F2FS源碼分析系列文章
主目錄
一、檔案系統布局以及中繼資料結構
二、檔案資料的存儲以及讀寫
三、檔案與目錄的建立以及删除(未完成)
四、垃圾回收機制
五、資料恢複機制
六、重要資料結構或者函數的分析
- f2fs_summary的作用
- f2fs_journal的作用
- f2fs_map_block的作用
- get_dnode_of_data的作用
- get_node_page的作用(未完成)
F2FS實體位址尋址的實作
VFS的讀寫都依賴于實體位址的尋址。經典的讀流程，VFS會傳入inode以及page index資訊給檔案系統，然後檔案系統需要根據以上信心，找到實體位址，然後通路磁盤将其讀取出來。F2FS的實體位址尋址，是通過
f2fs_get_dnode_of_data
函數實作。
在執行這個
f2fs_get_dnode_of_data
函數之前，需要通過
set_new_dnode
函數進行對資料結構
struct dnode_of_data
進行初始化:
struct dnode_of_data {
struct inode *inode; /* VFS inode結構 */
struct page *inode_page; /* f2fs_inode對應的node page */
struct page *node_page; /* 使用者需要通路的實體位址所在的node page，有可能跟inode_page一樣*/
nid_t nid; /* 使用者需要通路的實體位址所在的node的nid，與上面的node_page對應*/
unsigned int ofs_in_node; /* 使用者需要通路的實體位址位于上面的node_page對應的addr數組第幾個位置 */
bool inode_page_locked; /* inode page is locked or not */
bool node_changed; /* is node block changed */
char cur_level; /* 目前node_page的層次，按直接通路或者簡介通路的深度區分 */
char max_level; /* level of current page located */
block_t data_blkaddr; /* 使用者需要通路的實體位址 */
};
static inline void set_new_dnode(struct dnode_of_data *dn, struct inode *inode,
struct page *ipage, struct page *npage, nid_t nid)
{
memset(dn, 0, sizeof(*dn));
dn->inode = inode;
dn->inode_page = ipage;
dn->node_page = npage;
dn->nid = nid;
}
大部分情況下，僅需要傳入inode進行初始化:
然後根據需要通路的page index，執行
f2fs_get_dnode_of_data
函數尋找:
err = f2fs_get_dnode_of_data(&dn, page->index, type); // type類型影響了尋址的行為
blockt blkaddr = dn.data_blkaddr; // 獲得對應位置的實體位址資訊
接下來分析，函數是如何尋址，由于函數比較長和複雜，先分析一個比較重要的函數
get_node_path
函數的作用，它的用法是:
概念
在分析之前，我們要明确幾個概念。f2fs有三種node的類型，
f2fs_inode
，
direct_node
，和
indirect node
。其中
f2fs_inode
和
direct_node
都是直接儲存資料的位址指針，是以一般統稱為direct node，若有下橫線，例如
direct_node
，則表示資料結構
struct direct_node
，如果沒有下橫線，則表示直接儲存資料的位址指針的node，即
f2fs_inode
和
direct_node
。另外
indirect node
儲存的是間接尋址的node的nid，是以一般直接稱為為indirect node。
函數用法
int level;
int offset[4];
unsigned int noffset[4];
level = get_node_path(inode, page->index, offset, noffset);
這裡offset和noffset分别表示block offset和node offset，傳回的level表示尋址的深度，一共有4個深度，使用0~3表示:
level=0: 表示可以直接在
f2fs_inode
找到實體位址
level=1: 表示可以在
f2fs_inode->i_nid[0~1]
對應的
direct_node
能夠找到實體位址
level=2: 表示可以在
f2fs_inode->i_nid[2~3]
對應的
indirect_node
下的nid對應的
direct_node
能夠找到實體位址
level=3: 表示隻能在
f2fs_inode->i_nid[4]
對應
indirect_node
的nid對應的
indirect_node
的nid對應的
direct_node
才能找到位址
由于offset和noffset，表示的是實體位址尋址資訊，分别表示block偏移和direct node偏移來表示，它們是長度為4的數組，代表不同level 0~3 的尋址資訊。之後的函數可以通過offset和noffset将資料塊計算出來。
尋址原理
給定page->index，計算出level之後，offset[level]表示該page在所對應的direct node裡面的block的偏移，noffset[level]表示目前的node是屬于這個檔案的第幾個node(包括f2fs_node, direct_node, indirect_node)，下面用幾個例子展示一下 (注意下面計算的是不使用xattr的f2fs版本，如果使用了xattr結果會不同，但是表示的含義是一樣的):
例子1: 實體位址位于f2fs_inode
例如我們要尋找page->index = 665的資料塊所在的位置，顯然655是位于
f2fs_inode
内，是以level=0，是以我們隻需要看offset[0]以及noffset[0]的資訊，如下圖。offset[0] = 665表示這個資料塊在目前direct node(注意: f2fs_inode也是direct node的一種)的位置；noffset[0]表示目前direct node是屬于這個檔案的第幾個node，由于f2fs_inode是第一個node，是以noffset[0] = 0。
level = 0 // 可以直接在f2fs_inode找到實體位址
offset[0] = 665 // 由于level=0，是以我們隻需要看offset[level]=offset[0]的資訊，這裡offset[0] = 665表示位址位于f2fs_inode->i_addr[665]
noffset[0] = 0 // 對于level=0的情況，即看noffset[0]，因為level=0表示資料在唯一一個的f2fs_inode中，是以這裡表示inode。
例子2: 實體位址位于direct_node
例如我們要尋找page->index = 2113的資料塊所在的位置，它位于第二個direct_node，是以level=1。我們隻需要看offset[1]以及noffset[1]的資訊，如下圖。offset[1] = 172表示這個資料塊在目前direct node的位置，即
