> For the complete documentation index, see [llms.txt](https://man.bsdcn.org/llms.txt). Markdown versions of documentation pages are available by appending `.md` to page URLs; this page is available as [Markdown](https://man.bsdcn.org/man5/fs.5.md). # fs(5) `fs` — 文件系统卷格式 ## 名称 `fs`, `inode` ## 概要 `#include ` `#include ` `#include ` `#include ` `#include ` `#include ` `#include ` `#include ` `#include ` ## 描述 文件 `#include ` 和 `#include ` 声明了若干结构、已定义的变量和宏，用于在随机访问设备（磁盘）上创建和管理文件系统对象的底层格式。 块大小和构成文件系统的块数是文件系统的参数。从 `BBLOCK` 开始、持续 `BBSIZE` 的扇区用于 disklabel 以及某些硬件的主引导和次引导程序。 实际文件系统从 `SBLOCK` 扇区开始，包含大小为 `SBLOCKSIZE` 的 *超级块*。以下结构描述了超级块，来自文件 `#include ` ```sh /* * FFS 文件系统的超级块。 */ struct fs { int32_t fs_firstfield; /* 历史文件系统链表， */ int32_t fs_unused_1; /* 用于内存中的超级块 */ int32_t fs_sblkno; /* 超级块在文件系统中的偏移 */ int32_t fs_cblkno; /* 柱面块在文件系统中的偏移 */ int32_t fs_iblkno; /* inode 块在文件系统中的偏移 */ int32_t fs_dblkno; /* cg 之后首个数据块的偏移 */ int32_t fs_old_cgoffset; /* 柱面组在柱面中的偏移 */ int32_t fs_old_cgmask; /* 用于计算 mod fs_ntrak */ int32_t fs_old_time; /* 最后写入时间 */ int32_t fs_old_size; /* 文件系统中的块数 */ int32_t fs_old_dsize; /* 文件系统中的数据块数 */ int32_t fs_ncg; /* 柱面组数量 */ int32_t fs_bsize; /* 文件系统中基本块的大小 */ int32_t fs_fsize; /* 文件系统中片段块的大小 */ int32_t fs_frag; /* 文件系统中一块的片段数 */ /* 这些是配置参数 */ int32_t fs_minfree; /* 最小空闲块百分比 */ int32_t fs_old_rotdelay; /* 最佳下一块的毫秒数 */ int32_t fs_old_rps; /* 每秒磁盘转速 */ /* 这些字段可从其他字段计算得出 */ int32_t fs_bmask; /* 块偏移的 ``blkoff'' 计算 */ int32_t fs_fmask; /* 片段偏移的 ``fragoff'' 计算 */ int32_t fs_bshift; /* 逻辑块号的 ``lblkno'' 计算 */ int32_t fs_fshift; /* 片段数的 ``numfrags'' 计算 */ /* 这些是配置参数 */ int32_t fs_maxcontig; /* 最大连续块数 */ int32_t fs_maxbpg; /* 每个柱面组的最大块数 */ /* 这些字段可从其他字段计算得出 */ int32_t fs_fragshift; /* 块到片段的位移 */ int32_t fs_fsbtodb; /* fsbtodb 和 dbtofsb 的位移常量 */ int32_t fs_sbsize; /* 超块的实际大小 */ int32_t fs_spare1[2]; /* 旧的 fs_csmask */ /* 旧的 fs_csshift */ int32_t fs_nindir; /* NINDIR 的值 */ int32_t fs_inopb; /* INOPB 的值 */ int32_t fs_old_nspf; /* NSPF 的值 */ /* 又一个配置参数 */ int32_t fs_optim; /* 优化偏好，见下文 */ int32_t fs_old_npsect; /* 每磁道扇区数（含备用） */ int32_t fs_old_interleave; /* 硬件扇区交错 */ int32_t fs_old_trackskew; /* 每磁道扇区 0 的偏斜 */ int32_t fs_id[2]; /* 唯一的文件系统 ID */ /* 大小由柱面组数量及其大小决定 */ int32_t fs_old_csaddr; /* 柱面组汇总区的块地址 */ int32_t fs_cssize; /* 柱面组汇总区的大小 */ int32_t fs_cgsize; /* 柱面组大小 */ int32_t fs_spare2; /* 旧的 fs_ntrak */ int32_t fs_old_nsect; /* 每磁道扇区数 */ int32_t fs_old_spc; /* 每柱面扇区数 */ int32_t fs_old_ncyl; /* 文件系统中的柱面数 */ int32_t fs_old_cpg; /* 每组柱面数 */ int32_t fs_ipg; /* 每组 inode 