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Author: DavidingPlus

为了工作/Linux/内核层/F2FS 文件系统.md

@@ -5,7 +5,7 @@ categories:
   - 内核层
 abbrlink: 257909f0
 date: 2025-12-24 17:30:00
-updated: 2025-12-25 16:40:00
+updated: 2025-12-29 16:40:00
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 <meta name="referrer" content="no-referrer"/>
@@ -71,7 +71,7 @@ F2FS 的核心精髓在于它能感知数据的“温度”。Log 区域指的
 
 ## 闪存设备物理布局
 
-![image-20251224164153966](./F2FS 文件系统.assets/image-20251224164153966.png)
+![image-20251224164153966](https://cdn.davidingplus.cn/images/2025/12/29/image-20251224164153966.png)
 
 通过 mkfs.f2fs 格式化后，整个存储空间被划分为六大功能区。除了主数据区外，前五个区域统称为元数据区。
 
@@ -109,7 +109,7 @@ SIT 负责监控 **Main Area** 中每个 Segment 的使用情况。它包含一
 
 SuperBlock 区域的结构如下：
 
-![image-20251224165214273](./F2FS 文件系统.assets/image-20251224165214273.png)
+![image-20251224165214273](https://cdn.davidingplus.cn/images/2025/12/29/image-20251224165214273.png)
 
 Superblock区域是由两个 `struct f2fs_super_block` 结构组成，互为备份。
 
@@ -538,7 +538,7 @@ Checkpoint（检查点，简称 CP）是 F2FS 维护数据一致性的灵魂结
 
 CheckPoint 区域的结构如下。从图中看出分别是 checkpoint 元数据区域(f2fs_checkpoint)、orphan node 区域、active segments 区域。同时 active segments 区域在不同的情况下，会有不同的形式，目的是减少 IO 的写入。
 
-![image-20251224170347186](./F2FS 文件系统.assets/image-20251224170347186.png)
+![image-20251224170347186](https://cdn.davidingplus.cn/images/2025/12/29/image-20251224170347186.png)
 
 ## f2fs_checkpoint 结构
 
@@ -760,7 +760,7 @@ Segment Infomation Table，简称 SIT，是 F2FS 用于集中管理 segment 状
 
 SIT 区域的结构如下。SIT 区域由 N 个 `struct f2fs_sit_block` 组成，每一个 `struct f2fs_sit_block` 包含了 55 个 `struct f2fs_sit_entry`，每一个 entry 对应了一个 segment 的管理状态。每一个 entry 包含了三个变量: vblocks(记录这个 segment 有多少个 block 已经被使用了)，valid_map(记录这个 segment 里面的哪一些 block 是无效的)，mtime(表示修改时间)。
 
-<img src="./F2FS 文件系统.assets/image-20251225152548700.png" alt="image-20251225152548700" style="zoom:67%;" />
+<img src="https://cdn.davidingplus.cn/images/2025/12/29/image-20251225152548700.png" alt="image-20251225152548700" style="zoom:67%;" />
 
 SIT 的基本存放单元是 `struct f2fs_sit_block`，定义如下:
 
@@ -1289,13 +1289,13 @@ static void init_dirty_segmap(struct f2fs_sb_info *sbi)
 
 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。表的结构如下：
 
-![image-20251225153846231](./F2FS 文件系统.assets/image-20251225153846231.png)
+![image-20251225153846231](https://cdn.davidingplus.cn/images/2025/12/29/image-20251225153846231.png)
 
 ## 元数据的物理结构
 
 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。version 变量用于系统恢复。
 
-<img src="./F2FS 文件系统.assets/image-20251225153933456.png" alt="image-20251225153933456" style="zoom:65%;" />
+<img src="https://cdn.davidingplus.cn/images/2025/12/29/image-20251225153933456.png" alt="image-20251225153933456" style="zoom:65%;" />
 
 ## 内存管理结构
 
@@ -1551,7 +1551,7 @@ Segment Summary Area，简称 SSA，是 F2FS 用于集中管理物理地址到
 
 `f2fs_journal` 属于 journal 的信息，它的作用是减少频繁地对 NAT 区域以及 SIT 区域的更新。例如，当系统写压力很大的时候，segment bitmap 更新就会很频繁，就会对 `struct f2fs_sit_entry` 结构进行频繁地改动。如果这个时候频繁将新的映射关系写入 SIT，就会加重写压力。此时可以将数据先写入到 journal 中，因此 **journal 的作用就是维护这些经常修改的数据，等待 CP 被触发的时候才写入磁盘，从而减少写压力**。也许这里会有疑问，为什么将 journal 放在 SSA 区域而不是 NAT 区域以及 SIT 区域呢？这是因为这种存放方式可以减少元数据区域空间的占用。
 
-<img src="./F2FS 文件系统.assets/image-20251225154609242.png" alt="image-20251225154609242" style="zoom:67%;" />
+<img src="https://cdn.davidingplus.cn/images/2025/12/29/image-20251225154609242.png" alt="image-20251225154609242" style="zoom:67%;" />
 
 SSA 的基本存放单元是 `struct f2fs_summary_block`，定义如下：
 
@@ -1595,7 +1595,7 @@ SSA 在内存没有单独的管理结构，summary 以及 journal 在内存中
 
 文件数据的组织方式一般时被设计为 inode-data 模式，即每一个文件都具有一个 inode，这个 inode 记录 data 的组织关系，这个关系称为**文件结构**。例如用户需要访问 A 文件的第 1000 个字节，系统就会先根据 A 文件的路径找到的 A 的 inode，然后从 inode 找到第 1000 个字节所在的物理地址，然后从磁盘读取出来。那么 F2FS 的文件结构是怎么样的呢？
 
-<img src="./F2FS 文件系统.assets/image-20251225155522809.png" alt="image-20251225155522809" style="zoom:80%;" />
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 F2FS 中的一个 inode，包含两个主要部分: metadata 部分，和数据块寻址部分。我们重点观察数据块寻址部分，分析 inode 时如何将数据块索引出来。在图中，数据块寻址部分包含 direct pointers，single-indirect，double-indirect，以及 triple-indirect。它们的含义分别是：