F2FS源码分析-1.5 [F2FS 元数据布局部分] Node Address Table-NAT结构

2024-06-14 10:08
文章标签 分析 数据 源码 布局 结构 table nat 部分 node address 1.5 f2fs

本文主要是介绍F2FS源码分析-1.5 [F2FS 元数据布局部分] Node Address Table-NAT结构，希望对大家解决编程问题提供一定的参考价值，需要的开发者们随着小编来一起学习吧！

F2FS源码分析系列文章
主目录
一、文件系统布局以及元数据结构
  1. 总体结构
  2. Superblock区域
  3. Checkpoint区域
  4. Segment Infomation Table区域(SIT)
  5. Node Address Table区域(NAT)
  6. Segment Summary Area区域(SSA)
二、文件数据的存储以及读写
三、文件与目录的创建以及删除(未完成)
四、垃圾回收机制
五、数据恢复机制
六、重要数据结构或者函数的分析

Node Address Table区域-NAT结构

Node Address Table，简称NAT，是F2FS用于集中管理node的结构。它的主要维护了一张表(如下图)，记录了每一个node在flash设备的物理地址。F2FS给每一个node分配了一个node ID(nid)，系统可以根据nid从NAT查找到该node在flash设备上的物理地址，然后从flash设备读取出来。

在这里插入图片描述

NAT在元数据区域的物理结构

在这里插入图片描述

如上图所示，NAT区域由N个struct f2fs_nat_block组成，每一个struct f2fs_nat_block包含了455个struct f2fs_nat_entry。每一个nid对应了一个entry，每一个entry记录了这个node的在flash设备上的物理地址block_addr。同时entry也记录了一个ino的值，这个值用于找到这个node的parent node，如果nid=ino则表示这个node是inode，如果nid != ino，则表示这是一个direct_node或者indrect_node(node的概念参考第二章的第一节)。version变量用于系统恢复。

NAT内存管理结构

NAT在内存中对应的管理结构是struct f2fs_nm_info，它在build_node_manager函数进行初始化(如下)。struct f2fs_nm_info不会将所有的NAT的数据都读取出来，而是读取NAT的一部分，然后构建free nid表，用于给新的node分配nid。

int build_node_manager(struct f2fs_sb_info *sbi)
{int err;/* 分配空间 */sbi->nm_info = kzalloc(sizeof(struct f2fs_nm_info), GFP_KERNEL);if (!sbi->nm_info)return -ENOMEM;/* 初始化sbi->nm_info的信息 */err = init_node_manager(sbi);if (err)return err;/* 构建free nids表，用于给新的node分配nid */build_free_nids(sbi);return 0;
}

init_node_manager函数主要用于初始化sbi->nm_info内的变量信息:

static int init_node_manager(struct f2fs_sb_info *sbi)
{struct f2fs_super_block *sb_raw = F2FS_RAW_SUPER(sbi);struct f2fs_nm_info *nm_i = NM_I(sbi);unsigned char *version_bitmap;unsigned int nat_segs, nat_blocks;/* NAT表在flash设备的起始物理地址 */nm_i->nat_blkaddr = le32_to_cpu(sb_raw->nat_blkaddr);/* segment_count_nat includes pair segment so divide to 2. */nat_segs = le32_to_cpu(sb_raw->segment_count_nat) >> 1;/* NAT区域包含了多少个block，从nm_i->nat_blkaddr开始的nat_blocks就是NAT表的存储空间 */nat_blocks = nat_segs << le32_to_cpu(sb_raw->log_blocks_per_seg);/* 最大的nid的值 */nm_i->max_nid = NAT_ENTRY_PER_BLOCK * nat_blocks;/* not used nids: 0, node, meta, (and root counted as valid node) */nm_i->available_nids = nm_i->max_nid - F2FS_RESERVED_NODE_NUM;nm_i->fcnt = 0;nm_i->nat_cnt = 0;nm_i->ram_thresh = DEF_RAM_THRESHOLD;nm_i->ra_nid_pages = DEF_RA_NID_PAGES;nm_i->dirty_nats_ratio = DEF_DIRTY_NAT_RATIO_THRESHOLD;/* list + radix tree就是构建了类似 HashMap的索引结构，用于缓存free nid的entry */INIT_RADIX_TREE(&nm_i->free_nid_root, GFP_ATOMIC);INIT_LIST_HEAD(&nm_i->free_nid_list);INIT_RADIX_TREE(&nm_i->nat_root, GFP_NOIO);INIT_RADIX_TREE(&nm_i->nat_set_root, GFP_NOIO);INIT_LIST_HEAD(&nm_i->nat_entries);mutex_init(&nm_i->build_lock);spin_lock_init(&nm_i->free_nid_list_lock);init_rwsem(&nm_i->nat_tree_lock);/* 每次一次分配nid的时候，就会更新这个next_scan_nid的值，下次就可以从这里开始搜索 */nm_i->next_scan_nid = le32_to_cpu(sbi->ckpt->next_free_nid);nm_i->bitmap_size = __bitmap_size(sbi, NAT_BITMAP);version_bitmap = __bitmap_ptr(sbi, NAT_BITMAP);if (!version_bitmap)return -EFAULT;nm_i->nat_bitmap = kmemdup(version_bitmap, nm_i->bitmap_size,GFP_KERNEL);if (!nm_i->nat_bitmap)return -ENOMEM;return 0;
}

