【UEFI实战】EXT2读驱动

偏执的太偏执、 2023-10-01 11:42 8阅读 0赞

## 总体描述 ##

从EXT2文件系统的角度来看磁盘——在BIOS下，不应该认为是磁盘，而是通过`Block IO`表示的一个磁盘分区——的构成是这样的：

关于块的有两种不同的含义：

1.  硬件上表示的是磁盘本身的块，它的大小可通过`BlockIo->Media->BlockSize`得到；
2.  EXT2文件系统中有一个软件上的块的概念：EXT2文件系统是基于块的文件系统，它将硬盘划分为若干块，每个块的长度都相同，按块管理元数据和文件系统。

EXT2的（软件）块会受到底层磁盘的块大小的影响，可以的取值有1024字节、2048字节和4096字节，这跟磁盘的大小并不对应，如果磁盘块大小是512字节，那么EXT2的块大小通常会取值1024字节，当然这并不是强制的，构建EXT2文件系统时可以根据实际的情况修改软件块大小，毕竟，跟磁盘块大小这种硬件相关的值不同，EXT2的块大小是软件的概念，后续如果没有特别说明，指的都是EXT2软件块。EXT2的块大小还会影响到文件系统中的最大文件长度：

<table> 
 <thead> 
  <tr> 
   <th>块大小</th> 
   <th>最大文件长度</th> 
  </tr> 
 </thead> 
 <tbody> 
  <tr> 
   <td>1024</td> 
   <td>16GiB</td> 
  </tr> 
  <tr> 
   <td>2048</td> 
   <td>256GiB</td> 
  </tr> 
  <tr> 
   <td>4096</td> 
   <td>2TiB</td> 
  </tr> 
 </tbody> 
</table>

另外，一个块（**后续实现中都按1024个字节（1KB）为准**）最多只会存放一个文件的数据，如果一个文件的数据大于一个块，最终文件数据占据的块也会向上取整。

**启动块**属于磁盘分区结构的一部分，而**块组0~块组N**占据分区的其它部分，它们是这里研究的重点，块组的大小也是可以设定，一般是8092个块构成一个块组。块组的分布如下所示：

<table> 
 <thead> 
  <tr> 
   <th>超级块</th> 
   <th>组描述符</th> 
   <th>数据块位图</th> 
   <th>Inode位图</th> 
   <th>Inode表</th> 
   <th>数据块</th> 
  </tr> 
 </thead> 
 <tbody></tbody> 
</table>

总体上来看一个`Block IO`表示的磁盘分区的结构如下图所示：

![在这里插入图片描述][8acde59a90414b3697fba36643a4c09c.gif_pic_center]

块组中各个结构的作用如下：

*  **超级块**：用于存储文件系统自身元数据的核心结构，超级块理论上在所有的块组中都存在，不过只使用第一个块组中的超级块即可，之所以这样冗余设计，是为了一个超级块被破坏时文件系统不至于穗槐。超级块通常位于分区的第二个块（因为第一块是启动块）。
 *  **组描述符**：每个块组都有一个组描述符的集合，紧随超级块之后，其中保存的信息反映了文件系统中每个块组的内容，因此不仅关系到当前块组的数据块，还与其它块组的数据块和Inode块相关。占据的块跟块大小，块组个数和组描述符长度有关。
 *  **数据块位图**和**Inode位图**：用于保存一长串的比特位，每个比特位都对应于一个数据块或者Inode，用于表示对应的数据块或Inode是否空闲。分别占据1个块。
 *  **Inode表**：Inode用于保存文件系统中与各个文件和目录相关的元数据，每个文件或目录都有且只有一个对应的Inode，其中包含元数据（如访问权限、上次修改的日志，等等，但不包含文件名）和指向文件数据的指针；占据若干个块。
 *  **数据块**：包含了文件系统中的文件的有用数据，占据剩余的块。

## 创建测试磁盘 ##

通过上述的数据结构信息，可以编写代码来读取EXT2文件系统的信息，不过首先需要创建一个EXT2的文件系统，可以使用DiskGenius来完成：

![在这里插入图片描述][watermark_type_d3F5LXplbmhlaQ_shadow_50_text_Q1NETiBAamlhbmd3ZWkwNTEy_size_20_color_FFFFFF_t_70_g_se_x_16_pic_center]

通过上图中文件系统的详细信息，结合BIOS的基础，可以确定以下信息：

*  BIOS启动后会对磁盘安装`Block IO`，也会对磁盘上的分区安装`Block IO`，编写代码时需要关注的是分区对应的`Block IO`，它相对于磁盘的起始位置通过“起始扇区号”可以确定是2048，再加上”扇区大小“是512字节，所以分区所在的`Block IO`描述的存储空间对于硬盘来说偏移是2048 \* 512 = 1048576 = 0x100000字节，从DiskGenius可以查看该位置的信息：

![在这里插入图片描述][watermark_type_d3F5LXplbmhlaQ_shadow_50_text_Q1NETiBAamlhbmd3ZWkwNTEy_size_20_color_FFFFFF_t_70_g_se_x_16_pic_center 1]

*  分区存储空间的开始就是第一个块是启动块，如上图所示暂时还是0，对于UEFI BIOS来说，并不需要这个内容。
 *  启动分区占据一个块，而之后就是块组，块组中的第一个块就是超级块，启动块的大小是一个快（1024字节），所以超级块的起始位置是0x100400：

![在这里插入图片描述][watermark_type_d3F5LXplbmhlaQ_shadow_50_text_Q1NETiBAamlhbmd3ZWkwNTEy_size_20_color_FFFFFF_t_70_g_se_x_16_pic_center 2]

关于这两个地址可以通过宏来表示：

#define BBSIZE      1024
    #define SBSIZE      1024
    #define BBOFF       ((UINTN)(0))
    #define SBOFF       ((UINTN)(BBOFF + BBSIZE))

于是为了判断某个`Block IO`中是否存在EXT2文件系统，第一步需要做的就是从上述位置获取1024个字节的数据，并判断它是否是一个超级块。

不过DiskGenius不能写文件，所以如果要往里面存放文件，则需要使用Linux创建EXT2版本的disk.img文件，具体操作如下：

# dd if=/dev/zero of=disk.img count=200 bs=1M
    200+0 records in
    200+0 records out
    209715200 bytes (210 MB, 200 MiB) copied, 0.113229 s, 1.9 GB/s
    # mkfs.ext4 disk.img 
    mke2fs 1.44.1 (24-Mar-2018)
    Discarding device blocks: done                            
    Creating filesystem with 204800 1k blocks and 51200 inodes
    Filesystem UUID: 513c5206-7726-4dba-8bb1-fbf7b68c449c
    Superblock backups stored on blocks: 
    	8193, 24577, 40961, 57345, 73729
    
    Allocating group tables: done                            
    Writing inode tables: done                            
    Creating journal (4096 blocks): done
    Writing superblocks and filesystem accounting information: done 
    # mkdir loop
    # mount -o loop disk.img loop/
    # cd loop
    # ls
    lost+found
    # mkdir tmp1
    # mkdir tmp2
    # echo hello1 >> tmp1.log
    # echo hello2 >> tmp2.log
    # cd ..
    # umount loop

这里创建了一个大小是200MB的虚拟磁盘disk.img，格式化成EXT4文件系统，并增加了tmp1和tmp2两个目录，tmp1.log和tmp2.log两个文件。

