基于ext3的内核日志模块分析

journal

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一、 前言——为什么要写这篇文章.......................................................................................3
二、 提出问题——jbd 要解决什么问题.................................................................................4
三、 解决问题——jbd 是如何解决的.....................................................................................5
将对文件系统的某些操作抽象成原子操作................................................................5
将若干个原子操作组合成一个事务............................................................................5
在磁盘上单独划分一个日志空间................................................................................5
将内存中事务的数据写到日志中................................................................................6
崩溃吧，然后我们从日志中恢复数据........................................................................6
四、 介绍几个概念——名正然后言顺...................................................................................7
buffer_head......................................................................................................................7
元数据块.........................................................................................................................7
handle..............................................................................................................................7
transaction.......................................................................................................................7
journal..............................................................................................................................7
commit.............................................................................................................................8
checkpoint.......................................................................................................................8
revoke..............................................................................................................................8
recover.............................................................................................................................8
kjournald........................................................................................................................8
五、 介绍几个数据结构——珍珠...........................................................................................9
handle_t...........................................................................................................................9
transaction_t....................................................................................................................9
journal_t.........................................................................................................................11
journal_superblock_t.....................................................................................................14
journal_head..................................................................................................................15
journal_header_t............................................................................................................16
六、 日志在磁盘上的布局——一图胜千言.........................................................................17
超级块 JFS_SUPERBLOCK_V1、JFS_SUPERBLOCK_V2...................................17
描述符块 JFS_DESCRIPTOR_BLOCK......................................................................18
提交块 JFS_COMMIT_BLOCK..................................................................................21
取消块 JFS_REVOKE_BLOCK..................................................................................21
日志布局.......................................................................................................................22
七、 三种日志模式..................................................................................................................24
日志（journal ）..........................................................................................................24
预定（ordered ）..........................................................................................................24
写回（writeback ）......................................................................................................24
八、 jbd 基本操作....................................................................................................................25
journal_start...................................................................................................................25
journal_stop...................................................................................................................25
journal_get_create_access.............................................................................................27
journal_get_write_access..............................................................................................29
journal_get_undo_access..............................................................................................32
journal_dirty_data.........................................................................................................34
journal_dirty_metadata.................................................................................................35
1

8. journal_forget................................................................................................................36

9. journal_revoke...............................................................................................................38

10. journal_extend.............................................................................................................42

11. 元数据缓冲区处理流程.............................................................................................43

12. 数据缓冲区处理流程.................................................................................................46

九、等待提交事务 kjournald——我们时刻准备着.............................................................49

十、提交事务——我们放心了.............................................................................................51

1. journal_commit_transaction.........................................................................................51

2. __journal_clean_checkpoint_list..................................................................................62

3. journal_submit_data_buffers........................................................................................63

4. journal_write_revoke_records......................................................................................66

5. journal_write_metadata_buffer.....................................................................................68

6. journal_write_commit_record.......................................................................................70

十一、数据块缓冲区状态转移图.........................................................................................72

十二、元数据块缓冲区状态转移图.....................................................................................73

十三、恢复日志——奇迹发生了.........................................................................................75

1. 恢复前的准备工作.......................................................................................................75

2. journal_recover 函数.....................................................................................................75

3. 恢复步骤 1：PASS_SCAN..........................................................................................76

4. 恢复步骤 2：PASS_REVOKE....................................................................................79

5. 恢复步骤 3：PASS_REPLAY.....................................................................................83

6. 恢复后的设置工作.......................................................................................................87

十四、参考资料......................................................................................................................90

三、解决问题——jbd 是如何解决的

本章从总体上说明 ext3 采用什么方式解决第二章提出的问题。

提到一致性，大家可能会联想到数据库里面的事务的概念，因为事务有四个基本属性：

1) 原子性

事务必须是原子工作单元；对于其数据修改，要么全都执行，要么全都不执行。

2) 一致性

事务在完成时，必须使所有的数据都保持一致状态。

3) 隔离性

由并发事务所做的修改必须与任何其他并发事务所做的修改隔离。事务识别数据时数

据所处的状态，要么是另一并发事务修改它之前的状态，要么是第二个事务修改它之

后的状态，事务不会识别中间状态的数据。

4) 持久性

事务完成之后，它对于系统的影响是永久性的。该修改即使出现系统故障也将一直保

持。

文件系统的开发者借用了数据库中事务的思想，将其应用于文件系统上，以期保证对

文件系统操作的原子性、隔离性，尽量使文件系统处于一致性。

1. 将对文件系统的某些操作抽象成原子操作

所谓原子操作，就是内部不再分割的操作，该操作要么完全完成，要么根本没有执行，

不存在部分完成的状态。

那么，什么样的操作可以看成对文件系统的原子操作呢？往一个磁盘文件中追加写入

1MB 字节可以看成一个原子操作么？这个操作其实比较大，因为要写 1MB 的数据，要为

文件分配 1024 个磁盘块，同时还要分配若干个索引块，也会涉及到很多的磁盘块位图、块

组块的读写，非常复杂，时间也会比较长，中间出问题的机会就比较多，所以不适宜看做

一个原子操作。

那么，什么样的操作可以看成对文件系统的原子操作呢？比如说为文件分配一个磁盘

块，就看成一个原子操作就比较合适。分配一个磁盘块，可能需要修改一个 inode 块、一

个磁盘块位图、最多三个间接索引块、块组块、超级块，一共最多 7 个磁盘块。将分配一

个磁盘块看成一个原子操作，意味着上述修改 7 个磁盘块的操作要么都成功，要么都失败，

不可能有第三种状态。

2. 将若干个原子操作组合成一个事务

实现日志文件系统时，可以将一个原子操作就作为一个事务来处理，但是这样实现的

效率比较低。于是 ext3 中将若干个原子操作组合成一个事务，对磁盘日志以事务为单位进

行管理，以提高读写日志的效率。

3. 在磁盘上单独划分一个日志空间

日志，在这里指的是磁盘上存储事务数据的那个地方，即若干磁盘块。它可以以一个

单独的文件形式存在，也可以由文件系统预留一个 inode 和一些磁盘块，也可以是一个单

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wfs1874

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