在實(shí)際寫(xiě)數(shù)據(jù)到磁盤(pán)之前需要分配磁盤(pán)上的空間。這里的寫(xiě)數(shù)據(jù)包括寫(xiě)文件數(shù)據(jù)、在目錄中創(chuàng)建文件和添加擴(kuò)展屬性等等。但凡需要存儲(chǔ)新數(shù)據(jù)的場(chǎng)景都需要分配磁盤(pán)空間。分配磁盤(pán)空間的主要功能在函數(shù)ext2_get_blocks中實(shí)現(xiàn)，該函數(shù)的原型如下所示：
static int ext2_get_blocks(struct inode *inode,
sector_t iblock, unsigned long maxblocks,
struct buffer_head *bh_result,
int create)
該函數(shù)原型中，重點(diǎn)需要說(shuō)明的是iblock參數(shù)，該參數(shù)表示文件的邏輯位置，位置以文件系統(tǒng)的塊大小為單位，值為文件系統(tǒng)的以0為起始位置邏輯地址。舉個(gè)簡(jiǎn)單的例子，加入文件系統(tǒng)格式化時(shí)塊大小是2K，而此時(shí)寫(xiě)入數(shù)據(jù)的偏移為4K，那么此時(shí)iblock就是2。也就是說(shuō)，該函數(shù)通過(guò)數(shù)據(jù)在文件中的邏輯位置計(jì)算需要分配多少磁盤(pán)空間。
函數(shù)ext2_get_blocks的主流程如圖1所示，該函數(shù)主要完成三方面的工作：
- 計(jì)算并獲取存儲(chǔ)路徑，我們知道文件數(shù)據(jù)是通過(guò)間接塊的方式存儲(chǔ)的，因此這里主要是根據(jù)數(shù)據(jù)邏輯地址計(jì)算出其存儲(chǔ)的路徑情況，并獲得該路徑。
- 計(jì)算需要分配的塊的數(shù)量和期望的磁盤(pán)物理位置。
-
分配磁盤(pán)空間，計(jì)算出需要的磁盤(pán)空間的數(shù)量后，最后該函數(shù)調(diào)用ext2_alloc_branch來(lái)分配需要的磁盤(pán)空間，具體就是將空間管理的位圖置位。
圖2 Ext2間接塊數(shù)組組織形式
為了容易理解磁盤(pán)整個(gè)分配磁盤(pán)空間的流程，我們先回顧一下Ext2的間接塊結(jié)構(gòu)，如圖2所示（具體解釋請(qǐng)參考本號(hào)歷史文章）。為了理解更清楚一些，我們假設(shè)請(qǐng)求的數(shù)據(jù)位置需要二級(jí)間接塊，因此，我們將該關(guān)系放大，如圖3所示。我們知道對(duì)于Ext2來(lái)說(shuō)，其地址是32位的，因此在間接塊中的數(shù)據(jù)其實(shí)可以理解為無(wú)符號(hào)整型的大數(shù)組。其中數(shù)組中的每一項(xiàng)就是一個(gè)下一級(jí)磁盤(pán)數(shù)據(jù)塊的地址。這樣我們根據(jù)數(shù)據(jù)在文件中的邏輯地址就可以計(jì)算出來(lái)需要幾級(jí)間接塊及位置數(shù)據(jù)在該間接塊中存放的位置。
有了間接塊需要的數(shù)據(jù)，我們?cè)诮Y(jié)合數(shù)據(jù)本身需要的磁盤(pán)空間，就可以計(jì)算出本次請(qǐng)求需要申請(qǐng)的磁盤(pán)空間。最后就是根據(jù)這些來(lái)分配磁盤(pán)空間了。下面我們分布詳細(xì)介紹一下各個(gè)流程的實(shí)現(xiàn)細(xì)節(jié)。
計(jì)算存儲(chǔ)路徑
所謂計(jì)算存儲(chǔ)路徑是指計(jì)文件數(shù)據(jù)邏輯地址在間接塊中存儲(chǔ)的物理地址表示。仍然以上述圖3為例，對(duì)于二級(jí)間接塊可存儲(chǔ)的情況，在分配磁盤(pán)空間之前需要計(jì)算出其在一級(jí)間接塊和二級(jí)間接塊中的位置。這樣，在后續(xù)的數(shù)據(jù)查找流程，根據(jù)這些間接塊中存儲(chǔ)的地址信息就可以找到文件某個(gè)位置的數(shù)據(jù)在磁盤(pán)的物理地址。