## 超级块 ##

一个正常超级块包含的数据如下，首先是EXT2需要支持的：

<table> 
 <thead> 
  <tr> 
   <th>起始</th> 
   <th>结束</th> 
   <th>大小</th> 
   <th>描述</th> 
  </tr> 
 </thead> 
 <tbody> 
  <tr> 
   <td>0</td> 
   <td>3</td> 
   <td>4</td> 
   <td>Total number of inodes in file system.</td> 
  </tr> 
  <tr> 
   <td>4</td> 
   <td>7</td> 
   <td>4</td> 
   <td>Total number of blocks in file system.</td> 
  </tr> 
  <tr> 
   <td>8</td> 
   <td>11</td> 
   <td>4</td> 
   <td>Number of reserved blocks.</td> 
  </tr> 
  <tr> 
   <td>12</td> 
   <td>15</td> 
   <td>4</td> 
   <td>Total number of unallocated blocks.</td> 
  </tr> 
  <tr> 
   <td>16</td> 
   <td>19</td> 
   <td>4</td> 
   <td>Total number of unallocated inodes.</td> 
  </tr> 
  <tr> 
   <td>20</td> 
   <td>23</td> 
   <td>4</td> 
   <td>Block number of the block containing the superblock. This is 1 on 1024 byte block size filesystems, and 0 for all others.</td> 
  </tr> 
  <tr> 
   <td>24</td> 
   <td>27</td> 
   <td>4</td> 
   <td><em>log</em>2 (block size) - 10 (In other words, the number to shift 1,024 to the left by to obtain the block size).</td> 
  </tr> 
  <tr> 
   <td>28</td> 
   <td>31</td> 
   <td>4</td> 
   <td><em>log</em>2 (fragment size) - 10 (In other words, the number to shift 1,024 to the left by to obtain the fragment size).</td> 
  </tr> 
  <tr> 
   <td>32</td> 
   <td>35</td> 
   <td>4</td> 
   <td>Number of blocks in each block group.</td> 
  </tr> 
  <tr> 
   <td>36</td> 
   <td>39</td> 
   <td>4</td> 
   <td>Number of fragments in each block group.</td> 
  </tr> 
  <tr> 
   <td>40</td> 
   <td>43</td> 
   <td>4</td> 
   <td>Number of inodes in each block group.</td> 
  </tr> 
  <tr> 
   <td>44</td> 
   <td>47</td> 
   <td>4</td> 
   <td>Last mount time (in <a href="http://en.wikipedia.org/wiki/Unix_time" rel="nofollow">POSIX time</a>).</td> 
  </tr> 
  <tr> 
   <td>48</td> 
   <td>51</td> 
   <td>4</td> 
   <td>Last written time (in <a href="http://en.wikipedia.org/wiki/Unix_time" rel="nofollow">POSIX time</a>).</td> 
  </tr> 
  <tr> 
   <td>52</td> 
   <td>53</td> 
   <td>2</td> 
   <td>Number of times the volume has been mounted since its last consistency check (<a href="http://en.wikipedia.org/wiki/Fsck" rel="nofollow">fsck</a>).</td> 
  </tr> 
  <tr> 
   <td>54</td> 
   <td>55</td> 
   <td>2</td> 
   <td>Number of mounts allowed before a consistency check (<a href="http://en.wikipedia.org/wiki/Fsck" rel="nofollow">fsck</a>) must be done.</td> 
  </tr> 
  <tr> 
   <td>56</td> 
   <td>57</td> 
   <td>2</td> 
   <td>Magic signature (0xef53), used to help confirm the presence of Ext4 on a volume.</td> 
  </tr> 
  <tr> 
   <td>58</td> 
   <td>59</td> 
   <td>2</td> 
   <td>File system state.</td> 
  </tr> 
  <tr> 
   <td>60</td> 
   <td>61</td> 
   <td>2</td> 
   <td>What to do when an error is detected.</td> 
  </tr> 
  <tr> 
   <td>62</td> 
   <td>63</td> 
   <td>2</td> 
   <td>Minor portion of version (combine with Major portion below to construct full version field).</td> 
  </tr> 
  <tr> 
   <td>64</td> 
   <td>67</td> 
   <td>4</td> 
   <td><a href="http://en.wikipedia.org/wiki/Unix_time" rel="nofollow">POSIX time</a> of last consistency check (<a href="http://en.wikipedia.org/wiki/Fsck" rel="nofollow">fsck</a>).</td> 
  </tr> 
  <tr> 
   <td>68</td> 
   <td>71</td> 
   <td>4</td> 
   <td>Interval (in <a href="http://en.wikipedia.org/wiki/Unix_time" rel="nofollow">POSIX time</a>) between forced consistency checks (<a href="http://en.wikipedia.org/wiki/Fsck" rel="nofollow">fsck</a>).</td> 
  </tr> 
  <tr> 
   <td>72</td> 
   <td>75</td> 
   <td>4</td> 
   <td>Operating system ID from which the filesystem on this volume was created (<a href="https://wiki.osdev.org/Ext4#Creator_Operating_System_IDs" rel="nofollow">see below</a>).</td> 
  </tr> 
  <tr> 
   <td>76</td> 
   <td>79</td> 
   <td>4</td> 
   <td>Major portion of version (combine with Minor portion above to construct full version field).</td> 
  </tr> 
  <tr> 
   <td>80</td> 
   <td>81</td> 
   <td>2</td> 
   <td>User ID that can use reserved blocks.</td> 
  </tr> 
  <tr> 
   <td>82</td> 
   <td>83</td> 
   <td>2</td> 
   <td>Group ID that can use reserved blocks.</td> 
  </tr> 
 </tbody> 
</table>

其次是如果要支持EXT4动态超级块的话，则还有额外的内容：

<table> 
 <thead> 
  <tr> 
   <th>起始</th> 
   <th>结束</th> 
   <th>大小</th> 
   <th>描述</th> 
  </tr> 
 </thead> 
 <tbody> 
  <tr> 
   <td>84</td> 
   <td>87</td> 
   <td>4</td> 
   <td>First non-reserved inode in file system.</td> 
  </tr> 
  <tr> 
   <td>88</td> 
   <td>89</td> 
   <td>2</td> 
   <td>Size of each inode structure in bytes.</td> 
  </tr> 
  <tr> 
   <td>90</td> 
   <td>91</td> 
   <td>2</td> 
   <td>Block group that this superblock is part of for backup copies.</td> 
  </tr> 
  <tr> 
   <td>92</td> 
   <td>95</td> 
   <td>4</td> 
   <td>Optional features present.</td> 
  </tr> 
  <tr> 
   <td>96</td> 
   <td>99</td> 
   <td>4</td> 
   <td>Required features present.</td> 
  </tr> 
  <tr> 
   <td>100</td> 
   <td>103</td> 
   <td>4</td> 
   <td>Features that if not supported the volume must be mounted read-only.</td> 
  </tr> 
  <tr> 
   <td>104</td> 
   <td>119</td> 
   <td>16</td> 
   <td>File system UUID.</td> 
  </tr> 
  <tr> 
   <td>120</td> 
   <td>135</td> 
   <td>16</td> 
   <td>Volume name.</td> 
  </tr> 
  <tr> 
   <td>136</td> 
   <td>199</td> 
   <td>64</td> 
   <td>Path Volume was last mounted to.</td> 
  </tr> 
  <tr> 
   <td>200</td> 
   <td>203</td> 
   <td>4</td> 
   <td>Compression algorithm used.</td> 
  </tr> 
  <tr> 
   <td>204</td> 
   <td>204</td> 
   <td>1</td> 
   <td>Amount of blocks to preallocate for files</td> 
  </tr> 
  <tr> 
   <td>205</td> 
   <td>205</td> 
   <td>1</td> 
   <td>Amount of blocks to preallocate for directories.</td> 
  </tr> 
  <tr> 
   <td>206</td> 
   <td>207</td> 
   <td>2</td> 
   <td>Amount of reserved GDT entries for filesystem expansion.</td> 
  </tr> 
  <tr> 
   <td>208</td> 
   <td>223</td> 
   <td>16</td> 
   <td>Journal UUID.</td> 
  </tr> 
  <tr> 
   <td>224</td> 
   <td>227</td> 
   <td>4</td> 
   <td>Journal Inode.</td> 
  </tr> 
  <tr> 
   <td>228</td> 
   <td>231</td> 
   <td>4</td> 
   <td>Journal Device number.</td> 
  </tr> 
  <tr> 
   <td>232</td> 
   <td>235</td> 
   <td>4</td> 
   <td>Head of orphan inode list.</td> 
  </tr> 
  <tr> 
   <td>236</td> 
   <td>251</td> 
   <td>16</td> 
   <td>HTREE hash seed in an array of 32 bit integers.</td> 
  </tr> 
  <tr> 
   <td>252</td> 
   <td>252</td> 
   <td>1</td> 
   <td>Hash algorithm to use for directories.</td> 
  </tr> 
  <tr> 
   <td>253</td> 
   <td>253</td> 
   <td>1</td> 
   <td>Journal blocks field contains a copy of the inode’s block array and size.</td> 
  </tr> 
  <tr> 
   <td>254</td> 
   <td>255</td> 
   <td>2</td> 
   <td>Size of group descriptors in bytes, for 64 bit mode.</td> 
  </tr> 
  <tr> 
   <td>256</td> 
   <td>259</td> 
   <td>4</td> 
   <td>Mount options.</td> 
  </tr> 
  <tr> 
   <td>260</td> 
   <td>263</td> 
   <td>4</td> 
   <td>First metablock block group, if enabled.</td> 
  </tr> 
  <tr> 
   <td>264</td> 
   <td>267</td> 
   <td>4</td> 
   <td>Filesystem Creation Time.</td> 
  </tr> 
  <tr> 
   <td>268</td> 
   <td>335</td> 
   <td>68</td> 
   <td>Journal Inode Backup in an array of 32 bit integers.</td> 
  </tr> 
 </tbody> 
</table>

