ext4文件系统与jbd2

最新推荐文章于 2025-11-22 23:05:15 发布

原创最新推荐文章于 2025-11-22 23:05:15 发布 · 895 阅读

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#Linux内核 #文件系统 #操作系统

哈喽，我是子牙老师，一个手写过操作系统、编程语言、Java虚拟机、docker、Ubuntu系统，玩透Windows内核、Linux内核的…硬核男人

这周想把课程《实战Linux内核》四期关于ext文件系统的部分结掉，本来想着把磁盘分区结构MBR与GPT搞透、再将ext、ext2、ext3、ext4涉及到的分区结构、块组、日志、直接块间接块寻址、extent搞明白，就可以轻松看懂ext4文件系统源码了，看的时候才发现，里面大量journal相关代码
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journal是什么呢？是ext4的日志模块jbd2相关代码。ext4文件系统对目录文件的所有操作，为了防止突发情况导致的元数据不一致，都会封装成jbd2的事务，所以如果你想彻底看懂ext4的源码，必须先将jbd2玩明白
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按照ChatGPT说的学习路径，课程《实战Linux内核》四期已经完成了1、2，现在把3搞明白，再去看ext4源码把4搞明白，ext4文件系统，你就能轻松看懂了
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这里打个小广告，如果你想真正学会Linux内核，学习我的课程，一定没错！教Linux内核的课程本就不多，以实战的方式讲Linux内核的，仅我一人！彻底学会Linux内核的三个标准：1、能够搭建出单步调试Linux内核环境；2、能够编写驱动在Linux内核中实战；3、能够编写Linux内核模块扩展Linux内核功能，我的课程中全部教！

接下来开始整jbd2，enjoy

为什么要封装成事务

可能很多人不理解，ext4文件系统为什么要将所有操作封装成事务？为什么封装成事务就能保证元数据一致？元数据是什么？

先解释什么是元数据，你通过stat命令查看一个目录看到的信息，就是目录的元信息
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在Linux内核层面，对应的就是ext4_inode、ext4_dir_entry_2
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看看inode=2的信息，数据块是block 730。目录的数据块中存储的是什么？子目录的ext4_dir_entry_2
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接下来说说ext4为什么要把所有操作封装成事务，你知道ext4文件系统创建一个目录要做哪些事情，你自然而言就懂了。就以mkdir为例，让你知道ext4创建一个目录的完整过程

这是ext4文件系统结构，比如在fs目录中创建目录ziya
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创建目录ziya时，第一步就是去申请inode number，去哪申请？inode位图。一个block是1024B，每个位映射一个inode number，1024*8=8172，即一个块组最多可以申请8172个inode number。
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如果申请到了inode，就要将对应的位改为1，比如块组0的inode位图位于block 85，需要将该block读出来，把对应的位改为1，然后写入，这是第一次写盘
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申请到了inode number，就需要创建inode节点，完成初始化，然后落盘，这是第二次写盘
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创建目录ziya时，会自动写入两个dentry：【.】与【…】，需要一个block作为数据盘。就得去读空闲块位图，block bitmap位于block 82，读出来，找到空闲位，改为1，写入，这是第三次写盘

还有将创建的目录ziya的信息写入父目录fs的数据块中，更新父目录fs的inode信息，父目录fs的数据块是block 730，读出来，写入，这是第四次写盘

父目录fs的inode=2，每个struct inode占128B，可以算出，父目录的inode信息在block 88上，读出来，更新数据，写盘，这是第五次写盘。更新哪些信息呢？比如
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ext4文件系统的超级块所在block，也有可能发生数据变动，就涉及到第六次写盘
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创建一个目录，要经历这么多次写盘，如果在某一步，停电了，比如在第二次写篇后停电了，后面的四次写篇都还没做，会发送怎样的结果？是不是就浪费了一个inode？

为了避免发生这样的事，ext4的解决方案是引入日志，即jbd2，将一次操作的所有写盘行为封装成一次事务，写入日志区域。Linux内核中的jbd2进程，会在合适的时机执行日志中的事务
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合适的时机有哪些呢？
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接下来就拿mkdir ziya生成的日志进行分析，看jbd2是怎么玩的

拿jbd2日志数据
开始实战！创建一个盘fs.img，打上ext4文件系统，挂载到fs目录中，进入fs目录，创建目录ziya
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执行了上述操作，来看下事务情况，两条事务数据
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mount会产生事务日志，匪夷所思吧。想不想知道mount产生的日志长啥样？等下带你看

接下来执行mkdir ziya，再看日志情况，多了两条日志
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接下来咱们来分析jbd2产生的日志数据

分析jbd2日志数据

默认情况，jbd2只能使用1M空间，一个block是1024B，jbd2用了1024个block，1M空间是这样用的，结构长这样
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日志超级块，固定使用inode=8，来看看它的信息
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日志超级块的数据块是从8274到9297。我们把它所有日志dump出来进行分析
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日志分层两段，第一段是mount时产生的，第二段是mkdir时产生的

block 1是执行mount时生成的Descriptor日志信息，block 3是执行mount时生成的Commit信息，那block 2是什么呢？从图中可以猜出，是要写盘的数据块，这个数据块是哪个block的呢？block 88的，如果你不信，可以来论证一下，先看看block 2的内容
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