为什么包含其他文件系统的文件的碎片级别如此之大?

为什么包含其他文件系统的文件的碎片级别如此之大?

我刚刚发现什么稀疏文件是并且想对它们进行一些实验。在 wiki 上,您可以了解到这些文件很容易变得碎片化。我想检查一下情况有多糟糕。我通过以下方式创建了一个文件:

# truncate -s 10G sparse-file
# mkfs.ext4 -m 0 -L sparse ./sparse-file

我挂载的是稀疏文件,里面放了一个600M的文件。碎片级别如下所示:

# filefrag -v "/media/Grafi/sparse-file"
Filesystem type is: ef53
File size of /media/Grafi/sparse-file is 10737418240 (2621440 blocks of 4096 bytes)
 ext:     logical_offset:        physical_offset: length:   expected: flags:
   0:        0..    1032:      36864..     37896:   1033:
   1:     1043..    1043:      37907..     37907:      1:
   2:     1059..    1059:      37923..     37923:      1:
   3:     9251..    9256:      46115..     46120:      6:
   4:    32768..   32770:      51200..     51202:      3:      69632:
   5:    34816..   55295:      77824..     98303:  20480:      53248:
   6:    55296..   57343:     114688..    116735:   2048:      98304:
   7:    57344..   69631:     120832..    133119:  12288:     116736:
   8:    69632..   81919:     102400..    114687:  12288:     133120:
   9:    81920..   98303:     135168..    151551:  16384:     114688:
  10:    98304..   98306:      57344..     57346:      3:     151552:
  11:   100352..  112639:     151552..    163839:  12288:      59392:
  12:   112640..  145407:     165888..    198655:  32768:     163840:
  13:   145408..  163839:     198656..    217087:  18432:
  14:   163840..  163842:      40960..     40962:      3:     217088:
  15:   165888..  178175:     217088..    229375:  12288:      43008:
  16:   178176..  202751:     231424..    255999:  24576:     229376:
  17:   202752..  206847:     258048..    262143:   4096:     256000:
  18:   206848..  216756:     276480..    286388:   9909:     262144:
  19:   229376..  229378:      43008..     43010:      3:     299008:
  20:   294912..  294914:      53248..     53250:      3:     108544:
  21:   524288..  524288:      55296..     55296:      1:     282624:
  22:   819200..  819202:      61440..     61442:      3:     350208:
  23:   884736..  884738:      63488..     63490:      3:     126976:
  24:  1048576.. 1048577:      67584..     67585:      2:     227328:
  25:  1081344.. 1081391:      69632..     69679:     48:     100352:
  26:  1572864.. 1572864:      71680..     71680:      1:     561152:
  27:  1605632.. 1605634:      73728..     73730:      3:     104448:
  28:  2097152.. 2097152:      75776..     75776:      1:     565248:
  29:  2097167.. 2097167:      75791..     75791:      1:             last
/media/Grafi/sparse-file: 25 extents found

我认为这是因为“稀疏”功能,但看起来所有包含其他文件系统的文件都以这种方式变得碎片化。看一下下面的例子:

创建一个全是零的文件:

# dd if=/dev/zero of=./zero bs=1M count=2048 

检查其碎片级别:

# filefrag -v /media/Grafi/zero
Filesystem type is: ef53
File size of /media/Grafi/zero is 2147483648 (524288 blocks of 4096 bytes)
 ext:     logical_offset:        physical_offset: length:   expected: flags:
   0:        0..   32767:    6172672..   6205439:  32768:
   1:    32768..   65535:    6205440..   6238207:  32768:
   2:    65536..   98303:    6238208..   6270975:  32768:
   3:    98304..  118783:    6270976..   6291455:  20480:
   4:   118784..  151551:    6324224..   6356991:  32768:    6291456:
   5:   151552..  184319:    6356992..   6389759:  32768:
   6:   184320..  217087:    6389760..   6422527:  32768:
   7:   217088..  249855:    6422528..   6455295:  32768:
   8:   249856..  282623:    6455296..   6488063:  32768:
   9:   282624..  315391:    6488064..   6520831:  32768:
  10:   315392..  348159:    6520832..   6553599:  32768:
  11:   348160..  380927:    6553600..   6586367:  32768:
  12:   380928..  413695:    6586368..   6619135:  32768:
  13:   413696..  446463:    6619136..   6651903:  32768:
  14:   446464..  479231:    6651904..   6684671:  32768:
  15:   479232..  511999:    6684672..   6717439:  32768:
  16:   512000..  524287:    6717440..   6729727:  12288:             last,eof
/media/Grafi/zero: 2 extents found

