f2fs文件系统的页缓存

时间：2022-12-06 09:58:55

f2fs有三种inode，meta_inode，node_inode和普通的文件inode，前两种inode只存在于vfs层，且数量只有一个。meta_inode对应于SIT，NAT，SSA，checkpoint和super block这些文件系统元数据，node inode对应于main area的node segment的数据，普通文件inode读写的区域对应于main area的data segment。所以，所有的f2fs数据的读写都是通过vfs层的inode的。这些inode的保存在f2fs_sb_info中，在文件系统初始化时f2fs_fill_super生成。再看inode的初始化过程，在函数inode.c/f2fs_iget中：

struct inode *f2fs_iget(struct super_block *sb, unsigned long ino)
{
	struct f2fs_sb_info *sbi = F2FS_SB(sb);
	struct inode *inode;
	int ret = 0;

	inode = iget_locked(sb, ino);
	if (!inode)
		return ERR_PTR(-ENOMEM);

	if (!(inode->i_state & I_NEW)) {
		trace_f2fs_iget(inode);
		return inode;
	}
	if (ino == F2FS_NODE_INO(sbi) || ino == F2FS_META_INO(sbi))
		goto make_now;

	ret = do_read_inode(inode);
	if (ret)
		goto bad_inode;
make_now:
	if (ino == F2FS_NODE_INO(sbi)) {
		inode->i_mapping->a_ops = &f2fs_node_aops;
		mapping_set_gfp_mask(inode->i_mapping, GFP_F2FS_ZERO);
	} else if (ino == F2FS_META_INO(sbi)) {
		inode->i_mapping->a_ops = &f2fs_meta_aops;
		mapping_set_gfp_mask(inode->i_mapping, GFP_F2FS_ZERO);
	} else if (S_ISREG(inode->i_mode)) {
		inode->i_op = &f2fs_file_inode_operations;
		inode->i_fop = &f2fs_file_operations;
		inode->i_mapping->a_ops = &f2fs_dblock_aops;
	} else if (S_ISDIR(inode->i_mode)) {
		inode->i_op = &f2fs_dir_inode_operations;
		inode->i_fop = &f2fs_dir_operations;
		inode->i_mapping->a_ops = &f2fs_dblock_aops;
		mapping_set_gfp_mask(inode->i_mapping, GFP_F2FS_ZERO);
	} else if (S_ISLNK(inode->i_mode)) {
		inode->i_op = &f2fs_symlink_inode_operations;
		inode->i_mapping->a_ops = &f2fs_dblock_aops;
	} else if (S_ISCHR(inode->i_mode) || S_ISBLK(inode->i_mode) ||
			S_ISFIFO(inode->i_mode) || S_ISSOCK(inode->i_mode)) {
		inode->i_op = &f2fs_special_inode_operations;
		init_special_inode(inode, inode->i_mode, inode->i_rdev);
	} else {
		ret = -EIO;
		goto bad_inode;
	}
	unlock_new_inode(inode);
	trace_f2fs_iget(inode);
	return inode;

bad_inode:
	iget_failed(inode);
	trace_f2fs_iget_exit(inode, ret);
	return ERR_PTR(ret);
}
初始化过程区别对待了meta_inode和node_inode，再看看它们的address_space_operation： 

const struct address_space_operations f2fs_node_aops = {	.writepage	= f2fs_write_node_page,	.writepages	= f2fs_write_node_pages,	.set_page_dirty	= f2fs_set_node_page_dirty,	.invalidatepage	= f2fs_invalidate_node_page,	.releasepage	= f2fs_release_node_page,};
const struct address_space_operations f2fs_meta_aops = {	.writepage	= f2fs_write_meta_page,	.writepages	= f2fs_write_meta_pages,	.set_page_dirty	= f2fs_set_meta_page_dirty,};
也许大家会觉得奇怪，为什么只有writepage而没有readpage呢，那它们是怎么读磁盘上的数据呢？文件系统实现了两个函数node.c/get_node_page和checkpoint.c/get_meta_page，这两个函数的流程类似，都是首先使用grab_cache_page去获取特定位置的页，grab_cache_page首先会查找address_space的基数树，如果找到该页则返回，如果找不到，则从伙伴系统分配一个新的页；然后调用f2fs_readpage读取磁盘上该页的内容。 

struct page *get_meta_page(struct f2fs_sb_info *sbi, pgoff_t index)
{
	struct address_space *mapping = sbi->meta_inode->i_mapping;
	struct page *page;
repeat:
	page = grab_cache_page(mapping, index);
	if (!page) {
		cond_resched();
		goto repeat;
	}
	if (PageUptodate(page))
		goto out;

	if (f2fs_readpage(sbi, page, index, READ_SYNC))
		goto repeat;

	lock_page(page);
	if (page->mapping != mapping) {
		f2fs_put_page(page, 1);
		goto repeat;
	}
out:
	mark_page_accessed(page);
	return page;
}
get_meta_page的参数index，直接对应了该页在磁盘上的块地址，所以可以直接作为f2fs_readpage的参数。以读取SSA的一个实例看，如功能函数get_sum_page，该函数实现很简单，通过GET_SUM_BLOCK(sbi, segno)获取summary page的块地址，该宏展开为 

#define GET_SUM_BLOCK(sbi, segno)				\
	((sbi->sm_info->ssa_blkaddr) + segno)
sbi->sm_info->ssa_blkaddr是SSA区域的起始地址，segno是segment number，由于一个segment的summary存储在一个page上，因此直接相加就是块地址。 

struct page *get_sum_page(struct f2fs_sb_info *sbi, unsigned int segno)
{
	return get_meta_page(sbi, GET_SUM_BLOCK(sbi, segno));
}
而get_node_page稍稍有点不同： 
struct page *get_node_page(struct f2fs_sb_info *sbi, pgoff_t nid){	struct address_space *mapping = sbi->node_inode->i_mapping;	struct page *page;	int err;repeat:	page = grab_cache_page(mapping, nid);	if (!page)		return ERR_PTR(-ENOMEM);	err = read_node_page(page, READ_SYNC);	if (err < 0)		return ERR_PTR(err);	else if (err == LOCKED_PAGE)		goto got_it;	lock_page(page);	if (!PageUptodate(page)) {		f2fs_put_page(page, 1);		return ERR_PTR(-EIO);	}	if (page->mapping != mapping) {		f2fs_put_page(page, 1);		goto repeat;	}got_it:	BUG_ON(nid != nid_of_node(page));	mark_page_accessed(page);	return page;}
该函数的参数是node的number，在f2fs中，node number的实际块地址在NAT中存储，因此还需要读取NAT的数据，获得该node的块地址，这些工作在read_node_page中完成。

总的来说，f2fs通过这三种inode把它的全部数据都管理起来，不得不说这是非常巧妙的设计啊


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