build_free_nids主要用于构建free nid表，用于给新的node分配nid。 为了节省内存，F2FS不会将NAT中所有的free nid读取出来，只会读取一部分，因此使用nm_i->fcnt表示缓存了多少个free nid。然后会读取一定的数目的f2fs_nat_block出来，并遍历其中的每一个f2fs_nat_entry，加入到free nid的管理结构中。最后还会搜索一下log区域的free nid信息(参考Checkpoint区域一节)，也加入到free nid管理结构中。

void build_free_nids(struct f2fs_sb_info *sbi)
{struct f2fs_nm_info *nm_i = NM_I(sbi);struct curseg_info *curseg = CURSEG_I(sbi, CURSEG_HOT_DATA);struct f2fs_journal *journal = curseg->journal;int i = 0;nid_t nid = nm_i->next_scan_nid; // next_scan_nid的含义上面有介绍，从这里开始搜索free nid/* ** 为了节省内存，F2FS不会将NAT中所有的free nid读取出来，只会读取一部分* fcnt表示目前缓存了多少个free nid，如果大于NAT_ENTRY_PER_BLOCK，则不再缓存了*/if (nm_i->fcnt >= NAT_ENTRY_PER_BLOCK)return;/* * 因为准备开始读取NAT的page(block)，因此根据nid(next_scan_nid)的所在的block开始，* 读取FREE_NID_PAGES(=8)个page进入内存 */ra_meta_pages(sbi, NAT_BLOCK_OFFSET(nid), FREE_NID_PAGES,META_NAT, true);down_read(&nm_i->nat_tree_lock);while (1) {struct page *page = get_current_nat_page(sbi, nid);/* * 读取当前nid所在的f2fs_nat_block(page)，* 然后将free nid加入到nm_i->free_nid_list/root中 */scan_nat_page(sbi, page, nid);/* 释放当前的f2fs_nat_block对应的page */f2fs_put_page(page, 1);/* 已经读取了一个f2fs_nat_block，自然要跳到下一个f2fs_nat_block的第一个nid */nid += (NAT_ENTRY_PER_BLOCK - (nid % NAT_ENTRY_PER_BLOCK));if (unlikely(nid >= nm_i->max_nid))nid = 0;/* 所有block读完之后就跳出循环 */if (++i >= FREE_NID_PAGES)break;}/* 更新next_scan_nid，前面的已经扫描过了，下一次从这个nid开始扫描 */nm_i->next_scan_nid = nid;/* 遍历log的nat_journal记录的nat_entry信息，从中寻找free nid */down_read(&curseg->journal_rwsem);for (i = 0; i < nats_in_cursum(journal); i++) {block_t addr;/* 从journal中获取nid信息 */nid = le32_to_cpu(nid_in_journal(journal, i));/* 从journal中获取该nid对应的物理地址 */addr = le32_to_cpu(nat_in_journal(journal, i).block_addr);/* addr==NULL_ADDR 表示这个nid没有被文件使用，因此加入free nid，否则去除free nid */if (addr == NULL_ADDR) add_free_nid(sbi, nid, true);elseremove_free_nid(nm_i, nid);}up_read(&curseg->journal_rwsem);up_read(&nm_i->nat_tree_lock);ra_meta_pages(sbi, NAT_BLOCK_OFFSET(nm_i->next_scan_nid),nm_i->ra_nid_pages, META_NAT, false);
}

