大小为1KB,则当文件长度不大于10K时,操作系统可采用直接索引文件的方式对文件进行访问,直接从索引节点中找出该文件所在的磁盘块号,访问速度较快。
(2)一次间接寻址方式。i.addr[10]项中存放的磁盘块号所指向的磁盘块再用来存放下一级的磁盘块号。假设一个磁块大小为1KB,每个磁盘块号占4个字节,则一个磁盘块可存放256个(1KB/4B)磁盘块号。这样,通过一次间接寻址,i.addr[10]项就引出了256个磁盘块号,所以,这一级可支持的文件长度为256K。
(3)二次间接寻址方式。i.addr[11]存放的磁盘块号采用两级索引的方式,如果沿用以上的假设,则该项可引出2562个磁盘块,可支持的文件长度为2562K。
(4)三次间接寻址方式。i.addr[12]存放的磁盘块号采用三级索引的方式,如果仍沿用以上的假设,则该项可引出2563个磁盘块,可支持的文件长度为2563K。
由以上分析可以看出,UNIX系统对于长度较小的文件具有较快的读写速度,同时又具有支持大文件的功能。
Linux系统文件实现了按名查找。通过文件名访问文件的过程如下:通过文件名查找文件目录,找到该文件的索引结点号;通过索引结点号查找索引节点区,找到该文件的索引点;根据索引结点中提供a.ad-dr,找到该文件在磁盘的相应的块号序列;根据块号,找到文件内容。
FAT文件系统与NTFS文件系统目录的比较:FAT文件系统直接以文件控制块作为文件目录,这样文件系统目录相应较大,查询速度较慢。以索引结点作为文件目录,对于一些小的文件系统是可以的,但是对较大型的文件系统就不适用了。Linux系统的文件目录为:文件名、索引结点号。这使得Linux系统的文件目录更小,查询速度更快。
5.与windows的比较
a)相同点
Linux和Windows都支持多种文件系统。文件资源可以通过NetBIOS、FTP 或者其他协议与其他客户机共享。可以很灵活地对各个独立的文件系统进行组织，由管理员来决定它们在何处可以以何种方式被访问。
两种操作系统都支持各种物理设备端口，比如并口、串口和USB接口。支持各种控制器，比如IDE和SCSI控制器。Linux还支持很多“刚刚上市”的标准硬件。
Linux和Windows都支持多种网络协议，比如TCP/IP、NetBIOS和IPX。都支持多种类型的网络适配器。都具备通过网络共享资源的能力，比如共享文件和打印。都可以提供网络服务能力，比如DHCP和DNS。
Linux和Windows都提供服务。所谓服务，指的是那些在后台运行的应用程序，可以为系统和远程调用该服务的计算机提供一些功能。在系统引导的时候可以单独控制并自动启动这些程序。(注意：Linux中沿用了Unix的习惯，称这种应用程序为daemon)
b)区别
Linux的设计定位于网络操作系统。它的设计灵感来自于Unix操作系统，因此它的命令的设计比较简单，或者说是比较简洁。由于纯文本可以非常好地跨网络工作，所以Linux配置文件和数据都以文本为基础。对那些熟悉图形环境的人来说，Linux服务器初看可能比较原始。但是Linux开发更多关注的是它的内在功能而不是表面上的东西。即使是在纯文本的环境中，Linux同样拥有非常先进的网络、脚本和安全能力。执行一些任务所需的某些表面上看起来比较奇怪的步骤是令人费解的，除非您认识到Linux是期望在网络上与其他Linux系统协同执行这些任务。Linux的自动执行能力也很强，只需要设计批处理文件就可以让系统自动完成非常详细的任务。Linux的这种能力来自于其基于文本的本质。
Linux文件系统作为开端，只有一个单独的顶级目录结构。所有一切都从'根'开始，用'/'代表,并且延伸到子目录。DOS/Windows有不同的分区，同时目录都存于分区上。linux则通过'加载'的方式把所有分区都放置在'根'下制定的目录里。一句话总结：Windows下，目录结构属于分区；Linux下，分区'加载'于目录结构。在Windows下,启动时检测不同的分区并被赋予一个分区字母。在Linux下除非你加载一个分区或设备,否则系统不会知道那个分区的存在。这看上去也许不是访问分区或设备的最方便的方式，但是这种方式提供了机动性。
这种构建的方式被称为统一的文件系统，超越了Windows所使用的方式。举个使用/usr的例子。这个目录包含了大多数的系统可执行文件。在Linux文件系统下，你可以选择把它加载为其他分区甚至网络上的其他计算机。系统不会感知其中的不同，因为它表现出的只是本地目录结构下众多的目录中的一个而已。你是否有妄图在Windows下移动可执行文件和数据，而得到的是不得不去修改注册表或干脆蓝屏？你可曾奢望过移动C:到其他分区上？