此外如果开启了64位支持，则超级块的内容还要更多，结构体数据最大占据1024个字节，一般代码中直接设定超级块的大小是1024个字节，后面的数据：

<table> 
 <thead> 
  <tr> 
   <th>起始</th> 
   <th>结束</th> 
   <th>大小</th> 
   <th>描述</th> 
  </tr> 
 </thead> 
 <tbody> 
  <tr> 
   <td>336</td> 
   <td>339</td> 
   <td>4</td> 
   <td>High 32-bits of the total number of blocks.</td> 
  </tr> 
  <tr> 
   <td>340</td> 
   <td>343</td> 
   <td>4</td> 
   <td>High 32-bits of the total number of reserved blocks.</td> 
  </tr> 
  <tr> 
   <td>344</td> 
   <td>347</td> 
   <td>4</td> 
   <td>High 32-bits of the total number of unallocated blocks.</td> 
  </tr> 
  <tr> 
   <td>348</td> 
   <td>349</td> 
   <td>2</td> 
   <td>Minimum inode size.</td> 
  </tr> 
  <tr> 
   <td>350</td> 
   <td>351</td> 
   <td>2</td> 
   <td>Minimum inode reservation size.</td> 
  </tr> 
  <tr> 
   <td>352</td> 
   <td>355</td> 
   <td>4</td> 
   <td>Misc flags, such as sign of directory hash or development status.</td> 
  </tr> 
  <tr> 
   <td>356</td> 
   <td>357</td> 
   <td>2</td> 
   <td>Amount logical blocks read or written per disk in a RAID array.</td> 
  </tr> 
  <tr> 
   <td>358</td> 
   <td>359</td> 
   <td>2</td> 
   <td>Amount of seconds to wait in Multi-mount prevention checking.</td> 
  </tr> 
  <tr> 
   <td>360</td> 
   <td>367</td> 
   <td>8</td> 
   <td>Block to multi-mount prevent.</td> 
  </tr> 
  <tr> 
   <td>368</td> 
   <td>371</td> 
   <td>4</td> 
   <td>Amount of blocks to read or write before returning to the current disk in a RAID array. Amount of disks * stride.</td> 
  </tr> 
  <tr> 
   <td>372</td> 
   <td>372</td> 
   <td>1</td> 
   <td><em>log</em>2 (groups per flex) - 10. (In other words, the number to shift 1,024 to the left by to obtain the groups per flex block group)</td> 
  </tr> 
  <tr> 
   <td>373</td> 
   <td>373</td> 
   <td>1</td> 
   <td>Metadata checksum algorithm used. Linux only supports crc32.</td> 
  </tr> 
  <tr> 
   <td>374</td> 
   <td>374</td> 
   <td>1</td> 
   <td>Encryption version level.</td> 
  </tr> 
  <tr> 
   <td>375</td> 
   <td>375</td> 
   <td>1</td> 
   <td>Reserved padding.</td> 
  </tr> 
  <tr> 
   <td>376</td> 
   <td>383</td> 
   <td>8</td> 
   <td>Amount of kilobytes written over the filesystem’s lifetime.</td> 
  </tr> 
  <tr> 
   <td>384</td> 
   <td>387</td> 
   <td>4</td> 
   <td>Inode number of the active snapshot.</td> 
  </tr> 
  <tr> 
   <td>388</td> 
   <td>391</td> 
   <td>4</td> 
   <td>Sequential ID of active snapshot.</td> 
  </tr> 
  <tr> 
   <td>392</td> 
   <td>399</td> 
   <td>8</td> 
   <td>Number of blocks reserved for active snapshot.</td> 
  </tr> 
  <tr> 
   <td>400</td> 
   <td>403</td> 
   <td>4</td> 
   <td>Inode number of the head of the disk snapshot list.</td> 
  </tr> 
  <tr> 
   <td>404</td> 
   <td>407</td> 
   <td>4</td> 
   <td>Amount of errors detected.</td> 
  </tr> 
  <tr> 
   <td>408</td> 
   <td>411</td> 
   <td>4</td> 
   <td>First time an error occurred in POSIX time.</td> 
  </tr> 
  <tr> 
   <td>412</td> 
   <td>415</td> 
   <td>4</td> 
   <td>Inode number in the first error.</td> 
  </tr> 
  <tr> 
   <td>416</td> 
   <td>423</td> 
   <td>8</td> 
   <td>Block number in the first error.</td> 
  </tr> 
  <tr> 
   <td>424</td> 
   <td>455</td> 
   <td>32</td> 
   <td>Function where the first error occurred.</td> 
  </tr> 
  <tr> 
   <td>456</td> 
   <td>459</td> 
   <td>4</td> 
   <td>Line number where the first error occurred.</td> 
  </tr> 
  <tr> 
   <td>460</td> 
   <td>463</td> 
   <td>4</td> 
   <td>Most recent time an error occurred in POSIX time.</td> 
  </tr> 
  <tr> 
   <td>464</td> 
   <td>467</td> 
   <td>4</td> 
   <td>Inode number in the last error.</td> 
  </tr> 
  <tr> 
   <td>468</td> 
   <td>475</td> 
   <td>8</td> 
   <td>Block number in the last error.</td> 
  </tr> 
  <tr> 
   <td>476</td> 
   <td>507</td> 
   <td>32</td> 
   <td>Function where the most recent error occurred.</td> 
  </tr> 
  <tr> 
   <td>508</td> 
   <td>511</td> 
   <td>4</td> 
   <td>Line number where the most recent error occurred.</td> 
  </tr> 
  <tr> 
   <td>512</td> 
   <td>575</td> 
   <td>64</td> 
   <td>Mount options. (C-style string: characters terminated by a 0 byte)</td> 
  </tr> 
  <tr> 
   <td>576</td> 
   <td>579</td> 
   <td>4</td> 
   <td>Inode number for user quota file.</td> 
  </tr> 
  <tr> 
   <td>580</td> 
   <td>583</td> 
   <td>4</td> 
   <td>Inode number for group quota file.</td> 
  </tr> 
  <tr> 
   <td>584</td> 
   <td>587</td> 
   <td>4</td> 
   <td>Overhead blocks/clusters in filesystem. Zero means the kernel calculates it at runtime.</td> 
  </tr> 
  <tr> 
   <td>588</td> 
   <td>595</td> 
   <td>8</td> 
   <td>Block groups with backup Superblocks, if the sparse superblock flag is set.</td> 
  </tr> 
  <tr> 
   <td>596</td> 
   <td>599</td> 
   <td>4</td> 
   <td>Encryption algorithms used, as a array of unsigned char.</td> 
  </tr> 
  <tr> 
   <td>600</td> 
   <td>615</td> 
   <td>16</td> 
   <td>Salt for the <code>string2key</code> algorithm.</td> 
  </tr> 
  <tr> 
   <td>616</td> 
   <td>619</td> 
   <td>4</td> 
   <td>Inode number of the lost+found directory.</td> 
  </tr> 
  <tr> 
   <td>620</td> 
   <td>623</td> 
   <td>4</td> 
   <td>Inode number of the project quota tracker.</td> 
  </tr> 
  <tr> 
   <td>624</td> 
   <td>627</td> 
   <td>4</td> 
   <td>Checksum of the UUID, used for the checksum seed. (crc32c(~0, UUID))</td> 
  </tr> 
  <tr> 
   <td>628</td> 
   <td>628</td> 
   <td>1</td> 
   <td>High 8-bits of the last written time field.</td> 
  </tr> 
  <tr> 
   <td>629</td> 
   <td>629</td> 
   <td>1</td> 
   <td>High 8-bits of the last mount time field.</td> 
  </tr> 
  <tr> 
   <td>630</td> 
   <td>630</td> 
   <td>1</td> 
   <td>High 8-bits of the Filesystem creation time field.</td> 
  </tr> 
  <tr> 
   <td>631</td> 
   <td>631</td> 
   <td>1</td> 
   <td>High 8-bits of the last consistency check time field.</td> 
  </tr> 
  <tr> 
   <td>632</td> 
   <td>632</td> 
   <td>1</td> 
   <td>High 8-bits of the first time an error occurred time field.</td> 
  </tr> 
  <tr> 
   <td>633</td> 
   <td>633</td> 
   <td>1</td> 
   <td>High 8-bits of the latest time an error occurred time field.</td> 
  </tr> 
  <tr> 
   <td>634</td> 
   <td>634</td> 
   <td>1</td> 
   <td>Error code of the first error.</td> 
  </tr> 
  <tr> 
   <td>635</td> 
   <td>635</td> 
   <td>1</td> 
   <td>Error code of the latest error.</td> 
  </tr> 
  <tr> 
   <td>636</td> 
   <td>637</td> 
   <td>2</td> 
   <td>Filename charset encoding.</td> 
  </tr> 
  <tr> 
   <td>638</td> 
   <td>639</td> 
   <td>2</td> 
   <td>Filename charset encoding flags.</td> 
  </tr> 
  <tr> 
   <td>640</td> 
   <td>1019</td> 
   <td>380</td> 
   <td>Padding.</td> 
  </tr> 
  <tr> 
   <td>1020</td> 
   <td>1023</td> 
   <td>4</td> 
   <td>Checksum of the superblock.</td> 
  </tr> 
 </tbody> 
</table>

