Linux 文件系统 EXT4 的前世今生

在先前关于Linux文件系统的文章中，我写了一份说明书去介绍Linux文件系统，里面有一些高级的概念，比如说，一切都是文件。我很想去深入地讨论更多EXT文件系统的特性的信息。所以，首先让我们来回答这个问题：什么是文件系统？一个文件系统应该遵循以下特点：

1. 数据存储：文件系统主要的功能是结构化存储和取回数据。
2. 命名空间：提供一套命名和组织的方法，就是命名和结构化数据的规则。
3. 安全模型:一种访问控制的策略。
4. API：系统操控文件系统对象的函数,就像操作文件夹和文件一样。
5. 实现:一个实现以上功能的软件。

这篇文章集中与上面清单的第一项，还有探究元数据结构—-在EXT文件系统中提供数据存储的逻辑框架。

EXT 文件系统历史

虽然是为Linux编写的，但EXT文件系统起源于Minix操作系统，而Minix文件系统早在1987年首次发布，比Linux还早五年就已经发布了。如果我们查看EXT文件系统家族从其Minix根开始的历史和技术演变，就会更容易理解EXT4文件系统。

Minix

当编写原始Linux内核，Linus Torvalds需要一个文件系统，但是不想开发它。因此他简单的使用了Minix文件系统，这是 Andrew S. Tanenbaum开发的，而且是Tanenbaum 的Minix操作系统的一部分。Minix是类Unix操作系统，为教育使用而开发。它的代码开放使用，而且合理的授权给Torvalds，允许他将它用于Linux的初代版本。

Minix结构如下，其中大部分位于文件系统生成的分区中：

引导扇区（boot sector）安装于硬盘的第一个扇区。引导块（boot block）包含一个非常小的引导记录和一个分区表。

每一个分区中的第一个块是超级块（superblock），它包含了定义其他文件系统结构的元数据，并将它们定位在分配给分区的物理磁盘上。

节点位图块（inode bitmap block），它确定了哪个节点在使用以及哪个节点是空闲的。

节点（inodes），它们在磁盘上有它们自己的空间。每个节点包含了一个文件的信息，包括数据块的位置，即文件所属的区域。

区域位图（zone bitmap）跟踪记录数据区域的使用和释放。

数据区域（data zone），数据实际上存储的位置。

对于位图的两个类型来说，一个bit代表了一个特有的数据区域或者一个特有的节点。如果这个bit是0，这个区域或者节点是空闲的而且可供使用，但是如果这个bit是1，这个数据区域或者节点是在使用中的。