6.结束语
由于Linux系统的EXT2文件系统采用了合理巧妙的文件系统结构,以及目录结构,使得该文件系统多项性能得到优化。采用EXT2系统,能够大大改善磁盘I/O 速度,提高I/O组织的灵活性及编程效率。因此,EXT2文件系统为开发嵌入式系统及实时应用系统提供了广泛的基础和手段。
参考文献:
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(完整版)linux文件系统管理-权限管理实验4报告
实验报告 课程Linux系统应用与开发教程实验名称linux文件系统管理-权限管理（高级设置） 一、实验目的 1、掌握Linux文件系统权限的设置 2、掌握linux用户帐号与组管理 3、掌握linux 文件共享的设置方法 4、掌握linux 文件共享的权限设置方法 二、实验内容 1、使用root帐号通过系统提供的6个虚拟控制台登陆到linux，或在x-windows开启一个终端。 2、完成以下的实验内容 (1)、假设你是系统管理员：现要在公司linux服务器系统中新增一些用户与一个用户组。 ?使用groupadd account 添加一个名为account的组 ?使用useradd -G account acc-user1，(该命令将添加一个用户名为acc-user1的用户, 同时会建立一个与用户名同名的私有组（该私有组为用户的默认组，这个组中只有一个用户名），并把该用户将加入account的标准组，同时，按同样的方法建立acc-user2、acc-user3、acc-user4。 ?建立用户后，请使用x-window中的用户与组管理工具查看用户与组建立情况，检查用户与组的归属情况。 (2)、开启多个控制台，分别使用acc-user1、acc-user2、acc-user3登陆系统（可以在控制台分别登陆，也可以在X-windows中多开几个终端程序，默认使用root登陆，然后使用su命令通过切换用户的方式登陆，其语法为“su - user-name”，提示可以在登陆成功后运行命令“id”查看当前登陆的用户属于哪些组，当前的默认组是什么？） (3)、为account组建立一个公共共享目录/home/account-share，满足以下的权限设定要求，以及设置何种的umask： ?该目录的拥有者为acc-user1，所属组为account。 ?在该目录下建立一个/home/account-share/full-share的子目录，修改该目录的权限，使得account组的成员均能在对该目录有完全控制权限，account组外的其他用户没有任何权限，即account组的成员都可以在该目录下建立文件，同时在该子目录full-share下建立的文件，只有文件建立者有权限删除，并且每个用户在该子目录full-share下建立的文件也能自动与该account组成员可读共享。 ?在/home/account-share/为每个用户建立一个与用户名同名的子目录(如/home/account-share/acc-user1为用户acc-user1的目录，其拥有者为acc-user1，所在的组为account)，配置该子目录的拥有者有完全控制权限，而同组用户只能读取，同时在用户在该目录下建立的文件，可供同组用户读。 (4)、考虑完成以上的共享目录权限设置，应注意哪些设置。包括目录的权限，目录的拥有者，目录所在的组，具体文件的权限，umask设置等。 (5)、实验报告应体现出使用不同身份的用户对所配置目录的访问测试过程。 三、实验环境 安装有vmware或visual pc软件的window主机，系统中有提供turbolinux或redhat的硬盘
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实验5 文件系统：Linux文件管理 1．实验目的 （1）掌握Linux提供的文件系统调用的使用方法； （2）熟悉文件和目录操作的系统调用用户接口； （3）了解操作系统文件系统的工作原理和工作方式。 2．实验内容 （1）利用Linux有关系统调用函数编写一个文件工具filetools，要求具有下列功能：*********** 0. 退出 1. 创建新文件 2. 写文件 3. 读文件 4. 复制文件 5. 修改文件权限 6. 查看文件权限 7. 创建子目录 8. 删除子目录 9. 改变当前目录到指定目录 10. 链接操作 *********** 代码： #include
menu(); scanf("%d",&choose); while(choose!=0) { switch(choose) { case 1:openfile();break; case 2:writefile();break; case 3:readfile();break; case 4:copyfile();break; case 5:chmd();break; case 6:ckqx();break; case 7:cjml();break; case 8:scml();break; case 9:ggml();break; case 10:ylj();break; } menu(); scanf("%d",&choose); } return 0; } void menu(void) { printf("文件系统\n"); printf("1.创建新文件\n"); printf("2.写文件\n"); printf("3.读文件\n"); printf("4.复制文件\n"); printf("5.修改文件权限\n"); printf("6.查看文件权限\n"); printf("7.创建子目录\n"); printf("8.删除子目录\n"); printf("9.改变目前目录到指定目录\n"); printf("10.链接操作\n"); printf("0.退出\n"); printf("请输入您的选择...\n"); } void openfile(void) { int fd; if((fd=open("/tmp/hello.c",O_CREAT|O_TRUNC|O_RDWR,0666))<0) perror("open");
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【单元测验】Linux文件系统与磁盘管理(2) 回顾第 1 次试答 结束回顾 开始时间2012年03月 22日星期四 08:18 完成于2012年03月 22日星期四 08:23 耗时 5 分钟 1 秒 分数6/16 成绩37.5超出最大限度 100(38%) 反馈要加油啰 Question 1 分数: 1 以下命令返回的结果是什么？ln file1 file2 选择一个答案 A. file2将成为file1的符号链接 B. 命令格式错误，需要使用参数 C. 无论file1的尺度是多少，file2将固定为5字节 D. file1和file2有相同的索引节点 链接文件分为硬链接(不加参数)和符号链接(加-s参数) 硬链接内容和原文件保持同步，他们具有相同的索引节点信息（磁盘的具体物理位置），移动、删除或修改他们中的任何一个都不影响通过另一个访问该文件 符号链接只是快捷方式，原文件删除，将导致该符号链接失效 正确 这次提交的分数：1/1。 Question 2 分数: 1 以下哪个命令可将file1复制给file2？ 选择一个答案 A. cat file1 > file2 B. copy file1 file2 C. cat file1 file2> file1 D. cp file | file2
cp命令可以复制文件，格式为 cp 源文件目标文件，无需加管道符号“|” cat本来是输出文件内容到屏幕，加了“>”重定向符号后也可以将文件内容重定向输出指定文件中，这样就可以实现复制文件的目的 正确 这次提交的分数：1/1。 Question 3 分数: 1 如果newdir/file2文件不存在，但是目录newdir已存在，mv file1 newdir/file2命令将有什么结果？ 选择一个答案 A. file1将被复制到newdir并命名为file2 B. 将报错，因为以上不是有效的命令 C. file1将被移动到newdir并重命名为file2 D. file1将被删除 mv可以更名也可以移动，具体看命令参数 mv 文件1 文件2——将文件1更名为文件2 mv 目录1 目录2——将目录1更名为目录2 mv 文件1 目录2——将文件1移动到目录2 mv 文件1 目录1/文件2——将文件1移动到目录1，并更名为文件2 正确 这次提交的分数：1/1。 Question 4 分数: 1 如何从文件中查找显示所有以“#”打头的行？ 选择一个答案 A. grep -n "#" file B. find "\#" file C. grep -v "#" file D. wc -l "#" find查找的对象和结果都是文件 grep查找的对象和结果是输出结果中的行 -c 显示符合条件的行数 -i查找时不区分大小写 -n显示行号
