前言

本篇将对 Ext3 文件系统的超级块进行分析，学习恢复损坏 0 号超级块的 Ext3 文件系统。

知识点总览

Ext3 文件系统的超级块分析
Ext3 文件系统的块组描述符分析
实例：恢复损坏 0 号超级块的 Ext3 文件系统

Ext3 文件系统的超级块分析

Ext3 文件系统的超级块起始于 2 号扇区，占用两个扇区。

当文件系统的块大小不同时，超级块所在块号是不同的。

文件系统块大小	超级块所在块号	超级块起始扇区
1KB（2 扇区）	2	4
2KB（4 扇区）	4	8
4KB（8 扇区）	8	16

当块大小为两个扇区时，0 号块是引导程序块或者保留块，超级块起始于 1 号块；
当块大小为 4 个扇区时，超级块起始于 0 号块，其位于 0 号块的后两个扇区，前两个扇区是引导程序或者保留扇区；
当块大小为 8 个扇区时，超级块也起始于 0 号块，其位于 0 号块的 2 ～ 3 号扇区，0 ～ 1 号扇区是引导程序或者保留扇区，4 ～ 7 号扇区则是空闲的。

上图为 Ext3 文件系统的前半个超级块，在 Ext3 文件系统的超级块中，关键参数为 0x00~0x5B 处

Ext3 文件系统的超级块关键参数

Ext3 文件系统 0x00~0x5B 处的关键参数如下图所示：

字节偏移	字段长度（字节）	字段名和定义
0x00 ～ 0x03	4	i-节点总数
0x04 ～ 0x07	4	总块数
0x08 ～ 0x0B	4	保留块数
0x0C ～ 0x0F	4	空闲块数
0x10 ～ 0x13	4	空闲 I-节点数
0x14 ～ 0x17	4	第一个数据块（即 0 号块组起始块号）
0x18 ～ 0x1B	4	块大小描述值
0x1C ～ 0x1F	4	段大小描述值（与“块大小描述值”相同）
0x20 ～ 0x23	4	每块组包含的块数
0x24 ～ 0x27	4	每块组包含的段数
0x28 ～ 0x2B	4	每块组包含的 i-节点数
0x2C ～ 0x2F	4	最后挂载时间
0x30 ～ 0x33	4	最后写入时间
0x34 ～ 0x35	2	挂载次数
0x36 ～ 0x37	2	最大挂载数
0x38 ～ 0x39	2	签名值
0x3A ～ 0x3B	2	文件系统状态
0x3C ～ 0x3D	2	错误处理方式
0x3E ～ 0x3F	2	次版本号
0x40 ～ 0x43	4	最后检查时间
0x44 ～ 0x47	4	强迫一致性检查的最大间隔时间
0x48 ～ 0x4B	4	创建文件系统的操作系统类型
0x4C ～ 0x4F	4	主版本号
0x50 ～ 0x51	2	用户 ID 保留块
0x52 ～ 0x53	2	组 ID 保留块
0x54 ～ 0x57	4	第一个非保留 i-节点
0x58 ～ 0x59	2	i-节点大小
0x5A ～ 0x5B	2	当前超级块所在块组

对超级块的关键参数进一步解释如下：

0x00 ～ 0x03：i-节点总数。是指当前文件系统中包含的 i-节点总数。
0x04 ～ 0x07：总块数。是指当前文件系统中包含的总块数。
0x08 ～ 0x0B：保留块数。是指为避免分区用完而给文件系统保留的块数，其数量一般为文件系统总块数的百分之五。
0x0C ～ 0x0F：空闲块数。是指当前文件系统未分配的块数。
0x10 ～ 0x13：空闲 i-节点数。是指当前文件系统未分配的 i-节点数目。
0x14 ～ 0x17：第一个数据块。是指 0 号块组起始块号。
0x18 ～ 0x1B：块大小描述值。用来描述文件系统每个块的字节数，具体描述方法为：当此参数的值为 N 时，块大小就等于 2^N×1024 字节。例如，该参数等于 2 时，块大小等于 4096 字节。
0x1C ～ 0x1F：段大小描述值。段大小是 UFS 中的一个概念，因为 Ext 文件系统来源于 UFS，所以超级块中保留了这个参数，但在文件系统中并不使用，该参数跟“块大小描述值”保持一致。
0x20 ～ 0x23：每块组包含的块数。是指文件系统每个块组中包含块的数量。
0x24 ～ 0x27：每块组包含的段数。因为“段”的概念在 Ext3 文件系统中已不再使用，所以该参数也跟“每块组包含的块数”保持一致。
0x28 ～ 0x2B：每块组包含的 i-节点数。是指文件系统每个块组中包含 i-节点的数量。
0x2C ～ 0x2F：最后挂载时间。是指文件系统最后一次挂载的时间。
0x30 ～ 0x33：最后写入时间。是指文件系统最后一次写入数据的时间。
0x34 ～ 0x35：挂载次数。是指文件系统到目前为止挂载的次数总和。
0x36 ～ 0x37：最大挂载数。是指文件系统挂载的最大次数。
0x38 ～ 0x39：签名值。是指文件系统的标志值，固定为十六进制数值“53 EF”。
0x3A ～ 0x3B：文件系统状态：