不过这里暂时不管64位特性，所以对应的超级块结构体代码如下：

//
    // EXT2文件系统中的超级块，大小是1024个字节
    //
    typedef struct {
        
      UINT32   Ext2FsInodeCount;        //   0: Inode数据
      UINT32   Ext2FsBlockCount;        //   4: 块数据
      UINT32   Ext2FsRsvdBlockCount;    //   8: 已分配块的数据
      UINT32   Ext2FsFreeBlockCount;    //  12: 空闲块数目
      UINT32   Ext2FsFreeInodeCount;    //  16: 空闲Inode数据
      UINT32   Ext2FsFirstDataBlock;    //  20: 第一个数据块
      UINT32   Ext2FsLogBlockSize;      //  24: 块长度
      UINT32   Ext2FsFragmentSize;      //  28: 碎片长度
      UINT32   Ext2FsBlocksPerGroup;    //  32: 每个块组包含的块数
      UINT32   Ext2FsFragsPerGroup;     //  36: 每个块组包含的碎片
      UINT32   Ext2FsInodesPerGroup;    //  40: 每个块组的Inode数据
      UINT32   Ext2FsMountTime;         //  44: 装载时间
      UINT32   Ext2FsWriteTime;         //  48: 写入时间
      UINT16   Ext2FsMountCount;        //  52: 装载计数
      UINT16   Ext2FsMaxMountCount;     //  54: 最大装载计数
      UINT16   Ext2FsMagic;             //  56: 魔数，标记文件系统类型
      UINT16   Ext2FsState;             //  58: 文件系统状态
      UINT16   Ext2FsBehavior;          //  60: 检测到错误时的行为
      UINT16   Ext2FsMinorRev;          //  62: 副修订号
      UINT32   Ext2FsLastFsck;          //  64: 上一次检查的时间
      UINT32   Ext2FsFsckInterval;      //  68: 两次检查允许间隔的最长时间
      UINT32   Ext2FsCreator;           //  72: 创建文件系统的操作系统
      UINT32   Ext2FsRev;               //  76: 修订号
      UINT16   Ext2FsRsvdUid;           //  80: 能够使用保留块的默认UID
      UINT16   Ext2FsRsvdGid;           //  82: 能够使用保留块的默认GID
      //
      // 修订号大于等于1的版本才有下述的数据
      //
      UINT32   Ext2FsFirstInode;        //  84: 第一个非保留的Inode
      UINT16   Ext2FsInodeSize;         //  88: Inode结构的长度
      UINT16   Ext2FsBlockGrpNum;       //  90: 当前超级块所在的块组编号
      UINT32   Ext2FsFeaturesCompat;    //  92: 兼容特性集
      UINT32   Ext2FsFeaturesIncompat;  //  96: 不兼容特性集
      UINT32   Ext2FsFeaturesROCompat;  // 100: 只读兼容特性集
      UINT8    Ext2FsUuid[16];          // 104: 卷的128位UID
      CHAR8    Ext2FsVolumeName[16];    // 120: 卷名
      CHAR8    Ext2FsFSMnt[64];         // 136: 上一次装载的目录
      UINT32   Ext2FsAlgorithm;         // 200: 用于压缩
      UINT8    Ext2FsPreAlloc;          // 204: 试图预分配的块数
      UINT8    Ext2FsDirPreAlloc;       // 205: 试图为目录预分配的块数
      UINT16   Ext2FsRsvdGDBlock;       // 206: 为块描述符保留的块
      UINT32   Rsvd2[11];               // 208: 保留
      UINT16   Rsvd3;                   // 252: 保留
      UINT16   Ext2FsGDSize;            // 254: 开启64位模式时组描述符的大小（字节为单位）
      UINT32   Rsvd4[192];              // 256: 保留
    } EXT2FS;

BIOS下获取到的`Block IO`可能是磁盘本身的，也可能是分区的，对于超级块，一般是在分区上的，占据1个物理块或者2个物理块（因为磁盘的物理块可能只有512个字节，而超级块最大可以是1024个字节），所以获取超级块的代码大致如下：

//
      // 从磁盘读取超级块，读取方式需要根据硬盘的物理块来确定
      // 如果物理块大小是512字节，则指定Buffer大小是1024，即1个超级块的大小，然后读第2个物理块开始的2个物理块
      // 如果物理块大小是4096字节，则指定Buffer大小是4096，直接读第1个物理块即可
      //
      BufferSize = (BlockSize > SBSIZE) ? BlockSize : SBSIZE;
      Buffer = AllocatePool (BufferSize);
      if (NULL == Buffer) {
        
        Status = EFI_OUT_OF_RESOURCES;
        goto DONE;
      }
      Status = MediaReadBlocks (
                Volume->BlockIo,
                SBOFF / BlockSize,
                BufferSize,
                Buffer
                );
      if (EFI_ERROR (Status)) {
        
        DEBUG ((EFI_D_ERROR, "%a MediaReadBlocks failed. - %r\n", __FUNCTION__, Status));
        goto DONE;
      }
      //
      // 读取数据之后需要根据读的Buffer来确定超级块的位置
      // 如果读取2个物理块，则Offset是0，读到的数据就是超级块
      // 如果读取1个物理块，则这个物理块的offset为1024字节的偏移位置就是超级块的开始
      //
      SbOffset = (SBOFF < BlockSize) ? SBOFF : 0;
      Ext2Fs = (EXT2FS *)(&Buffer[SbOffset]);

获取到超级块数据之后就需要判断它是不是有效的超级块，判断代码：

//
      // 超级块首先需要判断魔术字是否正确
      //
      if (E2FS_MAGIC != Ext2Fs->Ext2FsMagic) {
        
        Status = EFI_NOT_FOUND;
        goto DONE;
      }
      //
      // 其次需要判断版本信息以及相关的配套数据是否正确
      // 1. 如果EXT2的版本是1，则第一个可用Inode是从Inode 11开始的（注意Inode的Index从1开始计数，而不是0）
      // 2. 文件系统中的Inode大小必须是固定的128个字节或者256个字节
      // 3. 兼容性判断
      //
      if ((Ext2Fs->Ext2FsRev > E2FS_REV1) ||
          ((E2FS_REV1 == Ext2Fs->Ext2FsRev)  &&
           ((EXT2_FIRSTINO != Ext2Fs->Ext2FsFirstInode) ||
            ((128 != Ext2Fs->Ext2FsInodeSize) && (256 != Ext2Fs->Ext2FsInodeSize)) ||
            (Ext2Fs->Ext2FsFeaturesIncompat & ~EXT2F_INCOMPAT_SUPP)))) {
        
