super block

super block

一、预备知识
    1、block
    对于ext2（ext3类似）文件系统来说，硬盘分区首先被划分为一个个的block，同一个ext2文件系统上的每个block大小都是一样的。但是对于不同的ext2文件系统，block的大小可以有区别。典型的block大小是1024 bytes或者4096 bytes。这个大小在创建ext2文件系统的时候被决定，它可以由系统管理员指定，也可以由文件系统的创建程序根据硬盘分区的大小，自动选择一个较合理的值。
    一个硬盘分区上的block计数是从0开始的，并且这个计数对于这个硬盘分区来说是全局性质的。

    2、block group和group descriptor
    硬盘分区中所有block被聚在一起分成几个大的block group，其中每个block group中有多少个block是固定的。
    每个block group都相对应一个group descriptor，这些group descriptor被聚在一起放在硬盘分区的开头部分，跟在super block的后面。在每个group descriptor当中有几个重要的block指针，指向block group的inode table、block bitmap和inode bitmap。

    3、inode table、block bitmap和inode bitmap
    以上三个结构记载了其所属block group的许多信息，他们依次被存放在这个block group的开头部分，由该block group所对应的group descriptor中的指针所指向。

二、super block的定义
    super block的中文名称是超级块，它是硬盘分区开头——开头的第一个byte是byte 0，从 byte 1024开始往后的一部分数据。由于 block size最小是 1024 bytes，所以super block可能是在block 1中（此时block 的大小正好是 1024 bytes），也可能是在block 0中。
    超级块中的数据其实就是文件卷的控制信息部分，也可以说它是卷资源表，有关文件卷的大部分信息都保存在这里。例如：硬盘分区中每个block的大小、硬盘分区上一共有多少个block group、以及每个block group中有多少个inode。（下有详细说明）

三、super block的结构和涵义
struct ext3_super_block {
/*00*/ __u32 s_inodes_count;      /* inodes 计数 */
       __u32 s_blocks_count;      /* blocks 计数 */
       __u32 s_r_blocks_count;    /* 保留的 blocks 计数 */
       __u32 s_free_blocks_count; /* 空闲的 blocks 计数 */
/*10*/ __u32 s_free_inodes_count; /* 空闲的 inodes 计数 */
       __u32 s_first_data_block;  /* 第一个数据 block */
       __u32 s_log_block_size;    /* block 的大小 */
       __s32 s_log_frag_size;     /* 可以忽略 */
/*20*/ __u32 s_blocks_per_group;  /* 每 block group 的 block 数量 */
       __u32 s_frags_per_group;   /* 可以忽略 */
       __u32 s_inodes_per_group;  /* 每 block group 的 inode 数量 */
       __u32 s_mtime;             /* Mount time */
/*30*/ __u32 s_wtime;             /* Write time */
       __u16 s_mnt_count;         /* Mount count */
       __s16 s_max_mnt_count;     /* Maximal mount count */
       __u16 s_magic;             /* Magic 签名 */
       __u16 s_state;             /* File system state */
       __u16 s_errors;            /* Behaviour when detecting errors */
       __u16 s_minor_rev_level;   /* minor revision level */
/*40*/ __u32 s_lastcheck;         /* time of last check */
       __u32 s_checkinterval;     /* max. time between checks */
       __u32 s_creator_os;        /* 可以忽略 */
       __u32 s_rev_level;         /* Revision level */
/*50*/ __u16 s_def_resuid;        /* Default uid for reserved blocks */
       __u16 s_def_resgid;        /* Default gid for reserved blocks */
       __u32 s_first_ino;         /* First non-reserved inode */
       __u16 s_inode_size;        /* size of inode structure */
       __u16 s_block_group_nr;    /* block group # of this superblock */
       __u32 s_feature_compat;    /* compatible feature set */
/*60*/ __u32 s_feature_incompat;  /* incompatible feature set */
       __u32 s_feature_ro_compat; /* readonly-compatible feature set */
/*68*/ __u8  s_uuid[16];          /* 128-bit uuid for volume */
/*78*/ char  s_volume_name[16];   /* volume name */
/*88*/ char  s_last_mounted[64];  /* directory where last mounted */
/*C8*/ __u32 s_algorithm_usage_bitmap; /* 可以忽略 */
       __u8  s_prealloc_blocks;        /* 可以忽略 */
       __u8  s_prealloc_dir_blocks;    /* 可以忽略 */
       __u16 s_padding1;               /* 可以忽略 */
/*D0*/ __u8  s_journal_uuid[16]; /* uuid of journal superblock */
/*E0*/ __u32 s_journal_inum;     /* 日志文件的 inode 号数 */
       __u32 s_journal_dev;      /* 日志文件的设备号 */
       __u32 s_last_orphan;      /* start of list of inodes to delete */
/*EC*/ __u32 s_reserved[197];    /* 可以忽略 */
};

四、super block的几个重要成员

1、Magic 签名
    对于ext2和ext3文件系统来说，这个字段的值应该正好等于0xEF53。如果不等的话，那么这个硬盘分区上肯定不是一个正常的ext2或ext3文件系统。

2、s_log_block_size
    从这个字段，我们可以得出真正的block的大小。我们把真正block的大小记作B，B=1 << s_log_block_size + 10)，单位是bytes。举例来说，如果这个字段是0，那么block的大小就是 1024bytes，这正好就是最小的block大小；如果这个字段是2，那么block大小就是4096 bytes。从这里我们就得到了block的大小这一非常重要的数据。

3、s_blocks_count和s_blocks_per_group
    通过这两个成员，我们可以得到硬盘分区上一共有多少个block group，或者说一共有多少个group descriptors
    s_blocks_count记录了硬盘分区上的block的总数，而s_blocks_per_group记录了每个group中有多少个block。显然，文件系统上的block groups数量，我们把它记作G，G=(s_blocks_count-s_first_data_block-1)/s_blocks_per_group+1。为什么要减去s_first_data_block，因为s_blocks_count是硬盘分区上全部的block的数量，而在s_first_data_block之前的block是不归block group管的，所以当然要减去。最后为什么又要加一，这是因为尾巴上可能多出来一些block，这些block我们要把它划在一个相对较小的group里面。

4、s_inodes_per_group
    s_inodes_per_group记载了每个block group中有多少个inode。在从已知的inode号，读取这个inode数据的过程中，s_inodes_per_group起到了至关重要的作用。
    用我们得到的inode号数除以s_inodes_per_group，我们就知道了我们要的这个inode是在哪一个block group里面，这个除法的余数也告诉我们，我们要的这个inode是这个block group里面的第几个inode；然后，我们可以先找到这个block group的group descriptor，从这个descriptor，我们找到这个group的inode table，再从inode table找到我们要的第几个 inode，再以后，我们就可以开始读取inode中的用户数据了。这个公式是这样的：

block_group = (ino - 1) / s_inodes_per_group。这里ino就是我们的inode号数
offset = (ino - 1) % s_inodes_per_group，这个offset就指出了我们要的inode是这个block group里面的第几个inode。