数 */ int32_t fs_fpg; /* 每组块数 * fs_frag */ /* 此数据在崩溃后必须重新计算 */ struct csum fs_old_cstotal; /* 柱面汇总信息 */ /* 这些字段在挂载时清零 */ int8_t fs_fmod; /* 超级块修改标志 */ int8_t fs_clean; /* 文件系统干净标志 */ int8_t fs_ronly; /* 只读挂载标志 */ int8_t fs_old_flags; /* 旧的 FS_ 标志 */ u_char fs_fsmnt[MAXMNTLEN]; /* 挂载点名称 */ u_char fs_volname[MAXVOLLEN]; /* 卷名 */ uint64_t fs_swuid; /* 系统级 uid */ int32_t fs_pad; /* 由于 fs_swuid 的对齐 */ /* 这些字段保留当前块分配信息 */ int32_t fs_cgrotor; /* 上次搜索的 cg */ void *fs_ocsp[NOCSPTRS]; /* 填充；曾是 fs_cs 缓冲区列表 */ uint8_t *fs_contigdirs; /* 连续分配的目录数 */ struct csum *fs_csp; /* fs_cs 的 cg 汇总信息缓冲区 */ int32_t *fs_maxcluster; /* 每个柱面组的最大簇 */ u_int *fs_active; /* 快照用于跟踪文件系统 */ int32_t fs_old_cpc; /* postbl 中每循环柱面数 */ int32_t fs_maxbsize; /* 允许的最大块因子 */ int64_t fs_unrefs; /* 未引用的 inode 数 */ int64_t fs_sparecon64[16]; /* 旧的旋转块列表头 */ int64_t fs_sblockloc; /* 标准超级块的字节偏移 */ struct csum_total fs_cstotal; /* 柱面汇总信息 */ ufs_time_t fs_time; /* 最后写入时间 */ int64_t fs_size; /* 文件系统中的块数 */ int64_t fs_dsize; /* 文件系统中的数据块数 */ ufs2_daddr_t fs_csaddr; /* 柱面组汇总区的块地址 */ int64_t fs_pendingblocks; /* 正在释放的块数 */ int32_t fs_pendinginodes; /* 正在释放的 inode 数 */ int32_t fs_snapinum[FSMAXSNAP]; /* 快照 inode 号列表 */ int32_t fs_avgfilesize; /* 预期平均文件大小 */ int32_t fs_avgfpdir; /* 预期每目录文件数 */ int32_t fs_save_cgsize; /* 保存真实 cg 大小以使用 fs_bsize */ int32_t fs_sparecon32[26]; /* 保留用于未来常量 */ int32_t fs_flags; /* 见下文 FS_ 标志 */ int32_t fs_contigsumsize; /* 簇汇总数组大小 */ int32_t fs_maxsymlinklen; /* 内部符号链接的最大长度 */ int32_t fs_old_inodefmt; /* 磁盘上 inode 的格式 */ uint64_t fs_maxfilesize; /* 最大可表示的文件大小 */ int64_t fs_qbmask; /* 用于 64 位大小的 ~fs_bmask */ int64_t fs_qfmask; /* 用于 64 位大小的 ~fs_fmask */ int32_t fs_state; /* 验证 fs_clean 字段 */ int32_t fs_old_postblformat; /* 位置布局表的格式 */ int32_t fs_old_nrpos; /* 旋转位置数 */ int32_t fs_spare5[2]; /* 旧的 fs_postbloff */ /* 旧的 fs_rotbloff */ int32_t fs_magic; /* 魔数 */ }; /* * 文件系统标识 */ #define FS_UFS1_MAGIC 0x011954 /* UFS1 快速文件系统魔数 */ #define FS_UFS2_MAGIC 0x19540119 /* UFS2 快速文件系统魔数 */ #define FS_OKAY 0x7c269d38 /* 超级块校验和 */ #define FS_42INODEFMT -1 /* 4.2BSD inode 格式 */ #define FS_44INODEFMT 2 /* 4.4BSD inode 格式 */ /* * 优化偏好。 */ #define FS_OPTTIME 0 /* 最小化分配时间 */ #define FS_OPTSPACE 1 /* 最小化磁盘碎片 */ ``` 每个磁盘驱动器包含若干文件系统。一个文件系统由若干柱面组组成。每个柱面组包含 inode 和数据。 文件系统由其超级块描述，超级块又描述了柱面组。超级块是关键数据，在每个柱面组中都有副本，以防灾难性损失。这是在文件系统创建时完成的，关键的超级块数据不会改变，因此除非发生灾难，否则无需进一步引用这些副本。 存储在 inode 中的地址能够寻址 “块” 的片段。最多 `MAXBSIZE` 大小的文件系统块可以选择性地分为 2、4 或 8 片，每片都可寻址；这些片段可以是 `DEV_BSIZE`，或 `DEV_BSIZE` 单位的某个倍数。 大文件完全由大数据块组成。