scan_nat_page函数的作用是扫描当前的f2fs_nat_block的每一个entry，并找到其中的free nid，加入到nm_i的free nid管理结构中。

static void scan_nat_page(struct f2fs_sb_info *sbi,struct page *nat_page, nid_t start_nid)
{struct f2fs_nm_info *nm_i = NM_I(sbi);struct f2fs_nat_block *nat_blk = page_address(nat_page);block_t blk_addr;int i;/* 找到start_nid的值是属于f2fs_nat_block的第几个entry */i = start_nid % NAT_ENTRY_PER_BLOCK;/* * 从这个entry开始遍历，* 如果blk_addr == NULL_ADDR则通过add_free_nid函数加入free nid的管理结构中，* 同时增加nm_i->fcnt的值 */for (; i < NAT_ENTRY_PER_BLOCK; i++, start_nid++) {if (unlikely(start_nid >= nm_i->max_nid))break;blk_addr = le32_to_cpu(nat_blk->entries[i].block_addr);f2fs_bug_on(sbi, blk_addr == NEW_ADDR);if (blk_addr == NULL_ADDR) {if (add_free_nid(sbi, start_nid, true) < 0)break;}}
}

这篇关于F2FS源码分析-1.5 [F2FS 元数据布局部分] Node Address Table-NAT结构的文章就介绍到这儿，希望我们推荐的文章对编程师们有所帮助！


http://www.chinasem.cn/article/1060102。

相关文章

HarmonyOS学习(七)——UI（五）常用布局总结

HarmonyOS学习(七)——UI（五）常用布局总结

自适应布局 1.1、线性布局（LinearLayout） 通过线性容器Row和Column实现线性布局。Column容器内的子组件按照垂直方向排列，Row组件中的子组件按照水平方向排列。 属性说明space通过space参数设置主轴上子组件的间距，达到各子组件在排列上的等间距效果alignItems设置子组件在交叉轴上的对齐方式，且在各类尺寸屏幕上表现一致，其中交叉轴为垂直时，取值为Vert
阅读更多...
大模型研发全揭秘：客服工单数据标注的完整攻略

大模型研发全揭秘：客服工单数据标注的完整攻略

在人工智能（AI）领域，数据标注是模型训练过程中至关重要的一步。无论你是新手还是有经验的从业者，掌握数据标注的技术细节和常见问题的解决方案都能为你的AI项目增添不少价值。在电信运营商的客服系统中，工单数据是客户问题和解决方案的重要记录。通过对这些工单数据进行有效标注，不仅能够帮助提升客服自动化系统的智能化水平，还能优化客户服务流程，提高客户满意度。本文将详细介绍如何在电信运营商客服工单的背景下进行
阅读更多...
基于MySQL Binlog的Elasticsearch数据同步实践

基于MySQL Binlog的Elasticsearch数据同步实践

一、为什么要做 随着马蜂窝的逐渐发展，我们的业务数据越来越多，单纯使用 MySQL 已经不能满足我们的数据查询需求，例如对于商品、订单等数据的多维度检索。 使用 Elasticsearch 存储业务数据可以很好的解决我们业务中的搜索需求。而数据进行异构存储后，随之而来的就是数据同步的问题。 二、现有方法及问题 对于数据同步，我们目前的解决方案是建立数据中间表。把需要检索的业务数据，统一放到一张M
阅读更多...
关于数据埋点，你需要了解这些基本知识

