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发信人: ykwch.bbs@bbs.cqupt.edu.cn (心蓝), 信区: Linux
标 题: About ext3 journaling 1
发信站: 幽幽黄桷兰 (Wed Dec 25 15:26:24 2002)
转信站: SZU!news.tiaozhan.com!news.happynet.org!CQUPT
这个post对我自己来说，目的有两个：一，有经验的，可以帮我检验一下
理解，没经验的，这可以作为一个入门级的文档；二，希望有兴趣的，能和我
一起做移植的工作。
EXT3，是在EXT2上设计的，可以说是 EXT2 + Journal（日志）。Journal
是为提高可靠性而设计的一个特殊的文件（确切说来也可以不是文件）。基本
过程是，把对文件系统操作划分为一个个事务，使用Journal记录这些事务，
然后再实际执行他们。这样，即使由于当机，导致事务没有完成，也可以根据
日志，快速的把文件系统恢复到一个正确的状态。可以看出以上所说的基本原
理、术语，都数据库相类似的。
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文件系统特点
文件系统保存两类数据：元数据(meta-data)和用户数据。元数据即分区
特征、目录结构、文件属性。
UNIX环境中有字符、区块两类设备，通常文件系统是存储在块设备中。保
存这些数据的基本单元是block (区块)，它通常是实际磁盘上 sector 大小的
2的幂次倍。创建、删除和修改文件等动作的最终结果，都是体现在对区块的
修改。
比如ext2分区中建立一个文件，需要完成这几步，(未必按照这个顺序)
a.分配inode，
b.需要找到他所在目录的inode，向他的数据中加入新的目录项，
c.分配文件所需的数据块。
d.修改分配inode的数据
（如果这些操作没有一起完成，那么你的磁盘上的文件系统就有点小问题了。）
显然这里至少修改了：
1（superblock）+1（inode-bitmap） + 1（inode-table）+ 1（block-bitmap）
这四个块。这也意味着，有了这四个块的正确数据，就足够把这个操作恢复了。
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缓存特点
缓存对文件系统显然是绝对不能少的，Unix的缓存的基本特征它以虚拟块为
单位。即，读取文件时，由文件文件系统计算出给定文件位置所对应的块号，根
据这个号码再向缓存管理模块请求这个块的数据。（插一句：还有另一种策略，
让缓存和文件偏移量相对应。也就是说，每个内核中的文件控制块(和物理文件
一一对应的数据结构)保存独立的缓存映射表，根据这个表可以直接从文件位置
（偏移量）找到数据，不需要文件系统的计算。这是NT的Cache Manager采取的
策略。）
这种结构使得journal层纪录的东西可以大大简化。它只要记住被修改的块
的编号和数据，就可以完成恢复。这个设计很妙，好处是journal层和文件系统
的耦合很小。其结果：
文件系统的恢复可以不需要具体文件系统代码的参与。文件系统只需要说：
journal层，你给我检查xxx分区，有错的话就恢复它。而Journal层有足够的信
息完成它。如果journal层中记录的是文件的操作：
如"创建大小为xxx,属性为yyyy的 /xyz/xxx 文件"，
恢复的时候，没有文件系统代码的帮助，journal层没办法完成。两边代码都少
了。
不同的文件系统都有可能使用一个journal层。道理很简单，对吧。
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Journal记录的数据
Journal提供两种记录模式，一种只记录元数据，另一种记录所有写入的数
据。第一眼看到，你就会感觉"第二种方式很可能慢"。的确，按照设计者自己
的说法，性能差不多减半，因为数据要写到journal和实际文件两个地方，即写
了两次。同时，第一种方式有可能会产生意料之外的问题。因为既然Journal只
记录了元数据，那么就只能保证元数据的一致性，但是用户数据就…,所以用户
可能会看到原来的数据，甚至看到原本属于其它文件的数据（可能的安全漏洞哦，
不过这个问题的对策设计者自己也有说）。
不过我自己总是在想，有没有避免第二种方式中写入两次的办法？如果有，
那就可以放弃第一种办法。你有什么想法？
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对外接口
有了上面的概念，自然就该转到接口定义了。Jbd提供给文件系统层的一个
包含transaction概念的接口。比如创建文件时，ext3告诉jbd，开始事务；需
要修改inode-bitmap时，告诉jbd，我要修改一个和inode-bitmap所在块对应的
缓存；做完了，告诉jbd，事务结束。
这个东西现在好像文档还是很少(至少98年，ext3就应该在开发过程中了)
关于接口，比我刚才说的稍详细的文档在：
Documentation/DocBook/journal-api.tmpl
(make之前的，起始位置自然是你的linux源文件的目录)
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实现。。。
头大的问题，其实让我看jbd的实现的原始动机是移植ext3，在看ext3时又
发现还有个jbd。事情常常就是这样在以出人意料的方式连接在一起，对于我
这样的初学者来说。
（to be continued）
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