direct_node->addr[172]
；noffset[1]表示目前direct node是屬于這個檔案的第幾個node，由于它位于第二個direct_node，前面還有一個f2fs_inode以及一個direct node，是以這是第三個node，是以noffset[1] = 2。
level = 1 // 表示可以在f2fs_inode->i_nid[0~1]對應的direct_node能夠找到實體位址
offset[1] = 172 // 表示實體位址位于對應的node page的i_addr的第172個位置中，即direct_node->addr[172]
noffset[1] = 2 // 資料儲存在總共第三個node中 (1個f2fs_inode，2個direct_node)
例子3: 實體位址位于indirect_node
例如我們要尋找page->index = 4000的資料塊所在的位置，它位于第1個indirect_node的第2個direct_node中，是以level=2。我們隻需要看offset[2]以及noffset[2]的資訊，如下圖。offset[2] = 23表示這個資料塊在目前direct node的位置；noffset[2]表示目前direct node是屬于這個檔案的第幾個direct node，即這是第6個node。(1 * f2fs_inode + 2 * direct_node + 1 * indirect_node + 2 * direct node)。
offset[2] = 23
noffset[2] = 5
例子4: 實體位址位于indirect_node再indiret_node中 (double indirect node)
例如我們要尋找page->index = 2075624的資料塊所在的位置，它位于第一個double indirect_node的第一個indirect_node的第一個direct_node中，是以level=3。同理我們隻需要看offset[3]以及noffset[3]的資訊，如下，可以自己計算一下:
offset[3] = 17
noffset[3] = 2043
從上面可以知道
get_node_path
函數以後，執行可以根據offset和noffset直接知道page->index對應的實體位址，位于第幾個node page的第幾個offset對應的實體位址中。下面分析
f2fs_get_dnode_of_data
的原理:
int f2fs_get_dnode_of_data(struct dnode_of_data *dn, pgoff_t index, int mode)
{
struct f2fs_sb_info *sbi = F2FS_I_SB(dn->inode);
struct page *npage[4];
struct page *parent = NULL;
int offset[4];
unsigned int noffset[4];
nid_t nids[4];
int level, i = 0;
int err = 0;
// 通過計算得到offset, noffset，進而知道位于第幾個node page的第幾個offset對應的實體位址中
level = get_node_path(dn->inode, index, offset, noffset);
if (level < 0)
return level;
nids[0] = dn->inode->i_ino;
npage[0] = dn->inode_page;
if (!npage[0]) {
npage[0] = f2fs_get_node_page(sbi, nids[0]); // 擷取inode對應的f2fs_inode的node page
}
parent = npage[0];
if (level != 0)
nids[1] = get_nid(parent, offset[0], true); // 擷取f2fs_inode->i_nid
dn->inode_page = npage[0];
dn->inode_page_locked = true;
for (i = 1; i <= level; i++) {
bool done = false;
if (!nids[i] && mode == ALLOC_NODE) {
// 建立模式，常用，寫入檔案時，需要node page再寫入資料，是以對于較大檔案，在這裡建立node page
if (!f2fs_alloc_nid(sbi, &(nids[i]))) { // 配置設定nid
err = -ENOSPC;
goto release_pages;
}
dn->nid = nids[i];
npage[i] = f2fs_new_node_page(dn, noffset[i]); // 配置設定node page
// 如果i == 1，表示f2fs_inode->nid[0~1]，即direct node，直接指派到f2fs_inode->i_nid中
// 如果i != 1，表示parent是indirect node類型的，要指派到indirect_node->nid中
set_nid(parent, offset[i - 1], nids[i], i == 1);
f2fs_alloc_nid_done(sbi, nids[i]);
done = true;
} else if (mode == LOOKUP_NODE_RA && i == level && level > 1) {
// 預讀模式，少用，将node page全部預讀出來
npage[i] = f2fs_get_node_page_ra(parent, offset[i - 1]);
done = true;
}
if (i == 1) {
dn->inode_page_locked = false;
unlock_page(parent);
} else {
f2fs_put_page(parent, 1);
}
if (!done) {
npage[i] = f2fs_get_node_page(sbi, nids[i]); // 根據nid擷取node page
}
if (i < level) {
parent = npage[i]; // 注意這裡parent被遞歸地指派，目的是處理direct node和indrect node的指派問題
nids[i + 1] = get_nid(parent, offset[i], false); // 計算下一個nid
}
}
// 全部完成後，将結果指派到dn，然後退出函數
dn->nid = nids[level];
dn->ofs_in_node = offset[level];
dn->node_page = npage[level];
dn->data_blkaddr = datablock_addr(dn->inode, dn->node_page, dn->ofs_in_node); // 這個就是根據page index所得到的實體位址
return 0;
}
![Crash Consistency on File Systems: 檔案系統一緻性保證 Journaling File System & Log-structured File System[圖]](data:image/gif;base64,R0lGODlhAQABAIAAAP///wAAACwAAAAAAQABAAACAkQBADs=)