System plików Ext2 i Ext3.pdf

WYDZIAŁ ZARZĄDZANIA

KATEDRA INFORMATYKI

System plików Ext2 i Ext3

Raport z przedmiotu: Systemy Operacyjne

Autorzy: Dawid Kołodziejczyk

Paweł Kocot

Krzysztof Kogutkiewicz

Karol Malec

Kierunek, rok studiów: Informatyka i Ekonometria, III

Rok akad., semestr: 2005/2006, zimowy

Kraków, 29.11.2005

Spis treści:

1. Wstęp.....................................................................................................................................

2. Historia systemów plików z rodziny Ext...............................................................................

3. System plików Ext2...............................................................................................................

3.1. Struktura fizyczna systemu plików Ext2........................................................................

3.2. Adresowanie bloków danych..........................................................................................

3.3. Rodzaje plików...............................................................................................................

3.4. Alokacja danych.............................................................................................................

3.5. Bezpieczeństwo..............................................................................................................

3.6. Wady i zalety Ext2 (podsumowanie)..............................................................................

4. System plików Ext3...............................................................................................................

4.1. Księgowanie....................................................................................................................

4.2. Indeksowanie katalogów.................................................................................................

4.3. Fragmentacja bloków......................................................................................................

4.4. Przejście z Ext2 na Ext3.................................................................................................

5. Podsumowanie.......................................................................................................................

6. Literatura................................................................................................................................

1. Wstęp

Jako system plików rozumieć będziemy zespół mechanizmów służących do manipulacji

danymi użytkownika, pozwalających w "bezpieczny" sposób na ich:

• zapisywanie

• odczytywanie

• tworzenie

• kasowanie

• odszukiwanie

Systemy plików stosuje się dla różnych nośników danych takich jak: dyski, dyskietki, a także w

strumieniach danych, sieciach komputerowych, pamięciach. We współczesnych systemach

operacyjnych bezpośrednie operowanie na danych w plikach zarezerwowane jest tylko dla

systemu operacyjnego. Aplikacje mają dostęp tylko do operacji na plikach i mają zabroniony

bezpośredni dostęp do nośnika danych. Jedynie specjalistyczne programy działające “za

plecami” systemu operacyjnego umożliwiają bezpośredni dostęp do nośnika. Przykładem

takiego programu może być: Norton Disk Editor lub Linux Disk Editor.

Większość systemów operacyjnych posiada własny (macierzysty) system plików, rozwijany

równolegle z nim (np. FAT w DOS, NTFS w Microsoft Windows NT lub Ext/Ext2/Ext3 i

ReiserFS/Reiser4 w systemie operacyjnym Linux), ze względu na pewne specyficzne

właściwości nadawane plikom (np. atrybut wykonywalności pliku), podobnie jak niektóre

nośniki danych (np. ISO9660 na CD-ROM i UDF na DVD), jednak sam system plików jest

niezależny od nich. Same systemy operacyjne (w szczególności Unix i jego pochodne) potrafią

obsługiwać wiele systemów plików.

2. Historia systemów plików z rodziny Ext

Ext jest to system plików wykorzystywany głównie dla potrzeb systemu operacyjnego Linux,

obecnie rozwinięty jest do wersji 2 i 3. Utworzony został na podstawie systemu plików Minix,

który używany był w systemie operacyjnym Minix oraz w bardzo wczesnych (0.x) wersjach

Linuxa. Obecnie stosowany jest na dyskietkach.

Twórca Linuxa, Linus Torvalds, chciał uniknąć tworzenia od podstaw nowego systemu plików,

aby móc skoncentrować się nad doskonaleniem wtedy jeszcze skromnego jądra, oraz aby od

początku mieć stabilny system zarządzania danymi na dysku. System plików Minixa miał

jednak poważne niedogodności, takie jak np. ograniczenie rozmiaru partycji i pliku do 64 MB.

Spowodowało to konieczność napisania dla Linuxa nowego systemu plików. W odpowiedzi na

taką sytuację Remy Card z Universite Pierre et Marie Curie (Paryż) zaimplementował nowy

system plików nazwany Rozszerzonym Systemem Plików (Ext – Extended File System). Miało

to miejsce w roku 1992. Ext pozwalał operować na plikach i partycjach o rozmiarze do 2 GB.

