NOVA文件系统——空间管理之初始化free-list

本文链接：https://blog.youkuaiyun.com/SweeNeil/article/details/106504737

本文深入探讨了NOVA文件系统中的空间管理，特别是free-list的初始化过程。从nova_fill_super开始，接着是nova_alloc_block_free_lists分配free_list结构，nova_init进行NOVA实例初始化，然后通过nova_init_blockmap进行空间初始化，包括nova_init_free_list和nova_insert_blocktree。NOVA使用free_list和红黑树管理空闲页面，通过一系列步骤完成空间分配和初始化。

摘要生成于 C知道，由 DeepSeek-R1 满血版支持，前往体验 >

NOVA为了让NVMM空间分配与回收更快，它将NVMM分为持久性内存池（pools），每个CPU一个内存池（pool），并将空闲的NVMM页面lists放置在DRAM中。

如果当前的CPU pool中没有足够的页面可用，那么NOVA就从最大的那个池（pool）中进行分配，同时使用per-pool locks进行保护。

为了减少分配器的大小，NOVA使用一棵红黑树来维护空闲列表按地址排序，从而实现有效的合并并提供O（logn）回收。

为了提高性能，NOVA在运行期间不将分配器状态存储在NVMM中。正常关闭时，它将在电源中断的情况下将分配器状态记录到recovery inode’s log ，并通过扫描所有索引节点的日志来恢复分配器状态。

NOVA积极分配日志空间，以避免需要频繁调整日志大小。最初，inode的日志包含一页。当日志耗尽可用空间时，NOVA分配足够的新页面使日志空间增加一倍，并将其附加到日志中。如果日志长度超过给定阈值，则NOVA每次都会分配固定数量的页面。

NOVA源码：
https://github.com/NVSL/NOVA （论文中的）

https://github.com/NVSL/linux-nova（后续更新）

使用DRAM模拟持久性内存：
https://blog.youkuaiyun.com/SweeNeil/article/details/90265226

NOVA的安装与挂载：
https://blog.youkuaiyun.com/qq_34018840/article/details/79739307

在源码中 balloc.c文件中主要是与空间管理相关的代码~

1、free-list初始化

在NOVA中使用 struct free_list结构来描述空闲列表，在这里我把free_list称为空闲列表描述符，每个CPU都有一个free_list，该结构定义在头文件nova.h中：

struct free_list {
	spinlock_t s_lock;
     //rb_tree的根，前面介绍过红黑树来进行按地址排序的空闲列表维护
	struct rb_root	block_free_tree;
	struct nova_range_node *first_node;
	struct nova_range_node *last_node;
	int 		index;
	unsigned long	csum_start;
	unsigned long	replica_csum_start;
	unsigned long	parity_start;
	unsigned long	block_start;
	unsigned long	block_end;
	unsigned long	num_free_blocks;
	unsigned long	num_blocknode;
	unsigned long	num_csum_blocks;
	unsigned long	num_parity_blocks;
	u32		csum;		/* Protect integrity */

	/* Statistics */
	unsigned long	alloc_log_count;
	unsigned long	alloc_data_count;
	unsigned long	free_log_count;
	unsigned long	free_data_count;
	unsigned long	alloc_log_pages;
	unsigned long	alloc_data_pages;
	unsigned long	freed_log_pages;
	unsigned long	freed_data_pages;

	u64		padding[8];	/* Cache line break */
};

要分析NOVA空间管理，先从NOVA开始的地方出发，在super.c中，有init_nova_fs（），这是NOVA文件系统模块的加载函数，里面对nova_range_node_cachep、nova_inode_cachep、nova_snapshot_info_cachep开辟空间，然后注册文件系统~

在NOVA被mount的时候，整个流程如下：
vfs_kern_mount（vfs代码，super.c）->mount_fs（vfs代码，super.c）-> nova_mount（nova代码，这里传进来了sb，说明sb在这之前就进行了初始化，在mount_fs中）-> nova_fill_super（）；

static struct dentry *nova_mount(struct file_system_type *fs_type,
				  int flags, const char *dev_name, void *data)
{
	return mount_bdev(fs_type, flags, dev_name, data, nova_fill_super);
}