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Linux 0.1.1文件系统的源码阅读
Linux 0.11文件系统的源码阅读总结 1.minix文件系统 对于linux 0.11内核的文件系统的开发，Linus主要参考了Andrew S.Tanenbaum 所写的《MINIX操作系统设计与实现》，使用的是其中的1.0版本的MINIX文件系统。而高速缓冲区的工作原理参见M.J.Bach的《UNIX操作系统设计》第三章内容。 通过对源代码的分析，我们可以将minix文件系统分为四个部分，如下如1-1。 ●高速缓冲区的管理程序。主要实现了对硬盘等块设备进行数据高速存取的函数。 ●文件系统的底层通用函数。包括文件索引节点的管理、磁盘数据块的分配和释放 以及文件名与i节点的转换算法。 ●有关对文件中的数据进行读写操作的函数。包括字符设备、块设备、管道、常规 文件的读写操作，由read_write.c函数进行总调度。 ●涉及到文件的系统调用接口的实现，这里主要涉及文件的打开、关闭、创建以及 文件目录等系统调用，分布在namei和inode等文件中。 图1-1 文件系统四部分之间关系图
1.1超级块 首先我们了解一下MINIX文件系统的组成，主要包括六部分。对于一个360K软盘，其各部分的分布如下图1-2所示： 图 1-2 建有MINIX文件系统的一个360K软盘中文件系统各部分的布局示意图 注释1：硬盘的一个扇区是512B，而文件系统的数据块正好是两个扇区。 注释2：引导块是计算机自动加电启动时可由ROM BIOS自动读入得执行代码和数据。 注释3：逻辑块一般是数据块的2幂次方倍数。MINIX文件系统的逻辑块和数据块同等大小 对于硬盘块设备，通常会划分几个分区，每个分区所存放的不同的文件系统。硬盘的第一个扇区是主引导扇区，其中存放着硬盘引导程序和分区表信息。分区表中得信息指明了硬盘上每个分区的类型、在硬盘中其实位置参数和结束位置参数以及占用的扇区总数。其结构如下图1-3所示。 图1-3 硬盘设备上的分区和文件系统 对于可以建立不同的多个文件系统的硬盘设备来说，minix文件系统引入超级块进行管理硬盘的文件系统结构信息。其结构如下图1-4所示。其中，s_ninodes表示设备上得i节点总数，s_nzones表示设备上的逻辑块为单位的总逻辑块数。s_imap_blocks 和s_zmap_blocks分别表示i节点位图和逻辑块位图所占用的磁盘块数。 s_firstdatazone表示设备上数据区开始处占用的第一个逻辑块块号。s_log_zone_size 是使用2为底的对数表示的每个逻辑块包含的磁盘块数。对于MINIX1.0文件系统该值为0，因此其逻辑块的大小就等于磁盘块大小。s_magic是文件系统魔幻数，用以指明文件系统的类型。对于MINIX1.0文件系统，它的魔幻数是0x137f。
结构化需求分析方法
结构化分析（SA）方法 结构化开发方法(Structured Developing Method)是现有的软件开发方法中最成熟，应用最广泛的方法，主要特点是快速、自然和方便。结构化开发方法由结构化分析方法(SA法)、结构化设计方法(SD 法)及结构化程序设计方法(SP 法)构成的。 结构化分析(Structured Analysis，简称SA 法)方法是面向数据流的需求分析方法，是70 年代末由Yourdon,Constaintine 及DeMarco 等人提出和发展，并得到广泛的应用。它适合于分析大型的数据处理系统，特别是企事业管理系统。 SA 法也是一种建模的活动，主要是根据软件内部的数据传递、变换关系，自顶向下逐层分解，描绘出满足功能要求的软件模型。 1 SA 法概述 1.SA 法的基本思想 结构化分析(Structured Analysis，简称SA 法)是面向数据流的需求分析方法，是70年代由Yourdon,Constaintine 及DeMarco 等人提出和发展，并得到广泛的应用。 结构化分析方法的基本思想是“分解”和“抽象”。
分解：是指对于一个复杂的系统，为了将复杂性降低到可以掌握的程度，可以把大问题分解成若干小问题，然后分别解决。 图4 是自顶向下逐层分解的示意图。顶层抽象地描述了整个系统，底层具体地画出了系统的每一个细节，而中间层是从抽象到具体的逐层过渡。 抽象：分解可以分层进行，即先考虑问题最本质的属性，暂把细节略去，以后再逐层添加细节，直至涉及到最详细的内容，这种用最本质的属性表示一个自系统的方法就是“抽象”。 2.SA 法的步骤 ⑴建立当前系统的“具体模型”; 系统的“具体模型”就是现实环境的忠实写照，即将当前系统用DFD 图描述出来。这样的表达与当前系统完全对应，因此用户容易理解。 ⑵抽象出当前系统的逻辑模型;