Poważną niedogodnością Ext był fakt, że po dłuższym działaniu prowadził do dużej

fragmentacji.

W/w cechy doprowadziły do powstania Drugiego Rozszerzonego Systemu Plików o nazwie

Ext2 (Second Extended File System). Pojawił się on w pierwszej wersji alfa w styczniu 1993

roku i wykorzystywany jest do dziś, głównie w systemach operacyjnych z rodziny Linux.

Autorem tego systemu jest, podobnie jak w przypadku systemu Ext, Remy Card. Ext2

obsługuje partycje o wielkości do 4 TB i pliki o wielkości do 2 GB oraz zawiera mechanizmy

zapobiegające fragmentacji. Szczegóły oraz pozostałe cechy przedstawione zostaną w dalszej

części raportu.

Kolejną wersją systemu plików Ext jest Ext3 (Third Extended File System), który jest

rozszerzeniem Ext2 i od swojego poprzednika różni się głównie dodanym księgowaniem i

indeksowaniem katalogów. Ext3 to domyślny system plików w większości dystrybucji systemu

GNU/Linux opartych na jądrze 2.4 oraz nowszych. Autorem systemu plików Ext3 jest Stephen

Tweedie z firmy RedHat. Wersja alfa tego systemu pojawiła się w roku 1999.

3. System plików Ext2

3.1 Struktura fizyczna Ext2

Partycja systemu pików Ext2 podzielona jest na bloki o rozmiarze 1024, 2048 lub 4096

bajtów, przy czym pojedynczy blok uważamy za podstawową fizyczną jednostkę objętościową

danych. Wielkość bloku dyskowego jest stała w ramach całego systemu plików i może być

ustalana na etapie tworzenia systemu plików (np. przy instalacji systemu operacyjnego). Stałe

ograniczające rozmiar bloku dyskowego w systemie Linux znajdują się w źródłach jądra

systemu w pliku nagłówkowym: include/linux/ext2_fs.h :

#define EXT2_MIN_BLOCK_SIZE 1024

#define EXT2_MAX_BLOCK_SIZE 4096

Oczywiście nietrudno zauważyć, że są to potęgi liczby 2.

Kolejne bloki połączone są w grupy , których rozmiar zależy od wybranego rozmiaru bloku.

Podział na grupy zwiększa lokalność danych związanych z jednym plikiem, a co za tym idzie,

przyspiesza dostęp do nich. Grupy zostają ustalone statycznie podczas tworzenia systemu

plików.

W skład grupy bloków wchodzą z kolei:

• superblok

• tablica deskryptorów grup

• bitmapa bloku

• bitmapa i-węzłów

• tabela i-węzłów

• bloki danych

Wyżej opisaną strukturę przedstawia następujący rysunek:

Superblok

(oryginał lub kopia)

Blok startowy

Tablica deskryptorów grup

(oryginał lub kopia)

Grupa bloków nr 0

Bitmapa bloku

Grupa bloków nr 1

Bitmapa i-węzłów

...

Tabela i-węzłów

Grupa bloków nr n

Bloki danych

W oryginalnej wersji Ext2 w każdej grupie znajdują się:

a) Superblok , zawierający informacje o całym systemie plików, m.in.:

• liczbę wszystkich bloków w systemie plików,

• liczbę bloków w grupie,

• liczbę zarezerwowanych bloków,

• liczbę wolnych bloków,

• rozmiar bloku,

• liczbę wszystkich i-węzłów (definicja I-węzła poniżej),

• liczbę wszystkich wolnych i-węzłów,

• liczbę i-węzłów w grupie,

• stan systemu plików (czy został poprawnie zamknięty),

• licznik zamontowań i datę ostatniego sprawdzenia systemu – pozwala to wymusić

sprawdzanie integralności danych co pewien czas.

Normalnie używana jest podstawowa wersja superbloku z grupy nr 0. W przypadku jego

uszkodzenia można użyć jednej z kopii, która początkowa zapisana była w każdej z grup.

Jednak w nowszej wersji wprowadzono możliwość pominięcia kopii superbloku, aby

zmniejszyć ilość marnowanego miejsca. Kopie superbloku znajdują się wtedy w blokach o

numerach 0, 1 oraz blokach będących potęgą 3, 5 lub 7.

Plik z chomika:

Inne pliki z tego folderu:

Inne foldery tego chomika: