Ext
全稱Linux extended file system, extfs，即Linux擴展文件系統，Ext2就代表第二代文件擴展系統，Ext3/Ext4以此類推，它們都是Ext2的升級版，只不過為了快速恢復文件系統，減少一致性檢查的時間，增加了日志功能，所以Ext2被稱為索引式文件系統，而Ext3/Ext4被稱為日志式文件系統。
備注：Linux支持很多文件系統，包括網絡文件系統(NFS)、Windows的Fat文件系統。
查看Linux支持的文件系統：ls -l /lib/modules/$(uname -r)/kernel/fs
查看Linux支持的文件系統(已載入到內存中)：cat /proc/filesystems
核心設計
數據存放區
這些元素相對穩定，磁盤格式化后，就固定下來了。
- inode(索引節點)
記錄文件的權限、屬性和數據所在塊block的號碼，每個文件都有且僅有一個的inode，每個inode都有自己的編號，可以把inode簡單地理解為文檔索引。
備注：在磁盤格式化后，inode的大小和數量都已經固定了，大小均為128Bytes(新的Ext4和xfs為258Bytes)。讀取文件時，先讀取inode里面記錄的文件屬性和權限，匹配正確后，才會讀取文件內容(block)。在Linux系統中，實際使用inode來識別文件，而不是文件名，類似於用戶標識和昵稱的設計。
- inode table
存儲文件系統的所有inode編號的表格 - block(數據區塊)
存儲的文件內容，也叫數據區塊(data block)，每個block都有自己的編號，Ext2支持的單位block容量僅為1k、2k、4k。
備注：為了方便inode的記錄，在磁盤格式化后，block的大小都已經固定了。每一個塊只能存放一個文件的數據，若文件太大，將占用多個block；若文件太小，block剩余空間就不能被使用了，就會導致磁盤空間浪費，所以在磁盤分區后，文件系統格式化前，請先仔細想想文件系統的預計使用情況。
查看文件或者文件系統的狀態
stat [options] [filename]
查看系統各個文件系統的inode使用情況
df -i
中介數據(metadata)
這些元素是為了維持文件系統狀態而設計出來的，當新增、編輯、刪除文檔時，都需要變更這些狀態信息。
- superblock(超級塊)
記錄文件系統(filesystem)的整體信息，包括inode/block的總量、使用量、剩余量、大小、以及文件系統的格式和相關信息。
備注：整個文件系統的基本信息全部記錄在superblock，它的大小一般為1024Bytes，如果它死掉，將會花費大量的時間去補救哦！！！
- block group(區塊群組)
試想一下，假如我們的磁盤容量高達數百G，當我們格式后，inode和block會非常龐大，為了便於管理，Ext文件系統在格式化時，引入了區塊群組(block group)的概念，每個區塊群組都保持獨立inode/block/superblock，擁有固定數量的block，這樣就分成了一群一群最基礎的子文件系統。
備注：superblock對於文件系統太重要了，但是文件系統的superblock又只有一個，所以除了第一個block group含有superblock外，后續block group都可能會含有備份的superblock，目的就是為了避免superblock單點無法救援的問題。
- block bitmap(區塊對照表)
一個block只能被一個文件使用，當我們新增文件時，肯定需要使用新的block來記錄文件數據。那么如何快速地知道，哪些block是新的？哪些block是已經使用了的？block bitmap就是這樣被設計出來，記錄所有使用和未使用的block號碼。同樣的，當我們刪除文件時，先從block bitmap中找到對應的block號碼，然后更新標志為未使用，最后釋放block。 - inode bitmap(inode 對照表)
和block bitmap一樣的設計理念，只不過它記錄地是已使用和未使用的inode號碼，這里就不再敖述了。 - group descriptor
描述每個區段(block group)開始和結束的block號碼，以及說明每個區段(inodemap、blockmap、inode table)分別介於哪些block號碼之間。
列出目前系統所有被格式化的設備：blkid
挑選一個已格式化好的設備，查看文件系統的詳細信息： dumpe2fs /dev/vda1
備注：通過上面的Magic簽名為0xEF53，說明我們的磁盤分區是一個標准的ext2和ext3文件系統。類似於通過文件開頭的Magic，可以判斷文件類型一樣。
示例說明
1. inode的作用
當用戶搜索或者訪問一個文件時，UNIX 系統通過 inode 表查找正確的 inode 編號。在找到 inode 編號之后，相關的命令才可以訪問該 inode ，並對其進行適當的更改。
示例
例如使用vi來編輯一個文件。當您鍵入vi<filename>時，在inode表中找到inode編號之后，才允許您打開該inode 。在 vi 的編輯會話期間，更改了該inode中的某些屬性，當您完成操作並鍵入 :wq 時，將關閉並釋放該 inode 。通過這種方式，如果兩個用戶試圖對同一個文件進行編輯， inode 已經在第一個編輯會話期間分配給了另一個用戶 ID (UID)，因此第二個編輯任務就必須等待，直到該 inode 釋放為止。