        Status = EFI_NOT_FOUND;
        goto DONE;
      }

## 组描述符 ##

组描述符紧接在超级块之后，它的结构体说明如下：

<table> 
 <thead> 
  <tr> 
   <th>起始</th> 
   <th>结束</th> 
   <th>大小</th> 
   <th>描述</th> 
  </tr> 
 </thead> 
 <tbody> 
  <tr> 
   <td>0</td> 
   <td>3</td> 
   <td>4</td> 
   <td>Low 32bits of block address of block usage bitmap.</td> 
  </tr> 
  <tr> 
   <td>4</td> 
   <td>7</td> 
   <td>4</td> 
   <td>Low 32bits of block address of inode usage bitmap.</td> 
  </tr> 
  <tr> 
   <td>8</td> 
   <td>11</td> 
   <td>4</td> 
   <td>Low 32bits of starting block address of inode table.</td> 
  </tr> 
  <tr> 
   <td>12</td> 
   <td>13</td> 
   <td>2</td> 
   <td>Low 16bits of number of unallocated blocks in group.</td> 
  </tr> 
  <tr> 
   <td>14</td> 
   <td>15</td> 
   <td>2</td> 
   <td>Low 16bits of number of unallocated inodes in group.</td> 
  </tr> 
  <tr> 
   <td>16</td> 
   <td>17</td> 
   <td>2</td> 
   <td>Low 16bits of number of directories in group.</td> 
  </tr> 
  <tr> 
   <td>18</td> 
   <td>19</td> 
   <td>2</td> 
   <td>Block group features present.</td> 
  </tr> 
  <tr> 
   <td>20</td> 
   <td>23</td> 
   <td>4</td> 
   <td>Low 32-bits of block address of snapshot exclude bitmap.</td> 
  </tr> 
  <tr> 
   <td>24</td> 
   <td>25</td> 
   <td>2</td> 
   <td>Low 16-bits of Checksum of the block usage bitmap.</td> 
  </tr> 
  <tr> 
   <td>26</td> 
   <td>27</td> 
   <td>2</td> 
   <td>Low 16-bits of Checksum of the inode usage bitmap.</td> 
  </tr> 
  <tr> 
   <td>28</td> 
   <td>29</td> 
   <td>2</td> 
   <td>Low 16-bits of amount of free inodes. This allows us to optimize inode searching.</td> 
  </tr> 
  <tr> 
   <td>30</td> 
   <td>31</td> 
   <td>2</td> 
   <td>Checksum of the block group, <a href="https://wiki.osdev.org/index.php?title=CRC16&amp;action=edit&amp;redlink=1" rel="nofollow">CRC16</a>(UUID+group+desc).</td> 
  </tr> 
 </tbody> 
</table>

如果没有开启64位支持，则不用管上述写的`Low 32bits`，因为也没有更高位的了；如果开启了64位支持，则还有额外的内容：

<table> 
 <thead> 
  <tr> 
   <th>起始</th> 
   <th>结束</th> 
   <th>大小</th> 
   <th>描述</th> 
  </tr> 
 </thead> 
 <tbody> 
  <tr> 
   <td>32</td> 
   <td>35</td> 
   <td>4</td> 
   <td>High 32-bits of block address of block usage bitmap.</td> 
  </tr> 
  <tr> 
   <td>36</td> 
   <td>39</td> 
   <td>4</td> 
   <td>High 32-bits of block address of inode usage bitmap.</td> 
  </tr> 
  <tr> 
   <td>40</td> 
   <td>43</td> 
   <td>4</td> 
   <td>High 32-bits of starting block address of inode table.</td> 
  </tr> 
  <tr> 
   <td>44</td> 
   <td>45</td> 
   <td>2</td> 
   <td>High 16-bits of number of unallocated blocks in group.</td> 
  </tr> 
  <tr> 
   <td>46</td> 
   <td>47</td> 
   <td>2</td> 
   <td>High 16-bits of number of unallocated inodes in group.</td> 
  </tr> 
  <tr> 
   <td>48</td> 
   <td>49</td> 
   <td>2</td> 
   <td>High 16-bits of number of directories in group.</td> 
  </tr> 
  <tr> 
   <td>50</td> 
   <td>51</td> 
   <td>2</td> 
   <td>High 16-bits of amount of free inodes.</td> 
  </tr> 
  <tr> 
   <td>52</td> 
   <td>55</td> 
   <td>4</td> 
   <td>High 32-bits of block address of snapshot exclude bitmap.</td> 
  </tr> 
  <tr> 
   <td>56</td> 
   <td>57</td> 
   <td>2</td> 
   <td>High 16-bits of checksum of the block usage bitmap.</td> 
  </tr> 
  <tr> 
   <td>58</td> 
   <td>59</td> 
   <td>2</td> 
   <td>High 16-bits of checksum of the inode usage bitmap.</td> 
  </tr> 
  <tr> 
   <td>60</td> 
   <td>63</td> 
   <td>4</td> 
   <td>Reserved as of Linux 5.9rc3.</td> 
  </tr> 
 </tbody> 
</table>

不关注64位支持的话对应的代码如下：

//
    // EXT2文件系统块描述符
    //
    typedef struct {
        
      UINT32   Ext2BGDBlockBitmap;      // 块位图块所在位置
      UINT32   Ext2BGDInodeBitmap;      // Inode位图块所在位置
      UINT32   Ext2BGDInodeTables;      // Inode表块所在位置
      UINT16   Ext2BGDFreeBlocks;       // 空闲块数据
      UINT16   Ext2BGDFreeInodes;       // 空闲Inode数据
      UINT16   Ext2BGDNumDir;           // 目录数据
      UINT16   Rsvd;                    // 保留
      UINT32   Rsvd2[5];                // 保留
      UINT32   Ext2BGDInodeTablesHi;    // 如果支持64位模式，则表示Inode表块所在位置的高32位
      UINT32   Rsvd3[5];                // 保留
    } EXT2GD;

需要注意块组描述符并不是只有一个，而是一个集合，所以上述的结构体有多个。事实上每个块组中的包含了文件系统中**所有**块组的组描述符。因此从每个块组都可以确定系统中所有其它块组的下列信息：

*  块和Inode位图的位置
 *  Inode表的位置
 *  空闲块和Inode的数据

组描述符的个数通过如下的函数计算（磁盘大小是200M）：

#define HOWMANY(x, y)               (((x)+((y)-1))/(y))
    
    FileSystem->Ext2FsNumCylinder =
        HOWMANY ((FileSystem->Ext2Fs.Ext2FsBlockCount - FileSystem->Ext2Fs.Ext2FsFirstDataBlock),
                 FileSystem->Ext2Fs.Ext2FsBlocksPerGroup);

`Ext2FsBlockCount`表示的是块个数，因为一个块是1024字节（1KB），所以200M的磁盘对应的就是`204800`；`Ext2FsFirstDataBlock`表示的是EXT2文件系统的数据，所以最开始就是超级块，它在第一个块，所以这里的值是`1`；`Ext2FsBlocksPerGroup`表示的是一个块组的块个数，这个是在创建EXT2文件系统的时候就固定下来的，默认是`8192`。最终计算的结果是(((x)+((y)-1))/(y)) = (((204800 - 1)+((8192)-1))/(8192)) = 25。从计算方式来看，组描述符的个数主要跟磁盘大小有关。最后还需要注意的是组描述符个数的名称是`Ext2FsNumCylinder`，这里涉及到了Cylinder这个普通硬盘才会出现的概念，大概是对于那种通过磁头来寻址的硬盘来说，组描述符的设计有利于更快速的寻址，上述的计算方式也是为了服务于此。

计算一个Inode所在的块组和在该块组中的位置可以用如下的宏：

//
    // 计算Inode位置所在块组
    // 计算Inode在块组中的Index
    //
    #define INOTOCG(fs, x)              (((x) - 1) / (fs)->Ext2Fs.Ext2FsInodesPerGroup)
    #define INODETOFSBO(fs, x)          ((((x) - 1) % (fs)->Ext2Fs.Ext2FsInodesPerGroup) % (fs)->Ext2FsInodesPerBlock)