函數(shù)ext2_block_to_path用于計(jì)算數(shù)據(jù)在間接塊數(shù)組中存放的路徑。該函數(shù)的功能主要是根據(jù)邏輯地址計(jì)算出在深度及每一層的位置。前文我們已經(jīng)知道文件數(shù)據(jù)的放置方式，結(jié)合圖3以比較清楚的理解本函數(shù)的代碼。這里根據(jù)數(shù)據(jù)的邏輯地址分為4種情況，分別如下：
- ** 不需要間接塊 **： 也就是數(shù)據(jù)目的位置（以文件塊大小為單位）在12以?xún)?nèi)，則說(shuō)明是直接引用，不需要間接塊，此時(shí)在數(shù)組的前12個(gè)元素中的一個(gè)。
- ** 一級(jí)間接塊 **： 數(shù)據(jù)范圍在一級(jí)間接塊可表示的范圍內(nèi)，此時(shí)表示路徑的數(shù)組的第一個(gè)元素是inode數(shù)組中的第12個(gè)元素，而第二個(gè)元素則是在間接塊中的具體位置。比如i_block是18，此時(shí)通過(guò)直接尋址無(wú)法滿(mǎn)足要求，因此需要一級(jí)間接塊。這樣，offsets中第一個(gè)元素的值是12，表示是一級(jí)間接塊；offsets的第二個(gè)元素是6，因?yàn)橹苯铀饕梢员硎?2個(gè)數(shù)據(jù)塊，因此在間接塊中的分別可以存儲(chǔ)從第13到256+12的數(shù)據(jù)范圍，對(duì)于位置為18的數(shù)據(jù)在間接塊的位置就是6。
- ** 二三級(jí)間接塊 **： 以此類(lèi)推，根據(jù)邏輯地址的大小可能會(huì)需要二級(jí)甚至三級(jí)間接塊，依照這種算法可以計(jì)算出每一級(jí)間接塊的位置。這里不在贅述。
下面是本函數(shù)的代碼，本文加了一些注釋?zhuān)a本身比較簡(jiǎn)單，本文不在贅述。這里需要注意的是，除了返回深度和每一層的位置外，還會(huì)返回在最后的間接塊上可容納的地址的數(shù)量。比如計(jì)算出來(lái)在最后一級(jí)間接塊的位置是250，那么最多可容納6個(gè)地址。
static int ext2_block_to_path(struct inode *inode,
long i_block, int offsets[4], int *boundary)
{
int ptrs = EXT2_ADDR_PER_BLOCK(inode->i_sb); //這里計(jì)算出每個(gè)間接塊可以存儲(chǔ)多少地址
int ptrs_bits = EXT2_ADDR_PER_BLOCK_BITS(inode->i_sb); //塊大小的位數(shù)
const long direct_blocks = EXT2_NDIR_BLOCKS, //直接塊的數(shù)量
indirect_blocks = ptrs, //間接塊可存儲(chǔ)地址的數(shù)量
double_blocks = (1 << (ptrs_bits * 2)); //二級(jí)間接塊可存儲(chǔ)地址的數(shù)量
int n = 0;
int final = 0;
if (i_block < 0) {
ext2_msg(inode->i_sb, KERN_WARNING,
"warning: %s: block < 0", __func__);
} else if (i_block < direct_blocks) {
offsets[n++] = i_block;
final = direct_blocks;
} else if ( (i_block -= direct_blocks) < indirect_blocks) {
offsets[n++] = EXT2_IND_BLOCK;
offsets[n++] = i_block;
final = ptrs;