備注：大家可以參考百度百科。
2. block的重要性
通過上面的分析，我們知道block是文件數據存儲的原子單位，且每一個block只能存儲一個文件的數據。當格式化一個文件系統時，如果選擇不當，就會造成大量的磁盤空間浪費。
示例
假如文件系統選擇的block為4k，存儲10000個小文件，每個500bytes，請問此時浪費了多少磁盤空間容量？
每個文件浪費的磁盤容量 = 4096 - 500 = 3596bytes，10000個文件浪費的磁盤容量 = 10000 * 3596 ~=34M，實際文件容量 = 10000 * 500 ~=4.7M，沒有對比就沒有傷害啊，實際存儲容量不到5M，就浪費了34M，浪費率680%，而且文件越多浪費越嚴重。
備注：從原理上分析，只有當實際文件容量剛好等於系統最小存儲單位容量時，磁盤不會存在浪費的情況，但這是理想情況，那么我們選擇最小的block不就行了，沒毛病。不過，此時又有新的問題產生了，大型文件會占用過多的block，造成inode記錄過多的block號碼，文件系統的讀寫性能就會下降，所以說凡事都要有個度，把握好這個度，才能從整體上提高文件系統的性能和利用率。
3. inode和block與文件大小的關系
數據實際存儲在block，為了能夠快速地讀取文件，每個文件都對應一個inode索引文件，記錄所有的block編號，但是inode的大小只有128bytes或256bytes(ext4)，如果一個文件太大，block數量很有可能會超過inode可記錄的數量，為此，inode記錄block號碼的區域被設計為12個直接、一個間接、一個雙間接、一個三間接記錄區。
備注：所謂的間接就是拿一個block來作為block號碼記錄區，只有最后一個間接才會真正用來記錄block號碼，其他的間接層，都只是依次引用。
計算單文件最大容量
每個block號碼為數字，需要占據4bytes。
-
假設block的單位容量為1K，每個block能記錄的block號碼為1k/4=256。
- 12個直接容量 = 12 * 1k =12k
- 單間接容量 = 256 * 1k = 256k
- 雙間接容量 = 256 * 256 * 1k = 65536k
- 三間接容量 = 256 * 256 * 256 * 1k = 16777216k
- 單文件最大總量 = 12個直接容量 + 單間接容量 + 雙間接容量 + 三間接容量 = (12 + 256 + 65536 + 16777216) / (1024 * 1024) = 16.06G
-
假設block的單位容量為2K，每個block能記錄的block號碼為2k/4=512。
- 12個直接容量 = 12 * 2k =24k
- 單間接容量 = 512 * 2k = 1024k
- 雙間接容量 = 512 * 512 * 2k = 524288k
- 三間接容量 = 512 * 512 * 512 * 2k = 268435456k
- 單文件最大總量 = 12個直接容量 + 單間接容量 + 雙間接容量 + 三間接容量 = (24 + 1024 + 524288 + 268435456) / (1024 * 1024) = 256.50G
-
假設block的單位容量為4K，每個block能記錄的block號碼為4k/4=1024。
- 同理，單文件最大總量 = 12個直接容量 + 單間接容量 + 雙間接容量 + 三間接容量 = 4.00T
Linux標准的文件系統限制表
備注：當block單位容量為4K時，由於文件系統本身的限制(2T)，所以才與計算的結果不太吻合。
查看磁盤和文檔的容量
1. 查看文件系統的整體磁盤容量
df [-ahikHTm] [目錄或文件名]
2. 查看目錄和文件容量
du [options] []
查看目錄geekbuying下所有目錄的容量
du -sm geekbuying/*
統計當前目錄容量
du -sm 單位M
總結
Ext家族是Linux支持度最廣、最完整的文件系統，當我們格式化磁盤后，就已經為我們規划好了所有的inode/block/metadate等數據，這樣系統可以直接使用，不需要再進行動態的配置，這也是它最優秀的特點，不過這也是它最顯著的缺點，磁盤容量越大，格式化越慢，centos7.x已經選用xfs作為默認文件系統，xfs是一種適合大容量磁盤和處理巨型文件的文件系統。
延伸閱讀
https://en.wikipedia.org/wiki/Unix_filesystem
https://en.wikipedia.org/wiki/Inode
https://en.wikipedia.org/wiki/Unix_filesystem#/media/File:Standard-unix-filesystem-hierarchy.svg
https://en.wikipedia.org/wiki/File:Version_7_UNIX_SIMH_PDP11_Filesystem_Layout.png