## Inode ##

Inode表的位置在组描述符中指定，从这里可以找到所有的Inode。其结构体描述如下：

<table> 
 <thead> 
  <tr> 
   <th>起始</th> 
   <th>结束</th> 
   <th>大小</th> 
   <th>描述</th> 
  </tr> 
 </thead> 
 <tbody> 
  <tr> 
   <td>0</td> 
   <td>1</td> 
   <td>2</td> 
   <td>Type and Permissions (<a href="https://wiki.osdev.org/Ext2#Inode_Type_and_Permissions" rel="nofollow">see below</a>)</td> 
  </tr> 
  <tr> 
   <td>2</td> 
   <td>3</td> 
   <td>2</td> 
   <td>User ID</td> 
  </tr> 
  <tr> 
   <td>4</td> 
   <td>7</td> 
   <td>4</td> 
   <td>Lower 32 bits of size in bytes</td> 
  </tr> 
  <tr> 
   <td>8</td> 
   <td>11</td> 
   <td>4</td> 
   <td>Last Access Time (in <a href="http://en.wikipedia.org/wiki/Unix_time" rel="nofollow">POSIX time</a>)</td> 
  </tr> 
  <tr> 
   <td>12</td> 
   <td>15</td> 
   <td>4</td> 
   <td>Creation Time (in <a href="http://en.wikipedia.org/wiki/Unix_time" rel="nofollow">POSIX time</a>)</td> 
  </tr> 
  <tr> 
   <td>16</td> 
   <td>19</td> 
   <td>4</td> 
   <td>Last Modification time (in <a href="http://en.wikipedia.org/wiki/Unix_time" rel="nofollow">POSIX time</a>)</td> 
  </tr> 
  <tr> 
   <td>20</td> 
   <td>23</td> 
   <td>4</td> 
   <td>Deletion time (in <a href="http://en.wikipedia.org/wiki/Unix_time" rel="nofollow">POSIX time</a>)</td> 
  </tr> 
  <tr> 
   <td>24</td> 
   <td>25</td> 
   <td>2</td> 
   <td>Group ID</td> 
  </tr> 
  <tr> 
   <td>26</td> 
   <td>27</td> 
   <td>2</td> 
   <td>Count of hard links (directory entries) to this inode. When this reaches 0, the data blocks are marked as unallocated.</td> 
  </tr> 
  <tr> 
   <td>28</td> 
   <td>31</td> 
   <td>4</td> 
   <td>Count of disk sectors (not Ext2 blocks) in use by this inode, not counting the actual inode structure nor directory entries linking to the inode.</td> 
  </tr> 
  <tr> 
   <td>32</td> 
   <td>35</td> 
   <td>4</td> 
   <td>Flags (<a href="https://wiki.osdev.org/Ext2#Inode_Flags" rel="nofollow">see below</a>)</td> 
  </tr> 
  <tr> 
   <td>36</td> 
   <td>39</td> 
   <td>4</td> 
   <td><a href="https://wiki.osdev.org/Ext2#OS_Specific_Value_1" rel="nofollow">Operating System Specific value #1</a></td> 
  </tr> 
  <tr> 
   <td>40</td> 
   <td>43</td> 
   <td>4</td> 
   <td>Direct Block Pointer 0</td> 
  </tr> 
  <tr> 
   <td>44</td> 
   <td>47</td> 
   <td>4</td> 
   <td>Direct Block Pointer 1</td> 
  </tr> 
  <tr> 
   <td>48</td> 
   <td>51</td> 
   <td>4</td> 
   <td>Direct Block Pointer 2</td> 
  </tr> 
  <tr> 
   <td>52</td> 
   <td>55</td> 
   <td>4</td> 
   <td>Direct Block Pointer 3</td> 
  </tr> 
  <tr> 
   <td>56</td> 
   <td>59</td> 
   <td>4</td> 
   <td>Direct Block Pointer 4</td> 
  </tr> 
  <tr> 
   <td>60</td> 
   <td>63</td> 
   <td>4</td> 
   <td>Direct Block Pointer 5</td> 
  </tr> 
  <tr> 
   <td>64</td> 
   <td>67</td> 
   <td>4</td> 
   <td>Direct Block Pointer 6</td> 
  </tr> 
  <tr> 
   <td>68</td> 
   <td>71</td> 
   <td>4</td> 
   <td>Direct Block Pointer 7</td> 
  </tr> 
  <tr> 
   <td>72</td> 
   <td>75</td> 
   <td>4</td> 
   <td>Direct Block Pointer 8</td> 
  </tr> 
  <tr> 
   <td>76</td> 
   <td>79</td> 
   <td>4</td> 
   <td>Direct Block Pointer 9</td> 
  </tr> 
  <tr> 
   <td>80</td> 
   <td>83</td> 
   <td>4</td> 
   <td>Direct Block Pointer 10</td> 
  </tr> 
  <tr> 
   <td>84</td> 
   <td>87</td> 
   <td>4</td> 
   <td>Direct Block Pointer 11</td> 
  </tr> 
  <tr> 
   <td>88</td> 
   <td>91</td> 
   <td>4</td> 
   <td>Singly Indirect Block Pointer (Points to a block that is a list of block pointers to data)</td> 
  </tr> 
  <tr> 
   <td>92</td> 
   <td>95</td> 
   <td>4</td> 
   <td>Doubly Indirect Block Pointer (Points to a block that is a list of block pointers to Singly Indirect Blocks)</td> 
  </tr> 
  <tr> 
   <td>96</td> 
   <td>99</td> 
   <td>4</td> 
   <td>Triply Indirect Block Pointer (Points to a block that is a list of block pointers to Doubly Indirect Blocks)</td> 
  </tr> 
  <tr> 
   <td>100</td> 
   <td>103</td> 
   <td>4</td> 
   <td>Generation number (Primarily used for NFS)</td> 
  </tr> 
  <tr> 
   <td>104</td> 
   <td>107</td> 
   <td>4</td> 
   <td>In Ext2 version 0, this field is reserved. In version &gt;= 1, Extended attribute block (File ACL).</td> 
  </tr> 
  <tr> 
   <td>108</td> 
   <td>111</td> 
   <td>4</td> 
   <td>In Ext2 version 0, this field is reserved. In version &gt;= 1, Upper 32 bits of file size (if feature bit set) if it’s a file, Directory ACL if it’s a directory</td> 
  </tr> 
  <tr> 
   <td>112</td> 
   <td>115</td> 
   <td>4</td> 
   <td>Block address of fragment</td> 
  </tr> 
  <tr> 
   <td>116</td> 
   <td>127</td> 
   <td>12</td> 
   <td><a href="https://wiki.osdev.org/Ext2#OS_Specific_Value_2" rel="nofollow">Operating System Specific Value #2</a></td> 
  </tr> 
 </tbody> 
</table>

可以看到有一部分成员是根据不同的操作系统存在差异的，对应的代码：

typedef struct {
        
      UINT16    Ext2DInodeMode;                     //   0: 文件模式，保存了访问权限和文件类型（目录，设备文件等）
      UINT16    Ext2DInodeUid;                      //   2: 所有者UID的低16位
      UINT32    Ext2DInodeSize;                     //   4: 文件长度，以字节为单位
      UINT32    Ext2DInodeAcessTime;                //   8: 上一次访问文件的时间戳
      UINT32    Ext2DInodeCreatTime;                //  12: 上一次修改Inode的时间戳
      UINT32    Ext2DInodeModificationTime;         //  16: 上一次修改文件的时间戳
      UINT32    Ext2DInodeDeletionTime;             //  20: 文件删除的时间戳
      UINT16    Ext2DInodeGid;                      //  24: 组ID的低16位
      UINT16    Ext2DInodeLinkCount;                //  26: 指向Inode的硬链接的数目
      UINT32    Ext2DInodeBlockCount;               //  28: 文件长度，以块为单位
      UINT32    Ext2DInodeStatusFlags;              //  32: 文件标志
      UINT32    Ext2DInodeLinuxRsvd1;               //  36: 保留
      UINT32    Ext2DInodeBlocks[NDADDR + NIADDR];  //  40: 块指针（块号），指向文件数据块的指针保存在这里，
                                                    //      默认情况下数组元素个数是12+3，前12个寻址直接块，
                                                    //      后3个用于实现简单、二次和三次间接
      UINT32    Ext2DInodeGen;                      // 100: 文件版本，用户NFS
      UINT32    Ext2DInodeFileAcl;                  // 104: 文件ACL（访问控制表）
      UINT32    Ext2DInodeDirAcl;                   // 108: 目录ACL（访问控制表）
      UINT32    Ext2DInodeFragmentAddr;             // 112: 碎片地址（未使用）
      UINT8     Ext2DInodeFragmentNum;              // 116: 碎片编号（未使用）
      UINT8     Ext2DInodeFragmentSize;             // 117: 锁片长度（未使用）
      UINT16    Ext2DInodeLinuxRsvd2;               // 118: 保留
      UINT16    Ext2DInodeUidHigh;                  // 120: 所有者UID的高16位
      UINT16    Ext2DInodeGidHigh;                  // 122: 组ID的高16位
      UINT32    Ext2DInodeLinuxRsvd3;               // 124: 保留
    } EXTFS_DINODE;