} else if ((i_block -= indirect_blocks) < double_blocks) {
offsets[n++] = EXT2_DIND_BLOCK;
offsets[n++] = i_block >> ptrs_bits;
offsets[n++] = i_block & (ptrs - 1);
final = ptrs;
} else if (((i_block -= double_blocks) >> (ptrs_bits * 2)) < ptrs) {
offsets[n++] = EXT2_TIND_BLOCK;
offsets[n++] = i_block >> (ptrs_bits * 2);
offsets[n++] = (i_block >> ptrs_bits) & (ptrs - 1);
offsets[n++] = i_block & (ptrs - 1);
final = ptrs;
} else {
ext2_msg(inode->i_sb, KERN_WARNING,
"warning: %s: block is too big", __func__);
}
if (boundary)
*boundary = final - 1 - (i_block & (ptrs - 1));
return n;
}
獲取存儲(chǔ)路徑
前面邏輯計(jì)算出了深度和每一級(jí)間接塊應(yīng)該存儲(chǔ)的信息，但具體的間接塊目前處于什么情況并不清楚。仍然以上述二級(jí)間接塊為例，可能會(huì)出現(xiàn)如下幾種情況：
- 用戶(hù)訪問(wèn)的數(shù)據(jù)位置所需要的間接塊已經(jīng)全部分配了
- 一級(jí)間接塊已經(jīng)具備了，但二級(jí)間接塊不具備
- 所有間接塊都不具備
因此，這里的工作就是根據(jù)當(dāng)前信息及上一步計(jì)算出的信息進(jìn)行綜合判斷，確定已經(jīng)具備的間接塊，并返回關(guān)鍵信息，為后續(xù)流程分配磁盤(pán)空間做準(zhǔn)備。具體實(shí)現(xiàn)在函數(shù)ext2_get_branch中。該函數(shù)的輸入是上一個(gè)函數(shù)的計(jì)算結(jié)果，輸出是需要分配的間接塊的信息（chain）。
static Indirect *ext2_get_branch(struct inode *inode,
int depth,
int *offsets,
Indirect chain[4],
int *err)
分配磁盤(pán)空間
完成間接塊情況分析之后，再經(jīng)過(guò)簡(jiǎn)單的計(jì)算，就可以計(jì)算出總共需要分配的磁盤(pán)塊的數(shù)量。然后就可以調(diào)用ext2_alloc_branch函數(shù)分配磁盤(pán)空間了。該函數(shù)主要調(diào)用了2個(gè)函數(shù)，具體如圖3所示。其中ext2_alloc_blocks用戶(hù)分配磁盤(pán)塊，本質(zhì)是將管理磁盤(pán)空間的位圖的對(duì)應(yīng)位進(jìn)行置位操作；另外一個(gè)函數(shù)sb_getblk用于從磁盤(pán)讀取該塊的數(shù)據(jù)，并進(jìn)行初始化。
初始化的目的比較明確，因?yàn)殚g接塊用來(lái)存儲(chǔ)地址信息，如果是從磁盤(pán)讀取的新間接塊數(shù)據(jù)可能是未知值，因此需要清零操作，并且完成本請(qǐng)求地址的初始化操作。
至此，磁盤(pán)空間分配的主要流程執(zhí)行完成，但仍然有一些小的處理流程，比如更新inode中的記錄最后一次分配位置、更新時(shí)間和將inode變臟等等。這些細(xì)節(jié)讀者可以自行閱讀代碼理解。
另外，為了簡(jiǎn)化，本文有些內(nèi)容沒(méi)有介紹，比如預(yù)留窗口，還有就是跨越間接塊的處理等問(wèn)題。這些問(wèn)題相對(duì)復(fù)雜一些，我們后續(xù)文章會(huì)繼續(xù)介紹。