文件系统结构分析
文件系统结构分析 1嵌入式文件系统 1.1嵌入式文件系统体系结构 在嵌入式系统中，文件系统是嵌入式系统的一个组成模块，它是作为系统的一个 可加载选项提供给用户，由用户决定是否需要加载它。同时，它还需要满足结构紧 凑、代码量小、支持多种存储设备、可伸缩、可剪裁、可移植等特点。基于上面的要 求，嵌入式文件系统在设计和实现时就要把它作为一个独立的模块来整体考虑。特别 是对文件系统内部资源的管理要做到独立性。 由于嵌入式文件系统是作为嵌入式系统的一个可选加载项提供给用户的，当 用户针对其应用的特殊要求对嵌入式系统进行配置时没有选择加载文件系统，但 是用户还是需要使用到系统I/O。由于这种情况的出现就决定了嵌入式系统中的文件 系统不再具有I/O设备的管理功能。系统I/O的管理和使用接口的提供将由 I/O管理 模块完成，文件系统作为一个独立的自包含模块存在。 基于以上考虑，嵌入式文件系统的体系结构如图1所示。 1卩 硬件 图1嵌入式文件系统体系结构 在嵌入式文件系统的最上层是文件系统 API。文件系统的一切功能都是通过这一层提供给用户的。同时，在整个文件系统中也只有这一层对用户是可见的。 在这一层中所提供的所有功能接口都将严格的遵循 POSIX标准。 文件系统核心层是实现文件系统主要功能的模块。在这一层中，文件系统要把
用户的功能操作转化成对文件系统的抽象对象的操作。这些操作将通过下面的功能模块最终落实到物理介质上面。如果文件系统需要支持多种具体的文件系统格式的话，这一层还可以进一步细分成虚拟文件系统和逻辑文件系统。 块高速缓存的存在是为了提高文件系统的性能。在这一层中缓存着以前访问过的块设备数据。文件系统通过一定的算法来高效的管理这些数据，以提高缓冲的性能。同时，它的存在使下层的数据操作对上层的文件操作透明，提高了文件系统的模块性。 1.2 嵌入式文件系统体系的功能与特点 文件系统是操作系统的重要组成部分，用于控制对存储设备的存取。它提供对文件和目录的分层组织形式、数据缓冲（对于实时系统，允许绕过缓冲）以及对文件存取权限的控制。 嵌入式系统所使用的文件系统除了要提供通用文件系统的功能外，还由于嵌入式操作系统的特殊性而具有其自身的一些特点。嵌入式文件系统的设计应该满足如下目标： 1.实现按名存取。和桌面操作系统类似，用户对文件的操作是通过其“文件名”来完成的。因此，用户只需知道待操作文件的文件名，就可以方便的访问数据，而不必关心文件在物理设备上是如何存放的，以及如何对文件的打开、关闭操作进行处理等细节。所有与文件相关的管理工作都由文件系统组件隐式完成。 2.与实时系统相适应。嵌入式应用大多数都具有实时性需求。实时系统不仅 要求计算结果地准确无误，而且要求特定的指令要在限定的时间内完成，这就对文件系统提出了很高的要求。在通用操作系统中，往往采取分页和虚拟存储器管理的机制来满足规定的指令时间。然而嵌入式实时操作系统一般都不具有虚拟存储器管理机制，且各种外部设备的性能差异较大，控制文件系统的实时性变得非常困难。为了尽可能提高文件系统的实时性，除了选取高速存储介质作为嵌入式系统的外设外，还应该根据设备的特点设置一定大小的高速缓冲，以提高数据存取的相应速度。 3.支持多任务环境。面对日益复杂的计算环境，应用常常采取“分而治之” 的方法，将解决方案划分为多个任务，每个任务完成相对单一的功能。实时操作系统的设计目标之一就是对多任务的支持。从应用的层面上看，多任务可以对文件进行并发读操作，在实时内核进程间同步与通信机制支持下进行写操作。此外，文件系统内部实现也应该具备较好的可重入性，即利用同步机制对全局数据结构 进行必要的保护。 4.支持多种逻辑文件系统标准。随着操作系统技术的发展，出现了多种成熟的桌面文件系统标准，如 Windows下的FAT系列，Linux中的ext系列等。将这些成熟标
linux内核IMQ源码实现分析
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（2）及时处理数据包技术 QoS有个技术难点：将数据包入队，然后发送队列中合适的数据包，那么如何做到队列中的数