文件类型的可能值（BIT12 ~ BIT15）：

<table> 
 <thead> 
  <tr> 
   <th>Type value in hex</th> 
   <th>Type Description</th> 
  </tr> 
 </thead> 
 <tbody> 
  <tr> 
   <td>0x1000</td> 
   <td>FIFO</td> 
  </tr> 
  <tr> 
   <td>0x2000</td> 
   <td>Character device</td> 
  </tr> 
  <tr> 
   <td>0x4000</td> 
   <td>Directory</td> 
  </tr> 
  <tr> 
   <td>0x6000</td> 
   <td>Block device</td> 
  </tr> 
  <tr> 
   <td>0x8000</td> 
   <td>Regular file</td> 
  </tr> 
  <tr> 
   <td>0xA000</td> 
   <td>Symbolic link</td> 
  </tr> 
  <tr> 
   <td>0xC000</td> 
   <td>Unix socket</td> 
  </tr> 
 </tbody> 
</table>

访问权限的可能值（BIT0 ~ BIT11）：

<table> 
 <thead> 
  <tr> 
   <th>Permissionvalue in hex</th> 
   <th>Permissionvalue in octal</th> 
   <th>Permission Description</th> 
  </tr> 
 </thead> 
 <tbody> 
  <tr> 
   <td>0x001</td> 
   <td>00001</td> 
   <td><a href="http://en.wikipedia.org/wiki/Filesystem_permissions#Traditional_Unix_permissions" rel="nofollow">Other—execute permission</a></td> 
  </tr> 
  <tr> 
   <td>0x002</td> 
   <td>00002</td> 
   <td><a href="http://en.wikipedia.org/wiki/Filesystem_permissions#Traditional_Unix_permissions" rel="nofollow">Other—write permission</a></td> 
  </tr> 
  <tr> 
   <td>0x004</td> 
   <td>00004</td> 
   <td><a href="http://en.wikipedia.org/wiki/Filesystem_permissions#Traditional_Unix_permissions" rel="nofollow">Other—read permission</a></td> 
  </tr> 
  <tr> 
   <td>0x008</td> 
   <td>00010</td> 
   <td><a href="http://en.wikipedia.org/wiki/Filesystem_permissions#Traditional_Unix_permissions" rel="nofollow">Group—execute permission</a></td> 
  </tr> 
  <tr> 
   <td>0x010</td> 
   <td>00020</td> 
   <td><a href="http://en.wikipedia.org/wiki/Filesystem_permissions#Traditional_Unix_permissions" rel="nofollow">Group—write permission</a></td> 
  </tr> 
  <tr> 
   <td>0x020</td> 
   <td>00040</td> 
   <td><a href="http://en.wikipedia.org/wiki/Filesystem_permissions#Traditional_Unix_permissions" rel="nofollow">Group—read permission</a></td> 
  </tr> 
  <tr> 
   <td>0x040</td> 
   <td>00100</td> 
   <td><a href="http://en.wikipedia.org/wiki/Filesystem_permissions#Traditional_Unix_permissions" rel="nofollow">User—execute permission</a></td> 
  </tr> 
  <tr> 
   <td>0x080</td> 
   <td>00200</td> 
   <td><a href="http://en.wikipedia.org/wiki/Filesystem_permissions#Traditional_Unix_permissions" rel="nofollow">User—write permission</a></td> 
  </tr> 
  <tr> 
   <td>0x100</td> 
   <td>00400</td> 
   <td><a href="http://en.wikipedia.org/wiki/Filesystem_permissions#Traditional_Unix_permissions" rel="nofollow">User—read permission</a></td> 
  </tr> 
  <tr> 
   <td>0x200</td> 
   <td>01000</td> 
   <td><a href="http://en.wikipedia.org/wiki/Sticky_bit" rel="nofollow">Sticky Bit</a></td> 
  </tr> 
  <tr> 
   <td>0x400</td> 
   <td>02000</td> 
   <td>Set group ID</td> 
  </tr> 
  <tr> 
   <td>0x800</td> 
   <td>04000</td> 
   <td>Set user ID</td> 
  </tr> 
 </tbody> 
</table>

Inode的大小根据EXT2的版本不同，值也不同，具体的计算方法如下：

//
    // 计算INODE结构体的大小，跟EXT2版本有关：
    //   EXT2版本0中Inode的大小是128个字节；
    //   EXT2版本1开始，Inode的大小通过超级块中的成员指定；
    //
    #define EXT2_REV0_DINODE_SIZE       sizeof(EXTFS_DINODE)
    #define EXT2_DINODE_SIZE(fs)        ((fs)->Ext2Fs.Ext2FsRev > E2FS_REV0 ?    \
                                         (fs)->Ext2Fs.Ext2FsInodeSize :    \
                                         EXT2_REV0_DINODE_SIZE)

读取Inode的流程大致如下：

开始

读取超级块信息，包括块大小、块组中块的个数和Inode的个数、第一个组开始的块等信息

确定Inode属于哪个块组

读取该块组的描述符

根据块组描述符确定块组Inode表所在位置

确定Inode在该Inode表中的索引

读取Inode数据

结束

存储在Inode结构中的文件元数据能够关联到位于磁盘数据块部分的文件内容，二者之间的关联是通过将数据块的地址存储在Inode中建立的。需要注意，数据块并不一定是连续的。

数据块的地址存放在`Ext2DInodeBlocks`，不过`Ext2DInodeBlocks`只有总计15个32位的数据，而一个数据块的大小可能只有1024个字节，所以如果直接去指定的话，会发现数据显然是不够的。这里使用了直接和间接（间接还有好几级）来寻址数据块的方式，大致如下图所示：

![在这里插入图片描述][watermark_type_d3F5LXplbmhlaQ_shadow_50_text_Q1NETiBAamlhbmd3ZWkwNTEy_size_9_color_FFFFFF_t_70_g_se_x_16_pic_center]

直接寻址只用于小文件；如果文件较大，则会使用间接，此时文件系统在磁盘上分配一个数据块，不存储文件，专门用于存储块号，这样的话，假设一个块大小是1024字节，而32比特表示一个数据块地址，则可以存放256个指针，对应256个数据库块，能够存储的数据大小是256x1024=256K，如果是双重间接则能够存储的数据大小是256x256x1024=65536K，如果是三重间接则能够存储的数据大小是256x256x256x1024=16777216KB=16G，即单个文件最大支持的就是16GB。

直接寻址没有什么介绍的，间接寻址有两种方式，一种是EXT2本身的，一种是EXT4扩展的，这里主要介绍EXT4扩展的。

EXT4扩展版本使用了新的结构体来表示，称为EXT4扩展索引树，此时Inode结构体中的`Ext2DInodeBlocks`（60个字节）就不再是一个数组，而表示的是索引树结构体（大小也是60个字节）：

#define EXT4_MAX_HEADER_EXTENT_ENTRIES   4
    #define EXT4_EXTENT_HEADER_MAGIC         0xF30A
    //
    // 一个间接块可以表示的数据块，因为数据块寻址地址的大小是UINT32，就是块大小除以UINT32的大小
    //
    #define NINDIR(fs)                  ((fs)->Ext2FsBlockSize / sizeof(UINT32))
    //
    // EXT4扩展版的间接寻址
    //
    typedef struct {
        
