[ext4]03 磁盘布局 – Flexible group分析

Flexible Block Groups (flex_bg)，我称之为“弹性块组”，是EXT4文件系统引入的一个feature。

所谓Flexible Block Groups，就是将连续的多个物理block groups绑在一起组成一个逻辑块组，这个逻辑块组就称之为Flex_group(也就是flex_bg)。

在一个Flex_group中，第一个物理block group是存放当前Flex_group的bitmap、inode表。比如Flex_group大小是4，那么group0将(按顺序)存放共superblock、group descriptors、group0~3的data block bitmaps、group0~3的inode bitmap，group0~3的inode tables，group0剩余的空间存放data(普通数据)。

大小设置：flex_bg = 2 ^ sb.s_log_groups_per_flex。

而之前EXT3系统，bitmaps (block bitmap, inode bitmap)及inode table是分散在各个group中分别管理的。

Ext4将其全部集中起来，至少有两个好处：

(1)减少了磁盘寻道操作：将频繁访问的block group资源放到有磁盘上一块连续区域

(2)可以一次性分配更多block给一个extent/run：以前的group将磁盘空间划分为众多不连续的空间片段，从而导致一个分配请求最大能只申请到一个group所管理的blocks。以最常用的4K BLOCK_SIZE来说，一个group最多能管理4K*8=32K个block（128M），但除去group本身的metadata (bitmap blocks: 2  inodes table: (32768 * 128  + 4095)/4096 = 1024)，还能剩下31742个block空闲，如果此group包含spare_super，还要减去super_block所占用的一个block。

明白了上面的问题，再来看flex_bg的实现就比较容易了。在创建EXT4卷时，mke2fs会根据用户指定的flex block group大小（flex_bg_size必须为，2的幂，单位为group），将最前的flex_bg_size个groups集中起来管理。

指定flex_bg_size为256个group:

[root@srv ~]# mke2fs -j -O flex_bg,extents,uninit_bg -G 256 -I 256 /dev/sdc

再用debugfs来查看新建EXT4卷group descriptions:

[root@srv ~]# debugfs /dev/sdc1

debugfs:  stats 
Filesystem volume name:   <none> 
Last mounted on:          <not available> 
Filesystem UUID:          5be014f5-5a27-4cf1-81dc-d1f55e71dfdd 
Filesystem magic number:  0xEF53 
Filesystem revision #:    1 (dynamic) 
Filesystem features:      has_journal ext_attr resize_inode dir_index filetype extent flex_bg sparse_super large_file uninit_bg 
Filesystem flags:         signed_directory_hash 
……
Inodes per group:         8192 
Inode blocks per group:   512 
Flex block group size:    256 
Filesystem created:       Fri Jul  8 23:02:47 2011 
……
Directories:              2 
Group  0: block bitmap at 1025, inode bitmap at 1281, inode table at 1537 
           4089 free blocks, 8181 free inodes, 2 used directories, 8181 unused inodes 
           [Checksum 0x2e4a] 
Group  1: block bitmap at 1026, inode bitmap at 1282, inode table at 2049 
           0 free blocks, 8192 free inodes, 0 used directories, 8192 unused inodes 
           [Inode not init, Checksum 0x4578] 
Group  2: block bitmap at 1027, inode bitmap at 1283, inode table at 2561 
           4095 free blocks, 8192 free inodes, 0 used directories, 8192 unused inodes 
           [Inode not init, Checksum 0xa897]

……

Group 255: block bitmap at 1280, inode bitmap at 1536, inode table at 142337 
           32768 free blocks, 8192 free inodes, 0 used directories, 8192 unused inodes 
           [Inode not init, Block not init, Checksum 0xcd10] 
Group 256: block bitmap at 8388608, inode bitmap at 8388864, inode table at8389120 
           0 free blocks, 8192 free inodes, 0 used directories, 8192 unused inodes 
           [Inode not init, Checksum 0x42cd]

……

Group 2384: block bitmap at 75497552, inode bitmap at 75497808, inode table at75538944 
          23296 free blocks, 8192 free inodes, 0 used directories, 8192 unused inodes 
          [Inode not init, Checksum 0xd1d2]

可以看出，group 0-255的block bitmap，inode bitmap及inodes table是连在一起的，如block bitmap是从1025开始到1280，inode bitmap则从1281开始，直到1536结束。inodes talbe也同样。后面从group 256开始，又是常规的不连续方式。

不妨再做个实验，将指定flex_bg_size设为4096,将所有group（共2385个）都包含进flexible block group:

[root@srv ~]# mke2fs -j -O flex_bg,extents,uninit_bg -G 4096 -I 256 /dev/sdc

启动debugfs来查看group descriptions:

[root@srv ~]# debugfs /dev/sdc1

……
Inode blocks per group:   512 
Flex block group size:    4096 
Filesystem created:       Fri Jul  8 23:14:02 2011 
……
Directories:              2 
Group  0: block bitmap at 1025, inode bitmap at 5121, inode table at 9217 
           7511 free blocks, 8181 free inodes, 2 used directories, 8181 unused inodes 
           [Checksum 0xee4f] 
Group  1: block bitmap at 1026, inode bitmap at 5122, inode table at 9729 
           0 free blocks, 8192 free inodes, 0 used directories, 8192 unused inodes 
           [Inode not init, Checksum 0x255d] 
Group  2: block bitmap at 1027, inode bitmap at 5123, inode table at 10241 
           4095 free blocks, 8192 free inodes, 0 used directories, 8192 unused inodes 
           [Inode not init, Checksum 0x047e]

……

Group 2384: block bitmap at 3409, inode bitmap at 7505, inode table at 1265665 
           23296 free blocks, 8192 free inodes, 0 used directories, 8192 unused inodes 
           [Inode not init, Checksum 0x8406]

看得出，整个flexible block group被分隔三部分，第一部分是所有的block bitmap，第二部分是所有的inode bitmap，最后是所有的inodes table。所有的表项都是连续存放于磁盘上的。

作者：Younger Liu，

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