激活状态的队列是否能保证队列中的数据包被及时的发送吗？接下来看一下，激活状态的队列的 证了数据包会被及时的发送。 这是linux内核发送软中断的机制，IMQ就是利用了这个机制，不同点在于：正常的发送队列是将数据包发送给网卡驱动，而IMQ队列是将数据包发送给okfn函数。
linux总结
1软件通常分为系统软件、应用软件、支撑软件 2 操作系统是用户与计算机硬件之间的界面，它是控制、管理计算机系统内各种硬件和软件资源，有效的组织多道程序运行的系统软件。 3 Linux系统吧计算机系统中的硬件资源和软件资源有机地结合在一起，从而提供丰富的功能，包括：控制硬件、管理资源、提供用户接口，处理输入/输出、监视系统、通信。 4 Linux的优点：1与UNIX系统兼容 2自由软件和源码公开 3 性能高和安全性强 4 便于制定和再开发 5 互操作性高 5 Linux 有俩种版本：核心(Kernel)版本和发行(Distribution)版本 6 Linux核心版本根据约定，若版本号为奇数，则表示该版本加入新内容，但不一定稳定，为测试版本。若版本号为偶数，则表示这是一个可以使用的稳定版本 7 安装红旗Linux需要俩个必备的分区，即一个根文件系统分区（类型为ext3,ext2或reiserfs）和一个交换分区（类型为swap） 8 Linux操作系统支持以下文件类型：普通文件、目录文件、设备文件和符号链接文件。 9 设备文件除了在文件I节点中存放属性信息外，他们不包含任何属性信息外，它不包含任何数据，系统利用它们来标记各个设备驱动器 10 符号链接文件时一种特殊文件，提供对其他文件的参照 11 cp命令将源文件或目录复制到目标文件或目录中 12 rm命令删除文件或目录 13 mv命令对文件或目录重新命令，或者将文件从一个目录移到另一个目录中。 14 wc命令统计指定文件的字节数、字数、行数，并将统计结果显示出来 15 绝对路径名和相对路径名的联系与区别 联系：当为命令指定文件路径名是，要指定俩种路径中一种 区别：绝对路径名总是以斜线字符(/)开头 相对路径不能以斜线字符开头 16 硬链接：建立硬链接时，在别的目录或本目录中增加目标文件的一个目录项，这样的一个文件就登记在多个目录中 17 符号链接(软链接)是将一个路径名链接到一个文件，这些文件是一种特别类型的文件 18 软硬链接的区别：1软链接建立了一个新文件而硬链接没有建立新文件 2 软链接没有硬链接的限制，可以对目录文件建立软链接，也可以在不同文件系统之间建立软链接 19 chgrp命令改变文件或目录所属的用户组 20 chown命令改变某个文件或目录的所有者和所属的组 21 ps命令查看当前系统中运行的进程信息 22 kill命令用来终止一个进程的运行 23 vi编辑器三中工作方式：命令方式、插入方式、ex转义方式 24 退出vi的命令 :wq :ZZ :x :q! 四种 25 执行shell脚本的方式： 1 输入定向到shell脚本 2 以脚本名作为bash 参数 3 将shell脚本的权限设置为可执行 26 名称补全的方法是输入目录或文件名的开头部分，然后按Tab键 27 通配符用于模式匹配（四种 * ？ [字符组] ！） 27 由双引号括起来的字符除($ ‘ \)均作为普通字符对待
FAT32文件系统的存储组织结构
FAT32文件系统的存储组织结构（一） (2012-05-19 16:57) 标签: FAT32 文件系统分类：文件系统 对磁盘的物理结构，逻辑结构和存储结构有了比较深入的了解后，我们来仔细探讨FAT32文件系统的存储组织结构。说到文件系统的组织结构，我们应该马上意识到，这指的是文件系统在同一个分区内的组织结构，在这个话题上，我们完全可以不管分区之外的所有事情。 为了分析FAT32文件系统的存储组织结构，我们来建立一个实实在在的文件系统：将U盘插入电脑，将U盘格式化成FAT32分区格式： 以建好的U盘FAT32文件系统为基础，下面从文件系统的各个组成来分别加以介绍。 分区引导扇区DBR 用winhex打开U盘显示如下：
这是FAT32分区引导记录，定义如下： 偏移00H: 3字节的跳转指令 EB 58 90，跳过下面的BPB和扩展BPB部分 偏移03H:8字节的硬盘分区类型文本字符名：4D 53 44 4F 53 35 2E 30 即：MSDOS5.0 偏移0BH: 25字节的分区参数块(BPB)，细分如下： 偏移0BH：扇区字节数 00 02 即0X0200,512字节 偏移0DH：每簇扇区数 08即每簇包括8个扇区
