1、毕业设计 开题报告 计算机科学与技术 EXT2 文件系统跟踪程序的设计与实现 一、选题的背景、意义 EXT2 文件系统的发展简史： Linux 是一种类 Unix操作系统， 它最初是以 Minix为基础开发的，所以早期的 Linux引进的是 Minix文件系统。但是 Minix有 两个重要的限制：其文件名最长不能超过 14 个字符且块地址最多只能存放 16 位整数（ 2 个字节），因此最大的文件不超过 64MB。为了解决这些限制，并把它们加入新的 Linux内核中，于是提出了虚拟文件系统。 在 VFS(虚拟文件系统 )被加人内核， 并于 1992年 4月开发出了第一个专门为 Linux设计的文
2、件系统被称为扩展文件系统 (Extended File System)或 EXT，被正式加入到 Linux0.96c版本中。在性能上比 Minix有了较大的提高，解除了 Minix的两个大的限制，如文件名最多可以使用 256个字符，文件最大长度可达 2GB，但是 EXT文件系统仍存在不少的问题，如处理速度不如 Minix，不支持数据时间 戳的修改等问题 。 这一文件系统使用链接表来追踪空闲块和空闲的 inode，这也使此文件系统产生了一些负面影响：一旦此文件系统使用过，这些链接 表就会变得混乱，而且文件系统也变得支离破碎。 对于上述问题， 1993年 1月的 alpha版本中出现了两个新的文件
3、系统 XIA文件系统和第二代扩展文件系统（ EXT2）。 XIA文件系统主要基于 MINIX 文件系统内核代码，在之前的文件系统上增加了一些新的改进。它基本上提供了长文件名、支持大磁盘和 3个时间戳的特性。另一方面， EXT2 文件系统在 EXT文件系统的基础上，进行代码重组和许多改进。它在思想上进行了前所未有的演变，并为以后的改进留下很大的空间。当这两文件系统首次发布时，它们的特点基本上一样。但 XIA文件系 统在设计时着重于小型化，因此 XIA 文件系统比 EXT2 文件系统更稳定。但之后由于 EXT2 文件系统修复了一些 BUG，实现并集成了一些新的特性，成为 Linux 操作系统的标准
4、文件系统。 EXT2在速度和 CPU利用率上较为突出，既可以用于标准的块设备，也可应用在软盘等移动存储器上。 EXT2是 GNU/Linux系统中标准的文件系统。它存取文件的性能极好，对于中、小型的文件更显示出优势。 EXT2可以坚持 256B的长文件名，其单一文件大小和文件系统本身的容量上限与文件系统本身的簇大小有关。但是， EXT2也存在一些问 题。由于它的设计者主要考虑的是文件系统性能方面的问题，而在写入文件内容的同时，并没有写入文件的meta-data（和文件有关的信息，例如权限、所有者、创造和访问时间）。 国内外研究现状 : 随着 Linux 系统的不断发展，所支持的文件格式系统也在
5、迅速扩充，特别是 Linux2.4内核正式的推出，出现了大量的文件系统。在 2001 年之前， EXT2 一直是 Linux 的标准文件系统。之后，选择就比较多了：兼容 EXT2 的 EXT3， ReiserFS。 SGI 公司移植到 Linux 的 XFS文件系统， IBM 开发的 JFS。鉴于种种原因， 从 Red Hat Linux7.2 发布版本开始， Linux 默认的文件系统为 EXT3 文件系统。 EXT3 直接从 EXT2 文件系统发展而来，它不仅继承了 EXT2的全部优点，还在可用性、完整性、速度和易于移植四个方面表现突出。 EXT3 还采用了日志技术，在系统突然发生故障的情
6、况下，可以大大提高文件系统的可靠性。 而 EXT3 最大的缺点是没有现代文件系统所具有的能提高文件数据处理速度和解压的高性能，另外使用EXT3 文件系统时要注意硬盘限额问题。 于是便催生了 EXT4。 EXT4 在性能、伸缩性和可靠性方面进行了大量的改进，并引用 了很多新的技术（如：使用区段（ EXTENT）来管理块和块管理相关的特性 延迟分配技术等）。 EXT4 采用了 48 块号和 EXTENT 映射技术，不仅增大了文件系统的容量，还改进了对大文件的访问效率，在使用 4KB 大小的数据块时， EXT4 可以支持的最大文件系统为 1EB。 发展趋势： 2.6.28 内核发布时， ext4 结
7、束了开发版，开始接受用户的使用。似乎 ext4 就将成为 Linux 文件系统的代名词。然而当您阅读很多有关 ext4 的文章时，会发现都不约而同地提到了 Btrfs，并认为 ext4 将是一个过渡的文件系 统。 ext4 的作者 Theodore Tso 也盛赞 Btrfs， 并认为 Btrfs 将成为下一代 Linux 标准文件系统。 Oracle， IBM， Intel 等厂商也对 Btrfs 表现出了极大的关注，投入了资金和人力。 在 Kevin Bowling 看来， ext2/3 等文件系统属于“古典时期”。文件系统的新时代是2005 年由 Sun 公司的 ZFS 开创的。 ZFS