      UINT16    EhMagic;      // 魔数0xF30A
      UINT16    EhEntries;    // 当前节点中有效entry的数目
      UINT16    EhMax;        // 当前节点中entry的最大数目
      UINT16    EhDepth;      // 当前节点在树中的深度
      UINT32    EhGen;        // 索引树版本
    } EXT4_EXTENT_HEADER;
    
    typedef struct {
        
      UINT32    EiBlk;        // 当前节点块的索引
      UINT32    EiLeafLo;     // 物理块指针低位
      UINT16    EiLeafHi;     // 物理块指针高位
      UINT16    EiUnused;
    } EXT4_EXTENT_INDEX;
    
    typedef struct {
        
      UINT32    Eblk;         // 当前节点的第一个块位置
      UINT16    Elen;         // 块数目
      UINT16    EstartHi;     // 物理块指针高位
      UINT32    EstartLo;     // 物理块指针低位
    } EXT4_EXTENT;
    //
    // 跟Inode中的Ext2DInodeBlocks大小一样，都是64个字节
    //
    typedef struct {
        
      EXT4_EXTENT_HEADER Eheader;
      union {
        
        EXT4_EXTENT_INDEX  Eindex[EXT4_MAX_HEADER_EXTENT_ENTRIES];
        EXT4_EXTENT        Extent[EXT4_MAX_HEADER_EXTENT_ENTRIES];
      } Enodes;
    } EXT4_EXTENT_TABLE;

整个索引的过程如下图所示（图片来自《Addition of Ext4 Extent and Ext3 HTree DIR Read-Only Support in NetBSD》）：

![在这里插入图片描述][watermark_type_d3F5LXplbmhlaQ_shadow_50_text_Q1NETiBAamlhbmd3ZWkwNTEy_size_16_color_FFFFFF_t_70_g_se_x_16_pic_center]

索引树的循环代码大致如下：

while (Etable->Eheader.EhDepth > 0) {
        
          ExtIndex = NULL;
          for (Index=1; Index < Etable->Eheader.EhEntries; Index++) {
        
            ExtIndex = &(Etable->Enodes.Eindex[Index]);
            if (((UINT32) FileBlock) < ExtIndex->EiBlk) {
        
              ExtIndex = &(Etable->Enodes.Eindex[Index-1]);
              break;
            }
            ExtIndex = NULL;
          }
    
          if (NULL != ExtIndex) {
        
            //
            // 目前还不支持48位
            //
            ASSERT (ExtIndex->EiLeafHi == 0);
            NextLevelNode = ExtIndex->EiLeafLo;
    
            //
            // 继续深入读取下一个间接块
            //
            Status = MediaReadBlocks (
                      File->BlockIo,
                      FSBTODB (Fp->FsPtr, (DADDRESS) NextLevelNode),
                      FileSystem->Ext2FsBlockSize,
                      Buf
                      );
            if (EFI_ERROR (Status)) {
        
              DEBUG ((EFI_D_ERROR, "%a MediaReadBlocks failed. - %r\n", __FUNCTION__, Status));
              return Status;
            }
    
            Etable = (EXT4_EXTENT_TABLE*) Buf;
            if (Etable->Eheader.EhMagic != EXT4_EXTENT_HEADER_MAGIC) {
        
                DEBUG ((DEBUG_ERROR, "EXT4 extent header magic mismatch 0x%X!\n", Etable->Eheader.EhMagic));
                return EFI_DEVICE_ERROR;
            }
          } else {
        
            DEBUG ((DEBUG_ERROR, "Could not find FileBlock #%d in the index extent data!\n", FileBlock));
            return EFI_NO_MAPPING;
          }
        }

## 文件读取 ##

一个文件对应一个Inode，Inode会对应到数据，但是Inode跟数据的对应根据前面的介绍可以看出有直接和间接两种方式，所以为了读取整个文件，需要先将文件切成块的大小，然后每个块对应一个文件索引，通过这个文件块索引结合Inode里面的寻址数据，最终找到对应的数据块，然后读取整个数据块。如此循环，直到将整个文件都读取出来。

未读完

读完

开始

读取超级块信息

读取组描述符

读取根目录

遍历整个路径，找到最终的文件Inode

循环读取块

将文件地址转换成块

根据块和Inode计算出数据块位置

读取块位置数据

结束

## 代码示例 ##

对应的代码实现已经上传[https://gitee.com/jiangwei0512/edk2-beni][https_gitee.com_jiangwei0512_edk2-beni]，命令执行结果：

![在这里插入图片描述][watermark_type_d3F5LXplbmhlaQ_shadow_50_text_Q1NETiBAamlhbmd3ZWkwNTEy_size_20_color_FFFFFF_t_70_g_se_x_16_pic_center 3]

[8acde59a90414b3697fba36643a4c09c.gif_pic_center]: https://img-blog.csdnimg.cn/8acde59a90414b3697fba36643a4c09c.gif#pic_center
[watermark_type_d3F5LXplbmhlaQ_shadow_50_text_Q1NETiBAamlhbmd3ZWkwNTEy_size_20_color_FFFFFF_t_70_g_se_x_16_pic_center]: https://img-blog.csdnimg.cn/b6812bad9e6e45f0a1150f0227956687.png?x-oss-process=image/watermark,type_d3F5LXplbmhlaQ,shadow_50,text_Q1NETiBAamlhbmd3ZWkwNTEy,size_20,color_FFFFFF,t_70,g_se,x_16#pic_center
[watermark_type_d3F5LXplbmhlaQ_shadow_50_text_Q1NETiBAamlhbmd3ZWkwNTEy_size_20_color_FFFFFF_t_70_g_se_x_16_pic_center 1]: https://img-blog.csdnimg.cn/495f27a6dae24cc493291bbc8acf1866.png?x-oss-process=image/watermark,type_d3F5LXplbmhlaQ,shadow_50,text_Q1NETiBAamlhbmd3ZWkwNTEy,size_20,color_FFFFFF,t_70,g_se,x_16#pic_center
[watermark_type_d3F5LXplbmhlaQ_shadow_50_text_Q1NETiBAamlhbmd3ZWkwNTEy_size_20_color_FFFFFF_t_70_g_se_x_16_pic_center 2]: https://img-blog.csdnimg.cn/4d12f4f7d5494492a465a726a77c1965.png?x-oss-process=image/watermark,type_d3F5LXplbmhlaQ,shadow_50,text_Q1NETiBAamlhbmd3ZWkwNTEy,size_20,color_FFFFFF,t_70,g_se,x_16#pic_center
[watermark_type_d3F5LXplbmhlaQ_shadow_50_text_Q1NETiBAamlhbmd3ZWkwNTEy_size_9_color_FFFFFF_t_70_g_se_x_16_pic_center]: https://img-blog.csdnimg.cn/5bed20ec4448418792e2216113e08fcb.png?x-oss-process=image/watermark,type_d3F5LXplbmhlaQ,shadow_50,text_Q1NETiBAamlhbmd3ZWkwNTEy,size_9,color_FFFFFF,t_70,g_se,x_16#pic_center
[watermark_type_d3F5LXplbmhlaQ_shadow_50_text_Q1NETiBAamlhbmd3ZWkwNTEy_size_16_color_FFFFFF_t_70_g_se_x_16_pic_center]: https://img-blog.csdnimg.cn/b6aef3f70a124e0485bf9783335b5e98.png?x-oss-process=image/watermark,type_d3F5LXplbmhlaQ,shadow_50,text_Q1NETiBAamlhbmd3ZWkwNTEy,size_16,color_FFFFFF,t_70,g_se,x_16#pic_center
[https_gitee.com_jiangwei0512_edk2-beni]: https://gitee.com/jiangwei0512/edk2-beni
[watermark_type_d3F5LXplbmhlaQ_shadow_50_text_Q1NETiBAamlhbmd3ZWkwNTEy_size_20_color_FFFFFF_t_70_g_se_x_16_pic_center 3]: https://img-blog.csdnimg.cn/b8ed724bbda04aff8ce414a55c264ee5.png?x-oss-process=image/watermark,type_d3F5LXplbmhlaQ,shadow_50,text_Q1NETiBAamlhbmd3ZWkwNTEy,size_20,color_FFFFFF,t_70,g_se,x_16#pic_center