状态值	状态描述
0x0001	文件系统是干净的
0x0002	文件系统存在错误
0x0004	正在恢复孤立的 i-节点

0x3C ～ 0x3D：错误处理方式。是指当文件系统出错时，操作系统应该采取的处理方法。这个值在文件系统创建时被设置，它有三种处理方式：

数值	处理方式
0x0001	继续运行
0x0002	以只读方式重新挂载
0x0003	紧急处理

0x3E ～ 0x3F：小版本号，文件系统中的小版本号（minor revision level）
0x40 ～ 0x43：最后检查时间。是指文件系统最后一次运行一致性检查的时间。
0x44 ～ 0x47：强迫一致性检查的最大间隔时间。是指对文件系统强制运行一致性检查的最大间隔时间，以秒为单位。
0x48 ～ 0x4B：创建文件系统的操作系统类型。是指当前文件系统是由哪一种操作系统创建的。

数值	操作系统类型
0x00	Linux
0x01	GNU Hurd
0x02	Masix
0x03	Free BSD
0x04	Lites

0x4C ～ 0x4F：版本号，文件系统中的主版本号，为 Ext2 文件系统中遗留项。（Revision level）

在 ext2_fs 源码中的 #302 行定义了主版本号的两种取值

/*
 * Revision levels
 */
#define EXT2_GOOD_OLD_REV    0    /* The good old (original) format */
#define EXT2_DYNAMIC_REV    1     /* V2 format w/ dynamic inode sizes */

在 #54 #57 行调用了主版本号，当 主版本号 == 1 时，i- 节点大小为 128 字节，超级块中偏移 54H ～ 5BH 处的参数才有效，这部分参数属于“扩展超级块”。

#define EXT2_INODE_SIZE(s)    (((s).s_rev_level == EXT2_GOOD_OLD_REV) ? \
                              EXT2_GOOD_OLD_INODE_SIZE : \
                              (s).s_inode_size)
#define EXT2_FIRST_INO(s)    (((s).s_rev_level == EXT2_GOOD_OLD_REV) ? \
                              EXT2_GOOD_OLD_FIRST_INO : \
                              (s).s_first_ino)

在 ext3_fs 中没有该逻辑，因此该项在 ext3 中无效。

0x50 ～ 0x51：用户 ID 保留块。是指用户 ID 可以使用的保留块数。
0x52 ～ 0x53：组 ID 保留块。是指组 ID 可以使用的保留块数。
0x54 ～ 0x57：第一个非保留 i-节点。是指用户数据可以使用的第一个 i-节点号，一般都是 11 号 i-节点。
0x58 ～ 0x59：i-节点大小。是指文件系统中每个 i-节点的字节数。
0x5A ～ 0x5B：当前超级块所在块组。因为超级块在很多块组中有备份，该参数用来描述当前超级块所在的块组号。

Ext3 文件系统的超级块非关键参数

在超级块的 0x5C~0x1FF 之间，是 Ext3 文件系统的非关键参数，在进行分区恢复时，这些参数不是非常重要的，故本小节可以略过。

字节偏移	字段长度（字节）	字段名和定义
0x5C ～ 0x5F	4	兼容性特征标志
0x60 ～ 0x63	4	非兼容性特征标志
0x64 ～ 0x67	4	只读兼容性特征标志
0x68 ～ 0x77	16	卷的 UUID（全局 ID）
0x78 ～ 0x87	16	卷名
0x88 ～ 0xC7	64	最后挂载路径
0xC8 ～ 0xCB	4	位图算法
0xCC ～ 0xCC	1	文件预分配块数
0xCD ～ 0xCD	1	目录预分配块数
0xCE ～ 0xCF	2	未用
0xD0 ～ 0xDF	16	日志的 UUID
0xE0 ～ 0xE3	4	日志的 i-节点
0xE4 ～ 0xE7	4	日志设备号
0xE8 ～ 0xEB	4	最后的孤立 i-节点
0xEC ～ 0xEF	4	Hash 种子 1
0xF0 ～ 0xF3	4	Hash 种子 2
0xF4 ～ 0xF7	4	Hash 种子 3
0xF8 ～ 0xFB	4	Hash 种子 4
0xFC ～ 0xFF	4	默认 Hash 版本
0x100 ～ 0x103	4	默认挂载选项
0x104 ～ 0x107	4	第一个元数据块的块组
0x108 ～ 0x10B	4	文件系统创建时间
0x10C ～ 0x14F	68	日志节点信息备份

对超级块非关键参数进一步解释如下：

0x5C ～ 0x5F：兼容性特征标志。操作系统在挂载文件系统时，会检查其特征，如果存在兼容性特征标志，就将其挂载为正常的文件系统。

兼容性特征描述

数值	兼容性特征
0x0001	给目录预分配块以减少碎片
0x0002	存在 AFA 服务 i-节点
0x0004	文件系统包含日志，即 Ext3 文件系统
0x0008	i-节点有扩展属性
0x0010	文件系统能够调整大小
0x0020	目录使用 hash 树