8、 代表“ last word in file system”，意思是此后再也不需要开发其他的文件系统了。 ZFS 的确带来了很多崭新的观念，对文件系统来讲是一个划时代的作品。 如果比较 Btrfs 的特性，将会发现 Btrfs 和 ZFS 非常类似。也许我们可以认为 Btrfs就是 Linux 社区对 ZFS 所作出的回应。从此往后在 Linux 中也终于有了一个可以和 ZFS 相媲美的文件系统。 选题的意义： 通过编写简单的 EXT2 文件系统跟踪程序，加深对 Linux 文件系统的认识，进一步学习EXT2 文件系统的关键数据结构构成和操作，进而更加熟练的掌握并运用 Linux 操作系统。
9、二、研究的基本内容与拟解决的主要问题 研究的基本内容与拟解决的主要问题： Linux 系统的最大特点之一是对多种文件系 统的支持， EXT2 文件系统是 Linux 系统配置的标准文件系统，其结构与 UNIX 的文件系统类似。在 Linux 环境下编写一个 EXT2 文件系统跟踪程序，实现 EXT2 文件系统关键数据结构的显示任务： 1.完成超级块数据结构每个字段信息的显示； 2.显示每块组数据结构字段的信息； 3.根据输入的路径显示指定目录下所有文件的目录数据结构字段信息； 4.根据输入的文件的 I 节点号显示其 I 节点数据结构字段信息。 显示的主要信息包括： 1. 超级块信息； 2. 块
10、组信息； 3. 块位图和 I 节点位图的信息； 4. 目录信息； 5. I 节点信息； 6. 文件内容。 三、研究的方法与技术路线、研究难点，预期达到的目标 研究的方法与 技术路线： 熟悉 Linux 操作系统下的 C 语言高级编程，了解 Linux 操作系统的 shell 执行方式，熟练运用 C 语言对字符串进行处理。学习并掌握 Linux C 语言系统库函数的用法，熟练运用某些库函数来完成本文件跟踪系统的设计。 研究难点： Ext2 文件系统结构的掌握。 预期目标： 在 Red Hat Linux 操作系统下，设计并 实现一个简单的 EXT2 文件系统跟踪程序，实现EXT2 文件系统关键数
11、据结构的显示任务 等功能，能识别并提示错误的命令， 同时具有一 定的安全机制，并初步达到实用的水平。 四、论文详细工作进度和安排 第七学期第 10 周至第 18 周（ 2011 年 01 月 06 日前）：文献检索和资料收集，完成毕业论文（设计）文献综述、开题报告和外文翻译； 第八学期 第 1 周至第 3 周（ 2011 年 03 月 11 日前）：撰写论文提纲，完成毕业论文（设计）初稿、需求分析和概要设计； 第八学期 第 4 周至第 12 周（ 2011 年 05 月 13 日前）：详细设计、系统调试、和毕业论文（设计）完成定稿； 第八学期第 13 周（ 2011 年 05 月 20 日前）
12、：完成应用软件系统的设计和毕业论文（设计）送指导老师 和评阅老师评阅，准备答辩； 第八学期第 14 周：参加毕业论文（设计）答辩。 五、主要参考文献： 1 任爱华等 . 操作系统实验指导 M. 北京：清华大学出版社， 2004. 2 卢军 . Linux0.01 内核分析与操作系统设计 创造你自己的操作系统 M.北京： 清华大学出版社， 2004. 3（美） Bruce Molay 著，杨宗源等译 .Unix/Linux 编程实践教程 M. 北京：清华大学出版社， 2004. 4 怀石工作室 .Linux 上的 C 编程 M.北京：中国电力出版社， 2001. 5 杜华 .Linux 编程技术
13、详解 M.北京：人民邮电出版社， 2007. 6 童 永清 .Linux C 编程实战 M. 北京：人民邮电出版社， 2008. 7 (美 )Behrouz A.Forouzan， Richard F.Gilberg 著，彭松虎译 .Unix 和 Shell 程序设 计权威教程 M. 北京：清华大学出版社， 2003. 8 徐德民 .操作系统原理 Linux 篇 M.北京：国防工业出版社， 2004. 9 刘胤杰，岳浩等 . Linux 操作系统教程 M.北京：机械工业出版社， 2005. 10 逯燕玲，解文彬等 .Linux 操作系统 M.北京：机械工业出版社， 2007. 11 王俊伟 ,吴俊海 . L i n u x标准教程 M .北京 :清华大学出版 ,. 12 曹聪 , 范廉明 . 操作系统原理与分析 M . 北京 : 科学出版社 ,2003. 13 罗宇 ,邹鹏 ,吴刚 .操作系统 M.北京 :电子工业出版社 ,2003. 14 Abraham Silberschatz 等 .操作系统概念（第六版 影印版） M.北京： 高等教育出版社， John Wiley & Sons,Inc， 2002. 15BrianCarrier. File System Forensic AnalysisM.Crawfordsville:Addison-Wesley，2005.
