Linux如何定位文件在磁盤的物理位置

我在學習研究Linux內核結構的時候，思考過一個問題：Linux如何定位文件在磁盤的物理位置
每個文件都有一個inode，inode在內核代碼中的數據結構如下：
 1 struct ext4_inode {
 2   __le16  i_mode;    /* File mode */
 3   __le16  i_uid;    /* Low 16 bits of Owner Uid */
 4   __le32  i_size_lo;  /* Size in bytes */
 5   __le32  i_atime;  /* Access time */
 6   __le32  i_ctime;  /* Inode Change time */
 7   __le32  i_mtime;  /* Modification time */
 8   __le32  i_dtime;  /* Deletion Time */
 9   __le16  i_gid;    /* Low 16 bits of Group Id */
10   __le16  i_links_count;  /* Links count */
11   __le32  i_blocks_lo;  /* Blocks count */
12   __le32  i_flags;  /* File flags */
13 ......
14   __le32  i_block[EXT4_N_BLOCKS];/* Pointers to blocks */
15   __le32  i_generation;  /* File version (for NFS) */
16   __le32  i_file_acl_lo;  /* File ACL */
17   __le32  i_size_high;
18 ......
19 };

我們說的“某個文件分成幾塊、每一塊在哪里”，這些在 inode 里面，應該保存在 i_block（ i_block[EXT4_N_BLOCKS];/* Pointers to blocks */）里面

為了解決ext2和ext3文件系統大文件讀寫性能低下的問題，ext4 做了一定的改變。它引入了一個新的概念，叫作 Extents。我們來解釋一下 Extents。比方說，一個文件大小為 128M，如果使用 4k 大小的塊進行存儲，需要 32k 個塊。如果按照 ext2 或者 ext3 那樣散着放，數量太大了。但是 Extents 可以用於存放連續的塊，也就是說，我們可以把 128M 放在一個 Extents 里面。這樣的話，對大文件的讀寫性能提高了，文件碎片也減少了。
Exents 如何來存儲呢？它其實會保存成一棵樹。

 

樹有一個個的節點，有葉子節點，也有分支節點。每個節點都有一個頭，ext4_extent_header 可以用來描述某個節點

struct ext4_extent_header {
  __le16  eh_magic;  /* probably will support different formats */
  __le16  eh_entries;  /* number of valid entries */
  __le16  eh_max;    /* capacity of store in entries */
  __le16  eh_depth;  /* has tree real underlying blocks? */
  __le32  eh_generation;  /* generation of the tree */
};

我們仔細來看里面的內容。eh_entries 表示這個節點里面有多少項。這里的項分兩種，如果是葉子節點，這一項會直接指向硬盤上的連續塊的地址，我們稱為數據節點 ext4_extent；如果是分支節點，這一項會指向下一層的分支節點或者葉子節點，我們稱為索引節點 ext4_extent_idx。這兩種類型的項的大小都是 12 個 byte。

/*
 * This is the extent on-disk structure.
 * It's used at the bottom of the tree.
 */
struct ext4_extent {
  __le32  ee_block;  /* first logical block extent covers */
  __le16  ee_len;    /* number of blocks covered by extent */
  __le16  ee_start_hi;  /* high 16 bits of physical block */
  __le32  ee_start_lo;  /* low 32 bits of physical block */
};
/*
 * This is index on-disk structure.
 * It's used at all the levels except the bottom.
 */
struct ext4_extent_idx {
  __le32  ei_block;  /* index covers logical blocks from 'block' */
  __le32  ei_leaf_lo;  /* pointer to the physical block of the next *
         * level. leaf or next index could be there */
  __le16  ei_leaf_hi;  /* high 16 bits of physical block */
  __u16  ei_unused;
};

從上述數據結構中的ee_start_hi/ee_start_lo/ei_leaf_lo可以體現出物理塊的指針。

 

參考文獻：《趣談Linux操作系統》 by 劉超

參考鏈接：https://blog.csdn.net/stringnewname/article/details/73740155