偏移0EH：保留扇区数 24 00即保留36个扇区 偏移10H：FAT表份数 02即两个FAT表 偏移11H：未用 00 00 偏移13H：未用 00 00 偏移15H：介质类型 F8即本地硬盘 偏移16H：未用 00 00 偏移18H：每磁道扇区数 3F 00 即每磁道63扇区 偏移1AH：磁头数 FF 00即255个磁头 偏移1CH：隐藏扇区数 80 1F即8064个隐藏扇区 偏移20H：磁盘总扇区数 80 F0 77 00即总共7860352个扇区 （7860352*512=4024500224，因为我的U盘是4G） 偏移24H:52字节的扩展分区参数块(扩展BPB)，细分如下： 偏移24H：FAT表占用扇区数 EE 1D 00 00即FAT表占7662个扇区 偏移28H：未用 00 00 00 00 偏移2CH：根目录入口簇号 02 00 00 00即根目录从02号簇开始 偏移30H：文件系统信息扇区号 01 00即扇区1 偏移32H：备份引导扇区的位置 06 00即6号扇区(第7个扇区)，从WINHEX中我们也可以看到，6号扇区的内容和0号引导扇区内容是一样的 偏移34H：未用 00 00 00 00 00 00 00 00 00 00 00 00 偏移40H：物理磁盘号 00 偏移41H：未用 00 偏移42H：扩展引导标志 29即0X29 偏移43H：磁盘序列号F1 2A 27 04通常为一随机数 偏移47H：卷标ASCII 4E 4F 20 4E 41 4D 45 20 20 20 20 即NO NAME
Linux文件系统相关数据结构及相互间的关系案例分析
文件系统相关数据结构及相互间的关系 一．详细关系： 1.进程要访问文件，就要首先与文件系统中要访问的文件建立连接，在进程数据结构task_struct中，有两个指针fs和files，一个指向fs_struct数据结构，是关于文件系统的信息；另一个指向files_struct数据结构，是关于已打开文件的信息。 2.fs_struct数据结构中有dentry结构指针,dentry结构中有inode结构指针。Dentry结构所代表的是逻辑意义上的文件，记录的是其逻辑上的属性，而inode 结构所代表的是物理意义上的文件，记录的是物理上的属性。它们之间的关系是多对一的关系。Inode结构中定义union数据结构用于大致反应Linux内核目前所支持的各种文件系统。 2.1.dentry结构中有一个d_inode指针指向相应的inode结构，dentry结构代表的是逻辑意义上的文件，描述文件的逻辑属性，因此目录项在磁盘上并没有对应的映像；而inode结构代表的是物理意义上的文件，记录其物理属性，对与一个具体的文件系统，inode结构在磁盘上有对应的映像。由此可见，一个索引节点对象可能对应多个目录项对象。一个有效的dentry结构必定对应一个inode 结构，这是因为一个目录项要么代表一个文件，要么代表一个目录，而目录实际上也是文件。所以只要dentry结构是有效的，则其指针d_inode必定指向一个inode结构。反之则不成立，因为一个inode可以对应多个dentry结构，即一个文件可以有不止一个文件名或路径名。因为一个已经建立的文件可以被链接到其他文件名。所以inode结构中有一个i_dentry，凡是代表着同一个文件的所有目录项都通过其dentry结构体中的d_alias域挂入相应的inode结构体中的
Linux内核分析-网络[五]：网桥
看完了路由表，重新回到netif_receive_skb ()函数，在提交给上层协议处理前，会执行下面一句，这就是网桥的相关操作，也是这篇要讲解的容。 view plaincopy to clipboardprint? 1. s kb = handle_bridge(skb, &pt_prev, &ret, orig_dev); 网桥可以简单理解为交换机，以下图为例，一台linux机器可以看作网桥和路由的结合，网桥将物理上的两个局域网LAN1、LAN2当作一个局域网处理，路由连接了两个子网1.0和2.0。从eth0和eth1网卡收到的报文在Bridge模块中会被处理成是由Bridge收到的，因此Bridge也相当于一个虚拟网卡。 STP五种状态 DISABLED BLOCKING LISTENING LEARNING FORWARDING 创建新的网桥br_add_bridge [net\bridge\br_if.c] 当使用SIOCBRADDBR调用ioctl时，会创建新的网桥br_add_bridge。 首先是创建新的网桥： view plaincopy to clipboardprint?