为避免过度浪费磁盘空间，小文件的最后一个数据块仅按需要分配一个大块的若干片段。文件系统格式仅保留指向此类片段的单个指针，该片段是被分割的某个大块的一部分。此类片段的大小可从 inode 中的信息通过 Fn blksize fs ip lbn 宏确定。 文件系统在片段级别记录空间可用性；要确定块可用性，需检查对齐的片段。 根 inode 是文件系统的根。inode 0 不能用于正常用途，历史上坏块链接到 inode 1，因此根 inode 是 2（inode 1 不再用于此目的，但许多 dump 磁带做了这种假设，因此我们只能维持现状）。 `fs_minfree` 元素给出可接受的最低空闲文件系统块百分比。如果空闲列表低于此水平，只有超级用户才能继续分配块。如果认为不需要保留空闲块，`fs_minfree` 元素可设为 0，但如果文件系统运行超过 90% 满，将观察到严重的性能下降；因此 `fs_minfree` 的默认值为 8%。 根据经验，在 90% 负载下，块碎片和整体磁盘利用率之间的最佳折衷是碎片化为 8，因此默认片段大小为块大小的八分之一。 `fs_optim` 元素指定文件系统应尝试最小化分配块所花费的时间，还是应尝试最小化磁盘上的空间碎片。如果 fs\_minfree 的值（见上文）小于 8%，则文件系统默认优化空间，以避免耗尽完整大小的块。如果 minfree 的值大于或等于 8%，碎片化不太可能成为问题，文件系统默认优化时间。 *柱面组相关限制：* 每个柱面跟踪不同旋转位置上块的可用性，以便以最小的旋转延迟布局连续块。在默认的 8 个区分旋转位置下，对于典型的 3600 rpm 驱动器，汇总信息的分辨率为 2ms。 `fs_old_rotdelay` 元素给出在同一柱面上启动另一次磁盘传输所需的最小毫秒数。它用于确定文件内磁盘块的旋转最佳布局；`fs_old_rotdelay` 的默认值为 2ms。 每个文件系统有静态分配的 inode 数。每 `NBPI` 字节的磁盘空间分配一个 inode。inode 分配策略极其保守。 `MINBSIZE` 是允许的最小块大小。在 `MINBSIZE` 为 4096 时，仅用两级间接即可创建大小为 2^32 的文件。`MINBSIZE` 必须足够大以容纳柱面组块，因此对（`struct cg`）的修改必须使其大小保持在 `MINBSIZE` 之内。注意，超级块的大小从不超过 `SBLOCKSIZE`。 文件系统挂载的路径名保存在 `fs_fsmnt` 中。`MAXMNTLEN` 定义了超级块中为此名称分配的空间量。每个文件系统的汇总信息量限制由 `MAXCSBUFS` 定义。对于 4096 字节的块大小，目前参数化为最多两百万个柱面。 每个柱面组的信息汇总在从第一个柱面组数据块分配的块中。除了超级块外，这些块还从 `fs_csaddr`（大小 `fs_cssize`）读入。 **注意：** Fn sizeof struct csum 必须是 2 的幂，Fn fs\_cs 宏才能工作。 *文件系统的超级块：* 旋转布局表的大小受超级块大小为 `SBLOCKSIZE` 这一事实限制。这些表的大小与文件系统的块大小成 *反比*。当扇区大小不是 2 的幂时，表的大小会增加，因为这会增加旋转模式重复前所包含的柱面数（`fs_cpc`）。旋转布局表的大小由（`struct fs`）中剩余字节数推导得出。 每个柱面组的数据块数受限，因为柱面组最多为一个块。inode 和空闲块表在扣除柱面组结构（`struct cg`）的空间后必须能放入单个块中。 *inode：* inode 是 UNIX 文件系统中所有文件活动的焦点。每个活动文件、每个当前目录、每个被挂载的文件、文本文件和根目录都分配有唯一的 inode。inode 通过其设备/i-编号对“命名”。更多信息，参见包含文件 `#include ` 外部属性的格式由 extattr 结构定义： ```sh struct extattr { uint32_t ea_length; /* 此属性的长度 */ uint8_t ea_namespace; /* 此属性的命名空间 */ uint8_t ea_contentpadlen; /* 属性末尾的填充字节数 */ uint8_t ea_namelength; /* 属性名的长度 */ char ea_name[1]; /* 属性名（非 nul 结尾） */ /* 如有填充，将属性内容对齐到 8 字节边界 */ /* 扩展属性内容紧随其后 */ }; ``` 定义了若干宏来操作这些结构。每个宏接受一个指向 extattr 结构的指针。 **`EXTATTR_NEXT(eap)`** 返回指向 `eap` 之后下一个扩展属性的指针。 **`EXTATTR_CONTENT(eap)`** 返回指向 `eap` 所引用的扩展属性内容的指针。 **`EXTATTR_CONTENT_SIZE(eap)`** 返回 `eap` 所引用的扩展属性内容的大小。 以下代码标识一个 ACL： ```sh if (eap->ea_namespace == EXTATTR_NAMESPACE_SYSTEM && eap->ea_namelength == sizeof(POSIX1E_ACL_ACCESS_EXTATTR_NAME) - 1 && strncmp(eap->ea_name, POSIX1E_ACL_ACCESS_EXTATTR_NAME, sizeof(POSIX1E_ACL_ACCESS_EXTATTR_NAME) - 1) == 0) { aclp = EXTATTR_CONTENT(eap); acllen = EXTATTR_CONTENT_SIZE(eap); ... } ``` ## 历史 名为 filsys 的超级块结构出现于 Version 6 AT\&T UNIX。本手册所述的文件系统出现于 4.2BSD。