11-ext2中的i节点和数据块指针

ext2中的i节点和数据块指针

类似于大多数UNIX文件系统，ext2文件系统在存储文件时，数据块不一定连续，甚至不一定按顺序存放（尽管ext2会尝试将数据块彼此靠近存储）。为了定位文件数据块，内核在i节点内维护有一组指针。图14-2所示为在ext2文件系统上完成上述任务的情况。

无需连续存储文件块，使得文件系统对磁盘空间的利用更为高效。特别是，还能降低空闲磁盘空间的碎片化程度，即因众多不连续空闲磁盘碎片（因其空间太小而无法使用）而导致的磁盘空间浪费。换言之，对空闲磁盘空间的高效利用，是以已分配磁盘空间中文件的碎片化为代价的。

在ext2中，每个i节点包含15个指针。其中的前12个指针（图14-2中编号为0～11的指针）指向文件前12个块在文件系统中的位置。接下来，是一个指向指针块的指针，提供了文件的第 13个以及后续数据块的位置。指针块中指针的数量取决于文件系统中块的大小。每个指针需占用4字节，因此指针的数量可能在256（块容量为1024字节）～1024（块容量为4096字节）之间。这样就考虑了大型文件的情况。即便是对于巨型文件，第14个指针（图中编号为13）是一个双重间接指针——指向指针块，其块中指针进而指向指针块，此块中指针最终才指向文件的数据块。只要有体量巨大的文件，就会随之产生更深一层的递进：图中i节点的最后一个指针属于三重间接指针。

这一貌似复杂的系统，其设计意图是为了满足多重需求。首先，该系统在维持i节点结构大小固定的同时，支持任意大小的文件。其次，文件系统既可以以不连续方式来存储文件块，又可通过lseek()随机访问文件，而内核只需计算所要遵循的指针。最后，对于在大多数系统中占绝对多数的小文件而言，这种设计满足了对文件数据块的快速访问：通过i节点的直接指针访问，一击必中。

试举一例，笔者对一个包含约150 000个文件的系统进行了度量。其中30%多的文件大小在 1000 字节以下，80%的文件占用了10 000字节或者更少的空间。假定块的大小为1024字节，只要使用12个直接指针便能引用大小为10000字节及以下的文件，可访问总计12288字节的块。若块大小为4096字节，则该上限可达49152字节（系统中95%的文件大小都处于该容量限制之下）。

上述设计同样考虑了巨型文件的处理，对于大小为4096字节的块而言，理论上，文件大小可略高于1024×1024×1024×4096字节，或4TB（4096 GB)。（之所以说“略高于”，是因为指针指向块的方式可以为直接、间接或双重间接。与三重间接指针所指向的范围相比，多出来的那些空间实在是微不足道。）

该设计的另一优点在于文件可以有黑洞（如4.7节所述）。文件系统只需将i节点和间接指针块中的相应指针打上标记（值0），表明这些指针并未指向实际的磁盘块即可，而无需为文件黑洞分配空字节数据块。