1. d ev = new_bridge_dev(net, name); 然后设置dev->dev.type为br_type，而br_type是个全局变量，只初始化了一个名字变量 view plaincopy to clipboardprint? 1. S ET_NETDEV_DEVTYPE(dev, &br_type); 2. s tatic struct device_type br_type = { 3. .name = "bridge", 4. }; 然后注册新创建的设备dev，网桥就相当一个虚拟网卡设备，注册过的设备用ifconfig 就可查看到： view plaincopy to clipboardprint? 1. r et = register_netdevice(dev); 最后在sysfs文件系统中也创建相应项，便于查看和管理： view plaincopy to clipboardprint? 1. r et = br_sysfs_addbr(dev); 将端口加入网桥br_add_if() [net\bridge\br_if.c] 当使用SIOCBRADDIF调用ioctl时，会向网卡加入新的端口br_add_if。 创建新的net_bridge_port p，会从br->port_list中分配一个未用的port_no，p->br会指向br，p->state设为BR_STATE_DISABLED。这里的p实际代表的就是网卡设备。 view plaincopy to clipboardprint? 1. p = new_nbp(br, dev); 将新创建的p加入CAM表中，CAM表是用来记录mac地址与物理端口的对应关系；而刚刚创建了p，因此也要加入CAM表中，并且该表项应是local的[关系如下图]，可以看到，CAM表在实现中作为net_bridge的hash表，以addr作为hash值，链入 net_bridge_fdb_entry，再由它的dst指向net_bridge_port。
详细分析Linux文件系统格式优劣
?摘要：Linux支持多种文件系统，包括ext2、iso9660、jffs、ext3、vfat、ntfs、romfs和nfs等，为了对各类文件系统进行统一管理，Linux引入了虚拟文件系统VFS(Virtual File System) ?标签：文件系统 ?Linux由于其开源安全特性正在被多数企业所接受。Linux支持很多种文件系统，ext3、vfat、ntfs、romfs和nfs等，为了对各类文件系统进行统一管理，Linux引入了另一个文件系统VFS(Virtual File System)。下面我们就分析一下他的各种文件系统格式的特点 基于RAM的文件系统 (1)Ramdisk Ramdisk是将一部分固定大小的内存当作分区来使用。它并非一个实际的文件系统，而是一种将实际的文件系统装入内存的机制，并且可以作为根文件系统。将一些经常被访问而又不会更改的文件(如只读的根文件系统)通过Ramdisk放在内存中，可以明显地提高系统的性能。 在Linux的启动阶段，initrd提供了一套机制，可以将内核映像和根文件系统一起载入内存。 (2)ramfs/tmpfs Ramfs是LinusTorvalds开发的一种基于内存的文件系统，工作于虚拟文件系统(VFS)层，不能格式化，可以创建多个，在创建时可以指定其最大能使用的内存大小。(实际上，VFS 本质上可看成一种内存文件系统，它统一了文件在内核中的表示方式，并对磁盘文件系统进行缓冲。 Ramfs/tmpfs文件系统把所有的文件都放在RAM中，所以读/写操作发生在RAM中，可以用ramfs/tmpfs来存储一些临时性或经常要修改的数据，例如/tmp和/var目录，这样既避免了对Flash存储器的读写损耗，也提高了数据读写速度。 Ramfs/tmpfs相对于传统的Ramdisk的不同之处主要在于：不能格式化，文件系统大小可随所含文件内容大小变化。 Tmpfs的一个缺点是当系统重新引导时会丢失所有数据。 3.网络文件系统NFS(NetworkFileSystem) NFS是由Sun开发并发展起来的一项在不同机器、不同操作系统之间通过网络共享文件的技术。在嵌入式Linux系统的开发调试阶段，可以利用该技术在主机上建立基于NFS 的根文件系统，挂载到嵌入式设备，可以很方便地修改根文件系统的内容。 附录：NOR闪存与NAND闪存比较