关于数据埋点，你需要了解这些基本知识

产品汪每天都在和数据打交道，你知道数据来自哪里吗？ 移动app端内的用户行为数据大多来自埋点，了解一些埋点知识，能和数据分析师、技术侃大山，参与到前期的数据采集，更重要是让最终的埋点数据能为我所用，否则可怜巴巴等上几个月是常有的事。   埋点类型 根据埋点方式，可以区分为： 手动埋点半自动埋点全自动埋点 秉承“任何事物都有两面性”的道理：自动程度高的，能解决通用统计，便于统一化管理，但个性化定
阅读更多...
使用SecondaryNameNode恢复NameNode的数据

使用SecondaryNameNode恢复NameNode的数据

1）需求： NameNode进程挂了并且存储的数据也丢失了，如何恢复NameNode 此种方式恢复的数据可能存在小部分数据的丢失。 2）故障模拟 （1）kill -9 NameNode进程 [lytfly@hadoop102 current]$ kill -9 19886 （2）删除NameNode存储的数据（/opt/module/hadoop-3.1.4/data/tmp/dfs/na
阅读更多...
异构存储（冷热数据分离）

异构存储（冷热数据分离）

异构存储主要解决不同的数据，存储在不同类型的硬盘中，达到最佳性能的问题。 异构存储Shell操作 （1）查看当前有哪些存储策略可以用 [lytfly@hadoop102 hadoop-3.1.4]$ hdfs storagepolicies -listPolicies （2）为指定路径（数据存储目录）设置指定的存储策略 hdfs storagepolicies -setStoragePo
阅读更多...
Hadoop集群数据均衡之磁盘间数据均衡

Hadoop集群数据均衡之磁盘间数据均衡

生产环境，由于硬盘空间不足，往往需要增加一块硬盘。刚加载的硬盘没有数据时，可以执行磁盘数据均衡命令。（Hadoop3.x新特性） plan后面带的节点的名字必须是已经存在的，并且是需要均衡的节点。 如果节点不存在，会报如下错误： 如果节点只有一个硬盘的话，不会创建均衡计划： （1）生成均衡计划 hdfs diskbalancer -plan hadoop102 （2）执行均衡计划 hd
阅读更多...
性能分析之MySQL索引实战案例

性能分析之MySQL索引实战案例

文章目录 一、前言二、准备三、MySQL索引优化四、MySQL 索引知识回顾五、总结 一、前言 在上一讲性能工具之 JProfiler 简单登录案例分析实战中已经发现SQL没有建立索引问题，本文将一起从代码层去分析为什么没有建立索引？ 开源ERP项目地址：https://gitee.com/jishenghua/JSH_ERP 二、准备 打开IDEA找到登录请求资源路径位置
阅读更多...
JAVA智听未来一站式有声阅读平台听书系统小程序源码

JAVA智听未来一站式有声阅读平台听书系统小程序源码

智听未来，一站式有声阅读平台听书系统 🌟&nbsp;开篇：遇见未来，从“智听”开始 在这个快节奏的时代，你是否渴望在忙碌的间隙，找到一片属于自己的宁静角落？是否梦想着能随时随地，沉浸在知识的海洋，或是故事的奇幻世界里？今天，就让我带你一起探索“智听未来”——这一站式有声阅读平台听书系统，它正悄悄改变着我们的阅读方式，让未来触手可及！ 📚&nbsp;第一站：海量资源，应有尽有 走进“智听
阅读更多...
【Prometheus】PromQL向量匹配实现不同标签的向量数据进行运算

【Prometheus】PromQL向量匹配实现不同标签的向量数据进行运算

✨✨ 欢迎大家来到景天科技苑✨✨ 🎈🎈 养成好习惯，先赞后看哦~🎈🎈 🏆 作者简介：景天科技苑 🏆《头衔》：大厂架构师，华为云开发者社区专家博主，阿里云开发者社区专家博主，CSDN全栈领域优质创作者，掘金优秀博主，51CTO博客专家等。 🏆《博客》：Python全栈，前后端开发，小程序开发，人工智能，js逆向，App逆向，网络系统安全，数据分析，Django，fastapi
阅读更多...

Copyright China编程 23002807@qq.com

沪ICP备2023033072号-2