所以基本上,这个文件有 17 个范围,但是从人类的角度来看,该文件有两个块

现在在此文件中创建一个文件系统:

# mkfs.ext4 -m 0 -L ext /media/Grafi/zero

再次检查其碎片:

# filefrag -v /media/Grafi/zero

Filesystem type is: ef53
File size of /media/Grafi/zero is 2147483648 (524288 blocks of 4096 bytes)
 ext:     logical_offset:        physical_offset: length:   expected: flags:
   0:        0..     257:    5505024..   5505281:    258:
   1:      265..     265:    5505289..   5505289:      1:
   2:      272..     273:    5505296..   5505297:      2:
   3:      289..     289:    5505313..   5505313:      1:
   4:     8481..    8486:    5507361..   5507366:      6:    5513505:
   5:    32768..   32769:    5509120..   5509121:      2:    5531648:
   6:    98304..   98305:    5511168..   5511169:      2:    5574656:
   7:   163840..  163841:    5513216..   5513217:      2:    5576704:
   8:   229376..  229377:    5515264..   5515265:      2:    5578752:
   9:   262144..  262144:    5517312..   5517312:      1:    5548032:
  10:   294912..  294913:    5519360..   5519361:      2:    5550080: last
/media/Grafi/zero: 8 extents found

有谁知道这里到底发生了什么?为什么在其上创建文件系统后文件会变得碎片化?发生了什么length

添加:

mkfs.ext4参数-Enodiscard不起作用。通过此选项,我可以看到文件的结构filefrag(归零块)。但以这种方式创建文件系统后,无论如何,文件都会由于某种原因变得碎片化。也许是因为写入了文件系统元数据,并且它对归零的文件做了一些操作。我不知道。但是当我观察 的输出时filefrag,我可以看到总是有 +6 个范围(在 2G 文件的情况下)。也许是因为超级块及其 5 个副本?但这仍然不能解释为什么整个文件是碎片化的——它仍然是同一个文件。

还有一件事。当我在此文件中重新创建文件系统时:

# mkfs.ext4 -Enodiscard /media/Grafi/zero
mke2fs 1.43 (17-May-2016)
/media/Grafi/zero contains a ext4 file system
        created on Thu Jun  2 13:02:28 2016
Proceed anyway? (y,n) y
Creating filesystem with 524288 4k blocks and 131072 inodes
Filesystem UUID: 6d58dddc-439b-4175-9af6-8628f0d2a278
Superblock backups stored on blocks:
        32768, 98304, 163840, 229376, 294912

Allocating group tables: done
Writing inode tables: done
Creating journal (16384 blocks): done
Writing superblocks and filesystem accounting information: done

添加的范围神奇地消失了。

答案1

这看起来像是一个错误,mke2fs导致它在清零 inode 表中的空间时使用它fallocate(fd, PUNCH_HOLE, ...)而不是使用它(即使在使用时)。fallocate(fd, DISCARD_ZERO, ...)-E nodiscard

在本地验证了此行为后,我向上游邮件列表提交了错误报告[email protected],并在一小时内获得了补丁,主题:

e2fprogs: block zero/discard cleanups

它们应该包含在 e2fsprogs-1.45 版本中,并且可能1.44.x 维护版本。如果您希望它们出现在供应商e2fsprogs版本中,我建议您修补+构建您的 e2fsprogs 以验证这是否适合您,报告成功以便linux-ext4补丁更快落地,然后向您选择的发行版提交错误报告,以便他们将上游补丁拉入其版本中。

答案2

$ /sbin/mkfs.ext4 test1
mke2fs 1.42.12 (29-Aug-2014)
Discarding device blocks: done
[...]

现在有提示了。我们看看说明书上是怎么说的:

-E extended-options
discard
  Attempt  to  discard blocks at mkfs time (discarding blocks initially is useful
  on solid state devices and sparse / thin-provisioned storage). When the  device
  advertises that discard also zeroes data (any subsequent read after the discard
  and before write returns zero), then mark all not-yet-zeroed  inode  tables  as
  zeroed.  This significantly speeds up filesystem initialization. This is set as
  default.

因此,基本上,mkfs 知道底层存储上的旧数据不再重要,因此可以将其丢弃,并且底层存储可能有更好的方法来做到这一点,而不是仅仅用零覆盖。有了它,这里的文件系统就可以忘记数据块。

之后,mkfs 以某种随机访问模式构建它所需的任何文件系统结构,从而分配新的数据块。文件再次变得稀疏,并且存在一些碎片。

结果-Enodiscard也许就是你所期望的:

$ /sbin/mkfs.ext4 -Enodiscard test2
$ /usr/sbin/filefrag test2
test2: 2 extents found

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